Tanto o RFEM como o RSTAB têm uma interface para exportar modelos para o RWIND onde o vento (em termos de velocidade e turbulência) pode ser definido em forma de tabela ou, de forma ainda mais prática, com base numa especificação padrão de vento.
Ao executar o programa RWIND manualmente, não é necessária uma interface no RFEM ou no RSTAB e pode definir a carga de vento dependente da altura e outros dados mecânicos de fluidos diretamente no RWIND. Além disso, pode modelar diretamente as estruturas e o ambiente de terreno importando ficheiros VTP, STL, OBJ e IFC.
Este artigo irá demonstrar a geração de cargas de vento no RWIND 2 como um complemento do RFEM 6 para uma análise e dimensionamento estrutural completos.
Um exemplo prático
A estrutura utilizada neste exemplo é uma cobertura de estádio constituída por membranas, como apresentado na Figura 1. Uma vez que a estrutura já foi modelada no RFEM 6 e que os casos de carga para as cargas permanente, de pré-esforço e imposta foram definidos, deve ser criado um caso de carga separado para a aplicação da carga de vento.
É importante destacar que, se a determinação da forma for considerada, a forma associada deve ser considerada como um estado inicial na análise de vento. Desta forma, evita-se geometrias de superfícies incorretas no túnel de vento.
Em primeiro lugar, é importante certificar-se de que o módulo Wind Simulation como uma solução especial está ativado nos dados base do modelo (Figura 2). Isto permitirá selecionar Wind Simulation como um tipo de análise para o caso de carga de vento, como na Figura 3.
Estão agora disponíveis dois novos registos. No Wind Simulation (Figura 4), pode utilizar o modelo para a simulação do vento num túnel de vento numérico, onde o vento médio é definido com base nas configurações da análise de simulação de vento, a direção do vento em torno do eixo Z (sentido horário), a desvio do terreno e o próprio perfil de vento. Com efeito, pode utilizar um perfil de vento de acordo com a norma preferida ou pode defini-lo você mesmo, como na Figura 5.
Para definir as configurações para a análise da simulação de vento, pode selecionar o ícone "Criar nova configuração para a simulação de vento" como indicado na Figura 4 e inserir parâmetros de fluxo, parâmetros de cálculo etc. (Figura 6).
As dimensões do túnel de vento são definidas automaticamente de acordo com a norma selecionada. São apresentados no separador Túnel de vento, como apresentado na Figura 7.
Uma vez que os dados de entrada foram definidos em termos de configuração da simulação de vento e túnel de vento, pode agora iniciar o cálculo da carga de vento. Este é um processo em duas etapas, que é discutido no parágrafo seguinte.
Primeiro, em segundo plano, é iniciado um processo em lote que coloca o modelo no túnel de vento numérico do RWIND. Em seguida, é iniciada uma análise CFD e, assim que a simulação está concluída, as pressões de superfície resultantes para um intervalo de tempo selecionado são devolvidas aos respetivos casos de carga do RFEM ou do RSTAB como cargas nodais da malha de EF ou cargas de barra.
Também pode inicializar a simulação de vento sozinho utilizando o ícone "Calcular simulação de vento" apresentado na Figura 4.
Cálculo e resultados
Como mencionado anteriormente, o RWIND utiliza um modelo CFD numérico para simular o fluxo de ar em torno dos objetos com a ajuda de um túnel de vento digital. O processo de simulação é baseado em uma malha de volumes 3D e determina cargas de vento específicas nas superfícies do modelo a partir do resultado do fluxo em torno do modelo.
Os fluxos de vento podem ser calculados utilizando o pacote de programas basic (RWIND Basic) ou pro (RWIND Pro). O primeiro fornece um solucionador estacionário, enquanto o segundo fornece um solucionador estacionário e um transitório. O pacote de programa básico utiliza os modelos de turbulência RAS k-ω e RAS k-ε, enquanto o modelo de turbulência LES SpalartAllmarasDDES é uma funcionalidade do pacote de programas pro (RWIND Pro).
Assim, o programa está a simular o fluxo de vento determinando os campos de pressão, o campo de velocidades e o campo de turbulência em torno da geometria da estrutura, bem como os vetores de velocidade e as linhas de corrente em torno da geometria da estrutura. A pressão na superfície e os coeficientes Cp da superfície também são calculados (Figura 8).
Os resultados acima mencionados podem ser apresentados graficamente (como imagens e vídeos) para zonas definíveis livremente. Para uma melhor avaliação, o RWIND disponibiliza planos de corte livremente móveis para a visualização separada dos "resultados de sólidos" num plano (Figuras 9, 10 e 11).
A exibição animada na forma de segmentos de linha ou partículas em movimento também é possível para o resultado da linha de corrente ramificada 3D, permitindo assim a representação do fluxo de vento como um efeito dinâmico. Além disso, pode exportar os resultados como imagem ou vídeo (especialmente para resultados animados).
Uma vez realizada a análise CFD, as pressões de superfície resultantes para um intervalo de tempo selecionado são automaticamente transferidas para os respetivos casos de carga do RFEM (ou RSTAB) como cargas nodais ou cargas de barra de malha de EF. Assim, o cálculo desses casos de carga é realizado e resulta em esforços internos, deformações, tensões etc., conforme apresentado na Figura 12.
Desta forma, os casos de carga que contêm a distribuição de cargas de vento gerada com o RWIND podem ser combinados com outras cargas em combinações de carga e resultados e podem ser utilizados para análises e dimensionamentos adicionais.
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