Applicazione del carico del vento utilizzando RWIND 2

RWIND 2 è un programma per la generazione di carichi del vento basati sulla CFD (Fluidodinamica computazionale). La simulazione numerica del flusso del vento viene generata attorno a qualsiasi edificio, compresi i tipi con geometria irregolare o unica, per determinare i carichi del vento sulle superfici e sulle aste. RWIND 2 può essere integrato con RFEM/RSTAB per l'analisi strutturale e la verifica o come applicazione stand-alone.

Sia RFEM che RSTAB hanno un'interfaccia per l'esportazione di modelli in RWIND dove il vento (in termini di velocità e turbolenza) può essere definito in forma tabellare o, ancora più praticamente, sulla base di una specifica della norma del vento.

Quando esegue il programma RWIND manualmente, non è richiesta alcuna interfaccia in RFEM o RSTAB ed è possibile definire il carico del vento dipendente dall'altezza e altri dati fluidomeccanici direttamente in RWIND. Inoltre, è possibile modellare direttamente le strutture e l'ambiente del terreno importando file VTP, STL, OBJ e IFC.

Questo articolo mostrerà la generazione del carico del vento in RWIND 2 come complemento a RFEM 6 per l'analisi strutturale completa e la verifica.

Un esempio pratico

La struttura utilizzata in questo esempio è una copertura dello stadio realizzata da membrane, come mostrato nell'immagine 1. Poiché la struttura è già stata modellata in RFEM 6 e sono stati definiti i casi di carico per i carichi permanenti, di precompressione e imposti, è necessario creare un caso di carico separato per l'applicazione del carico del vento. È importante sottolineare che se si considera il form-finding, la forma associata deve essere presa come stato iniziale nell'analisi del vento. In questo modo, si evitano geometrie delle superfici errate nella galleria del vento.

Innanzitutto, è importante assicurarsi che la simulazione del vento come add-on speciale della soluzione sia attivato nei dati di base del modello (Figura 2). Ciò ti consentirà di selezionare la simulazione del vento come tipo di analisi per il caso di carico del vento, come nell'immagine 3.

Sono disponibili due nuovi registri. In Wind Simulation (Figura 4), è possibile utilizzare il modello per la simulazione del vento in una galleria del vento numerica in cui il vento medio è definito sulla base delle impostazioni di analisi del vento, della direzione del vento attorno all'asse Z (in senso orario), dell'offset del terreno e del profilo del vento stesso. Di fatto, è possibile utilizzare un profilo del vento secondo la norma preferita o definirla da sé, come nell'immagine 5.

Per definire le impostazioni di analisi della simulazione del vento, è possibile selezionare l'icona "Crea nuove impostazioni di simulazione del vento" come indicato nella figura 4 e inserire i parametri di flusso, i parametri di calcolo e altre opzioni (Figura 6).

Le dimensioni della galleria del vento sono definite automaticamente secondo la norma selezionata. Sono visualizzate nella scheda Galleria del vento, come mostrato nell'immagine 7.

Dato che hai definito i dati di input in termini di impostazioni di simulazione del vento e galleria del vento, ora puoi iniziare a calcolare il carico del vento. Questo è un processo in due fasi che è discusso nel paragrafo seguente.

Innanzitutto, sullo sfondo, viene avviato un processo batch che posiziona il modello nella galleria del vento numerica di RWIND. Successivamente, viene avviata un'analisi CFD e, una volta terminata la simulazione, le pressioni superficiali risultanti per un intervallo di tempo selezionato vengono restituite ai rispettivi casi di carico di RFEM o RSTAB come carichi nodali della mesh EF o carichi delle aste.

È anche possibile inizializzare la simulazione del vento da sola utilizzando l'icona "Calcola simulazione del vento" mostrata nella figura 4.

Calcolo e risultati

Come accennato in precedenza, RWIND utilizza un modello CFD numerico per simulare i flussi del vento attorno agli oggetti utilizzando una galleria del vento digitale. Il processo di simulazione si basa sulla mesh del volume 3D e determina i carichi del vento specifici sulle superfici del modello dal risultato del flusso attorno al modello.

È possibile calcolare i flussi del vento utilizzando il pacchetto di programmi basic (RWIND Basic) o pro (RWIND Pro). Il primo fornisce un risolutore stazionario, mentre il secondo fornisce sia il risolutore stazionario che quello transitorio. Il pacchetto di programmi di base utilizza i modelli di turbolenza RAS k-ω e RAS k-ε, mentre il modello di turbolenza LES SpalartAllmarasDDES è una funzione del pacchetto di programmi pro (RWIND Pro).

Quindi, il programma simula il flusso del vento determinando il campo di pressione, il campo di velocità e il campo di turbolenza attorno alla geometria della struttura, nonché i vettori di velocità e le linee di flusso attorno alla geometria della struttura. Vengono calcolati anche la pressione superficiale e i coefficienti della superficie C_p (Figura 8).

È possibile visualizzare i risultati sopra menzionati per le zone liberamente definibili graficamente (sia come immagini che come video). Per una migliore valutazione, RWIND fornisce piani di taglio liberamente mobili per la visualizzazione separata dei "risultati solidi" in un piano (immagini 9, 10 e 11). È anche possibile la visualizzazione animata sotto forma di segmenti di linea in movimento o particelle per il risultato della linea di flusso ramificata 3D, consentendo così la rappresentazione del flusso del vento come effetto dinamico. Inoltre, puoi esportare i risultati come immagine o come video (soprattutto per i risultati animati).

Una volta eseguita l'analisi CFD, le pressioni superficiali risultanti per un intervallo di tempo selezionato vengono automaticamente trasferite nei rispettivi casi di carico di RFEM (o RSTAB) come carichi dei nodi della mesh EF o carichi delle aste. Quindi, il calcolo di questi casi di carico viene eseguito e i suoi risultati nelle forze interne, spostamenti generalizzati, tensioni e così via, come mostrato nella figura 12.

In questo modo, i casi di carico che contengono la distribuzione del carico del vento generata con RWIND possono essere combinati con altri carichi in combinazioni di carico e di risultati e possono essere utilizzati per ulteriori analisi e verifiche.

Modello 3D

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Modello | Copertura dello stadio fatta di membrane