Estas alterações podem ser vistas nas formas de construção cada vez mais ousadas. É como se fosse uma competição, a esbelteza que um arranha-céus tem em direção ao céu ou as curvas complexas que a envolvente do edifício ostenta. No entanto, o que todos os projetos têm em comum é a necessidade de criar uma análise e um dimensionamento de estruturas para a transferência segura de todas as cargas antes da execução.
Esta tarefa é um processo muito complexo, dependendo da geometria e da utilização do edifício. Em particular, os novos tipos de edifícios têm outra dificuldade em termos de cargas de vento. Enquanto a carga de vento para uma forma padronizada de edifício pode ser retirada de uma norma, para uma geometria de forma livre a carga de vento permanece desconhecida. Para solucionar este problema, é possível analisar o edifício em tamanho reduzido num túnel de vento e determinar as respetivas cargas de vento. Como alternativa, o edifício pode ser simulado com tecnologia de simulação numérica num fluxo de vento e daí retirar conclusões sobre a carga de vento equivalente.
Apesar da avaliação de resultados mais complexa, a opção de solução numérica oferece uma certa vantagem em relação à solução baseada em teste: não é necessário criar um modelo de edifício reduzido e pode ser utilizado o túnel de vento. Esta vantagem é especialmente interessante ao dimensionar e definir a forma do edifício.
É com base neste ponto que a Dlubal Software, em cooperação com o PC-Progress e o CFD Support, iniciou e desenvolveu o RWIND Simulation para engenheiros de estruturas. Este programa simula fluxos de vento num túnel de vento numérico em torno de edifícios ou outros objetos e gera cargas equivalentes para a análise e o dimensionamento de estruturas.
O RWIND Simulation foi especialmente desenvolvido para a determinação de cargas de vento em edifícios e requer apenas uma descrição da carga de vento para além do modelo 3D. Todos os outros parâmetros para a simulação de fluxo complexo no que diz respeito à suposição de base são definidos automaticamente pelo programa. Não é necessário executar a definição complexa da questão da mecânica de fluidos e é possível obter imediatamente uma análise dos resultados.
Como o RWIND Simulation funciona
O RWIND Simulation é um programa autónomo que pode ser utilizado como aplicação autónoma ou como complemento dos programas RFEM/RSTAB para análises estáticas e dinâmicas. Devido à suposição básica em relação à determinação de cargas de vento para edifícios com a transferência de forças para o modelo estrutural, existe uma ligação nativa entre o RFEM/RSTAB e o RWIND Simulation. Esta ligação permite exportar para o RWIND Simulation qualquer modelo do RFEM ou do RSTAB para definição das carga de vento utilizando uma interface especial e recebe cargas de vento nas superfícies dos elementos após o cálculo. O programa RWIND Simulation também pode ser operado manualmente sem a interface do RFEM ou RSTAB.
Modelação
O RWIND Simulation está organizado em projetos. Cada projeto descreve a geometria do objeto orientado para o fluxo de vento num túnel de vento numérico com uma carga de vento definida incluindo todos os resultados do campo de fluxo no túnel de vento e resultados da superfície sobre os objetos. A carga de vento de entrada descreve o perfil da velocidade do vento e da intensidade de turbulência sobre a altura na entrada do túnel de vento. O utilizador tem duas opções para definir um projeto.
- Se pretende realizar uma análise da carga de vento apenas no RWIND Simulation , importe a geometria envolvida por fluxos para o túnel de vento numérico do projeto utilizando um modelo de dados 3D, alinha-o no túnel de vento e define a carga de vento recebida no diálogo caixa. O programa permite importar o modelo como uma geometria triangularizada do modelo no formato STL ou como uma geometria do modelo ParaView no formato VTP.
- Para uma análise das cargas de vento utilizando as cargas de vento nos programas de análise estrutural RFEM e RSTAB, é necessário criar o modelo primário como modelo estrutural no RFEM ou no RSTAB para manter todas as ligações. Neste caso, é possível definir a carga de vento manualmente (ou de acordo com a norma) para diferentes direções do vento através de uma aplicação de interface no RFEM e no RSTAB e automatizar o modelo estrutural com todas as barras, superfícies, sólidos e objetos 3D para as diferentes direções do vento. transferência das direções do vento para os projetos de túnel de vento do RWIND Simulation
Ao importar o modelo para o RWIND Simulation , não serão aplicadas mais restrições. Independentemente de o fluxo em torno do objeto ser uma forma orgânica ou um bloco de extremidades afiadas, as interfaces disponíveis importam os dados da geometria com opção de orientação para o túnel de vento numérico e definem as condições de fronteira correspondentes para a análise de fluxo numérico nas superfícies.
Cálculo
O RWIND Simulation utiliza um modelo CFD (Computational Fluid Dynamics) numérico para executar fluxos de vento em torno dos objetos com a ajuda de um túnel de vento digital. O processo de simulação é efetuado nas seguintes etapas.
- Geração de uma malha plana envolvente na superfície dos objetos rodeados pelo vento. Esta malha envolvente simplifica a geometria dos objetos rodeados pelo vento e garante a impermeabilidade ao ar para todos os objetos simulados.
- Discretização de elementos sólidos do espaço entre a parte exterior do túnel de vento e a malha envolvente com o gerador de malha OpenFOAM (SnappyHexMesh). O tamanho dos elementos sólidos é definido de forma fluente e segue uma especificação de densidade de malha global com uma compressão homogénea em direção à área imediata das superfícies dos objetos.
- Simulação iterativa de fluxos de vento no espaço de volume discretizado utilizando o método de volume finito com um solucionador de equações OpenFOAM da família de solucionadores SIMPLE (método semi-implícito para equações relativas à pressão) para fluxos turbulentos estacionários incompressíveis.
- Extração das pressões de vento resultantes a partir do vento em torno de objetos na malha envolvente dos objetos.
- Transformação das pressões de vento da envolvente da malha de volta para a geometria do modelo original.
Resultados
Quando é alcançado o critério de convergência do processo de simulação iterativo, o programa apresenta dois tipos de resultados básicos para descrever o fluxo de vento em torno dos objetos e o seu efeito nos objetos. Por um lado, são apresentados os campos de fluxo tridimensionais por camadas
- velocidades do vento,
- direções do vento,
- pressões,
- propriedades de turbulência e
- linhas de fluxo (podem ser animadas),
que representam o percurso do fluxo de vento em torno do objeto no espaço.
Por outro lado, os resultados da superfície escalar com a saída de
- pressões do vento, incluindo a saída vetorial da resistência do vento e
- os coeficientes aerodinâmicos das superfícies
mostram o efeito do vento sobre os objetos.
Transformação
Quando o utilizador usa a opção de criar o projeto do RWIND Simulation com base na entrada do modelo no RFEM ou no RSTAB, o resultado da pressão do vento do RWIND Simulation será criado com base no modelo original como um caso de carga de vento separado no correspondente RFEM ou RSTAB modelo quando a análise do fluxo estiver concluída. Este caso de carga - ou vários casos de carga quando são analisadas várias direções do vento - inclui as cargas de vento resultantes da pressão líquida nos nós de EF das barras, superfícies e sólidos utilizados. O cálculo dos casos de carga do RWIND Simulation no RFEM ou no RSTAB resulta nas forças internas e nas deformações dos elementos estruturais utilizados devido aos efeitos do fluxo de vento simulados. Além do cálculo puro da ação do vento própria, também é possível combinar estes casos de carga com outras ações em combinações de carga e combinações de resultados e aplicar os resultados nos módulos adicionais de dimensionamento disponíveis.
Conclusão
O RWIND Simulation , em conjunto com a interface para o RFEM e o RSTAB, é uma ferramenta muito poderosa para determinar cargas de vento em geometrias de edifícios complexos. A programação intuitiva permite ao utilizador determinar de forma rápida e fácil as cargas de vento para a análise estrutural e o dimensionamento, tendo em conta a teoria de cálculo utilizada. Esse procedimento já é comum na engenharia automóvel e de aeronaves e ainda oferece um grande potencial em análises e dimensionamentos estruturais no que diz respeito a uma determinação mais precisa das cargas de vento e uma análise e dimensionamento estrutural mais rápidos.
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