Aplicação de carga de vento utilizando o RWIND 2

Artigo técnico sobre o tema análise estrutural e utilização do software Dlubal

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O RWIND 2 é um programa para a geração de cargas de vento baseado em CFD (Computational Fluid Dynamics). A simulação numérica do fluxo de vento é gerada em torno de qualquer edifício, incluindo tipos de geometria irregulares ou únicos para determinar as cargas de vento em superfícies e barras. O RWIND 2 pode ser integrado com o RFEM/RSTAB para o dimensionamento e análise estrutural ou como aplicação autónoma.

Tanto o RFEM como o RSTAB dispõem de uma interface para a exportação de 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 na especificação de uma norma de vento.

Ao executar o programa RWIND manualmente, não é necessária nenhuma interface no RFEM ou no RSTAB e pode definir a carga de vento dependente da altura e outros dados mecânicos dos fluidos diretamente no RWIND. Além disso, pode modelar diretamente as estruturas e o ambiente do terreno através da importação de ficheiros VTP, STL, OBJ e IFC.

Este artigo irá demonstrar a geração de cargas de vento no RWIND 2 como um complemento ao RFEM 6 para análise estrutural completa e dimensionamento.

Um exemplo prático

A estrutura utilizada neste exemplo é uma cobertura de estádio constituída por membranas, conforme apresentado na Figura 1. Uma vez que a estrutura já foi modelada no RFEM 6 e os casos de carga para as cargas permanentes, pré-esforço e impostas 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 do vento. Ao fazer isso, você evita geometrias de superfície incorretas no túnel de vento.

Primeiro, é importante certificar-se de que a simulação de vento como um módulo de solução especial está ativada nos dados de base do modelo (Figura 2). Isso permitirá que você selecione Simulação de vento como um tipo de análise para o caso de carga de vento, como na Figura 3.

Estão agora disponíveis dois novos registos. Na Simulação de vento (Figura 4), pode utilizar o modelo para a simulação de vento num túnel de vento numérico onde o meio de vento é definido com base nas configurações de análise de simulação de vento, a direção do vento em torno do eixo Z (sentido horário), o o desvio do terreno e o próprio perfil do vento. De facto, pode utilizar um perfil de vento de acordo com a norma preferida ou pode defini-lo por si próprio, como na Figura 5.

Para definir as configurações de análise da simulação de vento, pode selecionar o ícone "Criar novas configurações de simulação de vento" conforme indicado na Figura 4 e inserir parâmetros de fluxo, parâmetros de cálculo, bem como outras opções (Figura 6).

As dimensões do túnel de vento são definidas automaticamente de acordo com a norma selecionada. Estes são apresentados no separador Túnel de Vento, conforme apresentado na Figura 7.

Dado que definiu os dados de entrada em termos de configurações de simulação de vento e túnel de vento, pode agora começar a calcular a carga de vento. Este é um processo de 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 é concluída, as pressões de superfície resultantes para um intervalo de tempo selecionado são devolvidas aos respetivos casos de carga do RFEM ou RSTAB como cargas nodais da malha de EF ou cargas de barra.

Também é possível inicializar apenas a simulação de vento utilizando o ícone "Calcular simulação de vento" apresentado na Figura 4.

Cálculo e resultados

Conforme mencionado anteriormente, o RWIND utiliza um modelo CFD numérico para simular fluxos de vento em torno de objetos utilizando um túnel de vento digital. O processo de simulação é baseado em malha de volume 3D e determina cargas de vento específicas nas superfícies do modelo a partir do resultado do fluxo em torno do modelo.

Pode calcular os fluxos de vento utilizando o pacote de programas básico (RWIND Basic) ou o pro (RWIND Pro). O primeiro oferece um solucionador estacionário, enquanto o último oferece um solucionador estacionário e um transitório. O pacote de programa básico emprega os modelos de turbulência RAS k-ω e RAS k-ε, enquanto o modelo de turbulência LES SpalartAllmarasDDES é uma característica do pacote de programa pro (RWIND Pro).

Assim, o programa simula o fluxo de vento através da determinação do campo de pressão, do campo de velocidade e do campo de turbulência em torno da geometria da estrutura, bem como dos vetores de velocidade e das linhas de fluxo em torno da geometria da estrutura. A pressão de superfície e os coeficientes Cp de superfície também são calculados (Figura 8).

Os resultados acima mencionados podem ser apresentados graficamente para zonas definíveis livremente (como imagens e vídeos). Para uma melhor avaliação, o RWIND oferece planos de divisão móveis livremente para a visualização separada dos "resultados de sólidos" num plano (imagens 9, 10 e 11). A exibição animada na forma de segmentos de linha móveis ou partículas para o resultado de fluxo ramificado 3D também é possível, permitindo assim a representação do fluxo de vento como um efeito dinâmico. Além disso, pode exportar os resultados como imagem ou vídeo (especialmente para os resultados animados).

Assim que a análise CFD é realizada, as pressões de superfície resultantes para um intervalo de tempo selecionado são transferidas automaticamente para os respetivos casos de carga do RFEM (ou RSTAB) como cargas de nós da malha de EF ou cargas de barra. Assim, o cálculo destes 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 carga de vento gerada com o RWIND podem ser combinados com outras cargas em combinações de resultados e podem ser utilizados para posterior análise e dimensionamento.

Autor

Irena Kirova, M.Sc.

Irena Kirova, M.Sc.

Marketing e apoio ao cliente

A Eng.ª Kirova é responsável pela criação de artigos técnicos e presta apoio técnico aos clientes da Dlubal.

Palavras-chave

Simulação de vento Aplicação de carga de vento Dinâmica de fluidos computacional

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  • Atualizado 21 de março de 2022

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RWIND

Programa autónomo

O RWIND é um programa para a simulação numérica de fluxos de vento (túnel de vento digital) em torno de edifícios de qualquer geometria e para a determinação das cargas de vento nas suas superfícies.
Pode ser utilizado como aplicação autónoma ou em conjunto com o RFEM e o RSTAB para uma análise estrutural completa e dimensionamento.

Preço de primeira licença
3.860,00 USD
RWIND

Programa autónomo

O RWIND 2 é um programa (túnel de vento digital) para a simulação numérica de fluxos de vento em torno de qualquer geometria de edifícios com determinação das cargas de vento nas suas superfícies.
Pode ser utilizado como aplicação autónoma ou em conjunto com o RFEM e o RSTAB para uma análise estrutural completa e dimensionamento.

Preço de primeira licença
2.740,00 USD
RFEM 6
Pavilhão em arco

Programa principal

O programa de análise estrutural RFEM 6 é a base de um sistema de software modular.
O programa principal RFEM 5 é utilizado para definir estruturas, materiais e ações para sistemas estruturais planos e espaciais constituídos por lajes, paredes, cascas e barras.
O programa também pode dimensionar estruturas combinadas, bem como elementos sólidos e de contacto.

Preço de primeira licença
3.990,00 USD