Comment convaincre votre ingénieur en charge de l’approbation d’adopter l’analyse CFD pour la détermination des charges de vent

Introduction

Avec la complexité croissante des géométries des bâtiments et la demande croissante pour des données précises sur les charges de vent, la dynamique des fluides numérique (CFD) s’est imposée comme un outil puissant pour la détermination des charges de vent. Cependant, de nombreux ingénieurs structure font face à un défi commun : comment convaincre un ingénieur d’approbation des avantages des simulations des flux de vent CFD ? Dans cet article, nous abordons les préoccupations typiques que peuvent avoir les ingénieurs d’approbation et offrons des stratégies, des arguments et des références pour aider à justifier l’utilisation de la CFD pour le calcul de structure selon les normes. Un avantage clé de l’utilisation de la CFD est sa capacité à fournir une image complète des charges induites par le vent, y compris les forces de compression et d’aspiration. Les utilisateurs se demandent souvent si le logiciel fournit également les charges d’aspiration correspondantes du côté sous le vent en plus des charges de compression du côté au vent. Les simulations CFD rendent cela transparent, permettant une évaluation détaillée de la répartition des charges sur l'ensemble de la structure, un aperçu qui n’est pas toujours aussi facilement accessible par les méthodes traditionnelles.

1. Comprendre les préoccupations de l’ingénieur d’approbation

Avant de présenter vos résultats CFD, il est crucial de comprendre pourquoi certains ingénieurs d’approbation restent prudents :

• La CFD est sensible aux hypothèses d’entrée (ex : modèle de turbulence, profil d’entrée, qualité du maillage, etc.).

• La vérification et la validation ne sont pas toujours transparentes.

• Contrairement aux essais en soufflerie, la CFD n’a pas toujours une chaîne de confiance établie pour chaque scénario.

• De nombreuses réglementations nationales mettent encore l'accent sur les essais physiques ou les modèles de charges basés sur des normes par défaut.

En comprenant leurs préoccupations, vous pouvez donner des explications qui résolvent de vrais problèmes, plutôt que de simplement discuter de la technologie elle-même.

2. Faire référence aux normes : la CFD est autorisée

Le CFD n’est pas seulement un concept futuriste, elle est explicitement autorisé dans plusieurs normes. Par exemple :

• EN 1991-1-4 : Selon la clause 1.5 de l’EN 1991-1-4, des simulations numériques peuvent être utilisées en complément des calculs et des essais en soufflerie physiques, tant qu’elles sont prouvées et/ou correctement validées.

• ASCE 7-22 : L’ASCE 7-22, par référence à l'ASCE 49, reconnaît que bien que le CFD soit de plus en plus appliqué en génie éolien, son utilisation doit être soigneusement contrôlée. Comme il n’existe actuellement aucune norme dédiée détaillant les procédures complètes pour la CFD dans ce contexte, l’ASCE souligne que toute application de CFD pour déterminer les charges de vent sur le système principal résistant aux forces du vent, les composants et parements, ou d’autres structures doit faire l’objet d’un examen par les pairs et d'une étude de vérification et validation pour garantir l’exactitude et la fiabilité des résultats.

✅ Message clé : Si votre analyse CFD est basée sur des modèles validés et reflète l’environnement réel du vent, elle est conforme aux normes.

• Confiance dans la CFD : validation, vérification et calibration pour l’acceptation des simulations de vent

• Comment réaliser un exemple de validation dans RWIND

3. Montrer des preuves de validation

La crédibilité d’un modèle CFD repose sur la validation.

• Comparez vos résultats CFD avec des données expérimentales de soufflerie (par exemple, de Université polytechnique de Tokyo (TPU) ).

• Montrez l’accord dans les résultats de sortie tels que les coefficients de pression, les coefficients de force ou les réactions de support.

• Documentez votre modèle de turbulence, les conditions aux limites, et l’analyse de sensibilité du maillage.

• Si vous avez des articles publiés dans des revues évaluées par les pairs et validées, les présenter pourrait grandement renforcer la crédibilité de votre travail :

• Couplage FSI unidirectionnel avec analyse CFD stationnaire et transitoire pour une structure en membrane tendue en forme de parapluie

• Analyse de l’endommagement progressif de la membrane tendue du Millennium Dome sous la tempête Eunice

📌 Conseil : Utilisez des exemples où les résultats CFD ont déjà été acceptés par des ingénieurs d'approbation ou utilisés dans des projets achevés. Si disponible, partagez des lettres d’acceptation formelles ou des références de projet.

4. Mettre en avant les avantages pratiques

Expliquez clairement pourquoi le CFD était le meilleur choix dans votre cas spécifique :

• Le CFD montre clairement à la fois les charges de compression et de succion, donnant aux utilisateurs une compréhension complète des effets du vent sur l'ensemble de la structure.

• Plus précis pour les géométries complexes où les simplifications de l'Eurocode ne s'appliquent pas.

• Meilleure résolution spatiale de la distribution de pression (surtout pour la conception des façades et des revêtements).

• Capacité à simuler des effets locaux tels que les vortex d'angle, les zones de séparation ou les effets de protection.

• Rentabilité et gain de temps par rapport aux tests en soufflerie, surtout lors des étapes de conception précoce.

• L’intégration CFD-MEF a permis une application précise des charges de vent, appuyé sur les normes Eurocode et LRFD, et a réduit le besoin de tests en soufflerie, aboutissant à des conceptions structurelles plus sûres et plus efficaces.

5. Fournir un ensemble de documentation clair

Les ingénieurs d'approbation apprécient la transparence et la traçabilité. Préparez un rapport qui inclut :

1. Objectifs de l’étude CFD
2. Description du domaine numérique et des conditions aux limites
3. Justification du modèle de turbulence sélectionné
4. Étude de convergence du maillage
5. Validation par rapport à des expériences ou des normes
6. Interprétation des résultats dans le contexte de la conception structurale (par exemple, combinaisons de charges dans RFEM)

📁 Incluez des matériaux en appendice tels que des captures d'écran, des graphiques de coefficients et des tableaux récapitulatifs pour les résultats de pression et de force.

6. Offrir une discussion collaborative

Si nécessaire, proposez une réunion avec l'ingénieur d'approbation pour discuter :

• L’approche de simulation et les hypothèses

• Les cas d’utilisation précédemment acceptés

• Les domaines dans lesquels les méthodes conventionnelles sont insuffisantes

Les ingénieurs sont plus susceptibles d'accepter le CFD lorsqu'il est présenté de manière transparente et dialogique, non dogmatique.

7. Utiliser des logiciels acceptés et des projets de référence

Utilisez des outils CFD réputés déjà connus dans la branche d’activité (par exemple, RWIND, OpenFOAM, etc.) et mettez en évidence le fait qu'ils sont utilisés en parallèle des outils FEM pour le transfert de charges et la vérification. Si le logiciel a été utilisé dans des projets d'infrastructure publique, de tours ou d’antennes, mentionnez-les.

• Projets de référence

Conclusion

Convaincre votre ingénieur d’approbation de la valeur de la méthode CFD pour la détermination des charges de vent ne consiste pas à remplacer les méthodes traditionnelles, mais à les compléter de manière responsable. En se référant aux normes, en démontrant la validation et en fournissant une documentation claire, vous pouvez montrer que le CFD est non seulement précis mais aussi un outil fiable et accepté dans l'ingénierie moderne des structures.