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2022-02-21

Aplicación de la carga de viento usando RWIND 2

RWIND 2 es un programa para la generación de cargas de viento basado en CFD (Dinámica de Fluidos Computacional). La simulación numérica del flujo de viento se genera alrededor de cualquier edificio, incluidos los tipos de geometría irregular o única, para determinar las cargas de viento en las superficies y barras. RWIND 2 se puede integrar con RFEM/RSTAB para el análisis y dimensionamiento de estructuras o como una aplicación independiente.

Tanto RFEM como RSTAB tienen una interfaz para exportar modelos a RWIND donde el viento (en términos de velocidad y turbulencia) se puede definir en forma de tabla o, incluso más prácticamente, en base a una especificación estándar de viento.

Cuando se ejecuta el programa RWIND manualmente, no se requiere ninguna interfaz en RFEM o RSTAB y puede definir la carga de viento dependiente de la altura y otros datos fluidos-mecánicos directamente en RWIND. Además, puede modelar directamente las estructuras y el entorno del terreno importando archivos VTP, STL, OBJ e IFC.

Este artículo demostrará la generación de carga de viento en RWIND 2 como complemento de RFEM 6 para un análisis y diseño estructural completo.


Un ejemplo práctico


La estructura utilizada en este ejemplo es la cubierta de un estadio que consta de membranas, como se muestra en la imagen 1. Dado que la estructura ya se ha modelado en RFEM 6 y se han definido los casos de carga para las cargas permanentes, de pretensado e impuestas, se debe crear un caso de carga separado para la aplicación de la carga de viento.

Es importante destacar que si se considera la búsqueda de forma, la forma asociada se debe tomar como un estado inicial en el análisis del viento. Al hacerlo, evita geometrías de superficie incorrectas en el túnel de viento.

Primero, es importante asegurarse de que la simulación de viento como un complemento de solución especial esté activada en los datos base del modelo (imagen 2). Esto le permitirá seleccionar la simulación de viento como un tipo de análisis para el caso de carga de viento, como en la imagen 3.

Ahora hay dos nuevos registros disponibles. En Simulación de viento (imagen 4), puede utilizar el modelo para la simulación de viento en un túnel de viento numérico donde el medio del viento se define en función de la configuración del análisis de simulación de viento, la dirección del viento alrededor del eje Z (en el sentido de las agujas del reloj), la desviación del terreno y el propio perfil del viento. De hecho, puede usar un perfil de viento según el estándar preferido, o puede definirlo usted mismo, como en la imagen 5.

Para definir la configuración del análisis de simulación de viento, puede seleccionar el icono "Crear nueva configuración de simulación de viento" como se indica en la Imagen 4 e insertar parámetros de flujo, parámetros de cálculo y otras opciones (Imagen 6).

Las dimensiones del túnel de viento se definen automáticamente según la norma seleccionada. Se muestran en la pestaña Túnel de viento, como se muestra en la Imagen 7.

Dado que ha definido los datos de entrada en términos de configuración de simulación de viento y túnel de viento, ahora puede comenzar a calcular la carga de viento. Este es un proceso de dos pasos que se analiza en el siguiente párrafo.

Primero, en segundo plano, se inicia un proceso por lotes que coloca el modelo en el túnel de viento numérico de RWIND. A continuación, se inicia un análisis CFD y una vez finalizada la simulación, las presiones superficiales resultantes para un intervalo de tiempo seleccionado se devuelven a los casos de carga respectivos de RFEM o RSTAB como cargas en nudo de malla de EF o cargas en barra.

También puede inicializar la simulación de viento solo usando el icono "Calcular simulación de viento" que se muestra en la imagen 4.


Cálculo y resultados


Como se mencionó anteriormente, RWIND usa un modelo CFD numérico para simular los flujos de viento alrededor de los objetos usando un túnel de viento digital. El proceso de simulación se basa en una malla de volumen 3D y determina las cargas de viento específicas en las superficies del modelo a partir del resultado del flujo alrededor del modelo.

Puede calcular los flujos de viento utilizando el paquete de programas básico (RWIND Basic) o pro (RWIND Pro). El primero proporciona un solucionador estacionario, mientras que el último proporciona tanto el solucionador estacionario como el transitorio. El paquete de programas básico emplea los modelos de turbulencia RAS k-ω y RAS k-ε, mientras que el modelo de turbulencia LES SpalartAllmarasDDES es una característica del paquete de programas pro (RWIND Pro).

Por lo tanto, el programa está simulando el flujo de viento determinando el campo de presión, el campo de velocidad y el campo de turbulencia alrededor de la geometría de la estructura, así como los vectores de velocidad y las líneas de corriente alrededor de la geometría de la estructura. También se calculan la presión superficial y los coeficientes Cp de la superficie (imagen 8).

Puede mostrar los resultados mencionados anteriormente para zonas definibles libremente (como imágenes y videos). Para una mejor evaluación, RWIND proporciona planos de corte que se mueven libremente para la visualización separada de los "resultados sólidos" en un plano (imágenes 9, 10 y 11).

También es posible la visualización animada en forma de segmentos de línea en movimiento o partículas para el resultado de la línea de corriente ramificada en 3D, lo que permite la representación del flujo de viento como un efecto dinámico. Además, puede exportar los resultados como una imagen o un vídeo (especialmente para los resultados animados).

Una vez que se realiza el análisis CFD, las presiones superficiales resultantes para un intervalo de tiempo seleccionado se transfieren automáticamente a los casos de carga respectivos de RFEM (o RSTAB) como cargas en nudo de malla de EF o cargas en barra. Por lo tanto, se realiza el cálculo de estos casos de carga y resulta en esfuerzos internos, deformaciones, tensiones, etc., como se muestra en la Figura 12.

De esta manera, los casos de carga que contienen la distribución de la carga de viento generada con RWIND se pueden combinar con otras cargas en combinaciones de carga y resultados, y se pueden usar para análisis y diseño posteriores.


Autor

La Sra. Kirova es responsable de la creación de artículos técnicos y proporciona soporte técnico a los clientes de Dlubal.

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