Questi cambiamenti si possono vedere facilmente nelle forme degli edifici sempre più audaci. È come una sfida tra la forza di gravità e la snellezza di un grattacielo che sale alto verso il cielo o la forma complessa dell'involucro di un edificio. Tuttavia, tutti i progetti hanno in comune la necessità di creare un'analisi strutturale e una progettazione per il trasferimento sicuro di tutti i carichi prima dell'esecuzione.
Questo compito è un processo molto complesso, dipende dalla geometria dell'edificio e dall'utilizzo. In particolare, le nuove forme degli edifici portano con sé ulteriori problemi in termini di carichi del vento. Dove il carico del vento per una forma di edificio standardizzata può essere preso da una norma, il carico del vento rimane sconosciuto per una nuova geometria a forma libera. Per risolvere questo problema, possiamo analizzare il modello dell'edificio, in dimensione ridotta, in una galleria del vento e determinarne i carichi del vento corrispondenti. In alternativa, si può simulare la posizione dell'edificio in un flusso di vento, usando la tecnologia di simulazione numerica e trarne le conclusioni sul carico del vento equivalente.
Nonostante la valutazione più complessa dei risultati, la soluzione numerica offre un certo vantaggio rispetto alla soluzione basata su test: Non è necessario creare un modello di edificio ridotto e è possibile utilizzare la galleria del vento. Questo vantaggio è particolarmente interessante durante la progettazione e la definizione della forma dell'edificio.
Questo è esattamente dove Dlubal Software, in collaborazione con PC-Progress e CFD Support, ha avviato e sviluppato RWIND Simulation per ingegneri strutturisti. Questo programma simula i flussi del vento in una galleria del vento digitale attorno ad edifici o qualsiasi altro oggetto e genera carichi equivalenti per l'analisi strutturale e la progettazione.
RWIND Simulation è stato sviluppato specialmente per la determinazione del carico del vento sugli edifici e richiede solo una descrizione del carico del vento oltre al modello 3D. Tutti gli altri parametri, per l'esecuzione della complessa simulazione del flusso in relazione all'assunzione di base, sono definiti automaticamente dal programma. Non è necessario eseguire la complessa definizione del problema della meccanica dei fluidi ed è possibile ottenere immediatamente un'analisi dei risultati.
Come funziona RWIND Simulation
RWIND Simulation è un programma stand-alone e può essere utilizzato come applicazione stand-alone o come complemento dei programmi RFEM/RSTAB per l'analisi statica e dinamica. A causa del presupposto di base relativo alla determinazione dei carichi del vento per gli edifici con il trasferimento delle forze al modello strutturale, c'è un collegamento nativo tra RFEM/RSTAB e RWIND Simulation. Questo collegamento permette di esportare tramite l'interfaccia qualsiasi modello dal programma RFEM o RSTAB inserendo il carico del vento nel programma RWIND Simulation e di ricevere i carichi del vento sulle superfici degli elementi dopo il calcolo. È anche possibile eseguire direttamente il programma RWIND Simulation manualmente, senza l'interfaccia con RFEM e RSTAB.
Modellazione
RWIND Simulation è organizzato in progetti. Ogni progetto descrive la geometria dell'oggetto orientata al flusso del vento in una galleria del vento numerica con un carico del vento definito, inclusi tutti i risultati del campo di flusso nella galleria del vento e i risultati della superficie sugli oggetti. Il carico del vento in arrivo descrive la velocità del vento e il profilo dell'intensità di turbolenza sopra l'altezza all'ingresso della galleria del vento. Per definire un progetto hai due opzioni.
- Se si desidera eseguire un'analisi del carico del vento solo in RWIND Simulation, importa la geometria circondata dai flussi nella galleria del vento numerica del progetto utilizzando un modello di dati 3D, allinearlo nella galleria del vento e definisci il carico del vento in arrivo nella finestra di dialogo . Questo programma consente di importare il modello come una geometria del modello triangolare utilizzando il formato STL o come una geometria del modello ParaView utilizzando il formato VTP.
- Per un'analisi del carico del vento utilizzando i carichi del vento nei programmi di analisi strutturale RFEM e RSTAB, è necessario creare il modello primario come modello strutturale in RFEM o RSTAB per mantenere tutti collegamenti. In questo caso, è possibile definire il carico del vento (manualmente o secondo la norma) per diverse direzioni del vento tramite un'applicazione di interfaccia in RFEM e RSTAB, e il modello strutturale con tutte le aste, superfici, solidi e oggetti 3D per le direzioni del vento viene automaticamente esportato nei progetti della galleria del vento di RWIND Simulation.
Durante l'importazione del modello in RWIND Simulation, non verranno applicate ulteriori restrizioni. Indipendentemente dal fatto che il flusso attorno all'oggetto sia una forma organica o un blocco a spigoli vivi, le interfacce disponibili importano i dati della geometria con l'opzione di orientamento nella galleria del vento numerica e definiscono le condizioni al contorno corrispondenti per l'analisi del flusso numerico sulle superfici.
Calcolo
RWIND Simulation utilizza un modello CFD numerico (Fluidodinamica computazionale) per eseguire i flussi del vento attorno ad oggetti utilizzando una galleria del vento digitale. Il processo di simulazione è il seguente.
- Generazione di una mesh planare di inviluppo sulla superficie degli oggetti circondati dal vento. Questa mesh di inviluppo semplifica la geometria degli oggetti circondati dal vento e garantisce la tenuta all'aria di tutti gli oggetti simulati.
- Discretizzazione degli elementi solidi nello spazio tra l'esterno della galleria del vento e l'involucro a rete con il generatore di rete OpenFOAM (SnappyHexMesh). La dimensione degli elementi solidi è definita in modo fluido e segue una specifica di densità di mesh globale con una compressione omogenea verso l'area immediata delle superfici degli oggetti.
- Simulazione iterativa dei flussi del vento nello spazio del volume discretizzato utilizzando il metodo del volume finito con un risolutore di equazioni OpenFOAM della famiglia di solutori SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Enquations) per flussi turbolenti fissi incomprimibili.
- L'estrazione delle pressioni del vento risultanti dai flussi del vento attorno agli oggetti sull'involucro a rete degli oggetti.
- Trasformazione delle pressioni del vento dall'involucro a rete indietro alla geometria iniziale del modello.
Risultati
Quando viene raggiunto il criterio di convergenza del processo di simulazione iterativa, il programma visualizza due tipi di risultati di base per descrivere il flusso del vento attorno agli oggetti e il loro effetto sugli oggetti. Da un lato, vengono presentati i campi di flusso tridimensionali per strati mostrano mediante visualizzazione
- Velocità del vento,
- Direzione del vento,
- Pressioni,
- Le proprietà di turbolenza e
- le linee di flusso (possono essere animate)
la forma del flusso del vento attorno all'oggetto nello spazio.
D'altro canto, i risultati della superficie scalare mostrano, visualizzando le
- pressioni del vento incluso output della resistenza al vento vettoriale e
- i coefficienti aerodinamici delle superfici,
l'effetto del flusso del vento sugli oggetti.
Trasformazione
Quando si utilizza l'opzione per creare il progetto RWIND Simulation in base all'inserimento del modello in RFEM o RSTAB, il risultato della pressione del vento da RWIND Simulation sarà creato in base al modello originale come caso di carico del vento separato nel corrispondente modello di RFEM o RSTAB quando l'analisi del flusso è completata. Questo caso di carico - o più casi di carico quando si analizzano varie direzioni del vento - include i carichi del vento risultanti dalla pressione netta sui nodi EF delle aste, delle superfici e dei solidi utilizzati. Il calcolo dei casi di carico della simulazione RWIND in RFEM o RSTAB ha come risultato le forze interne e i spostamenti generalizzati degli elementi strutturali utilizzati a causa degli effetti del flusso del vento simulati. Oltre al puro calcolo dell'azione del vento stessa, è possibile combinare questi casi di carico con altre azioni nelle combinazioni di carico e nelle combinazioni di risultati e applicare i risultati nei moduli aggiuntivi di progettazione disponibili.
Conclusione
RWIND Simulation insieme all'interfaccia con RFEM e RSTAB è uno strumento molto potente per determinare i carichi del vento su geometrie di edifici complessi. Con la programmazione intuitiva, è possibile determinare rapidamente e facilmente i carichi del vento per l'analisi strutturale e per la verifica, tenendo conto della teoria di calcolo utilizzata. Questa procedura è già comune nell'ingegneria automobilistica e aeronautica e offre ancora un grande potenziale nell'analisi strutturale e nella progettazione per quanto riguarda una determinazione più precisa dei carichi del vento e un'analisi strutturale e una progettazione più rapide.
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