História do utilizador
No primeiro exemplo, prossegue-se com um dimensionamento preliminar, focando particularmente no cálculo da força total. É selecionado como um plano quadrado 2D. Pertence ao Grupo 1 de WTG-Merkblatt-M3:
- G1: Valores qualitativos com baixos requisitos de precisão para uso na investigação básica ou dimensionamento preliminar. O esforço e os requisitos para o nível de detalhe são reduzidos, pois muitas vezes nem todas as condições de contorno estão totalmente esclarecidas.
- R1: Solitário (sem edifícios circundantes), análise de direções de vento importantes individuais.
- Z1: Valores estatísticos médios, desde que se refiram a processos de fluxo estacionário onde flutuações (por exemplo, devido à aproximação de fluxos de turbulência) possam ser suficientemente captadas por outras medidas.
- S1: Efeitos estáticos. É suficiente representar o modelo estrutural com o detalhe mecânico necessário, mas sem propriedades de massa e amortecimento.
As dimensões do exemplo são apresentadas na Figura 1, e a suposição de entrada de dados é ilustrada na Tabela 1:
Tabela 1: Dados de entrada do exemplo de verificação do plano quadrado 2D
| Modelo | Plano quadrado 2D |
|---|---|
| Dimensão | a = 1 m |
| Velocidade básica do vento | V = 30 m/s |
| Densidade do ar | ρ = 1.225 kg/m³ |
| Solver | Baseado na Pressão |
| Modelo de turbulência | Estável k-ω SST |
| Categoria do Terreno | 2 |
| Tipo de perfil de velocidade do vento no RFEM | Pico |
| Algoritmo numérico | Algoritmo SIMPLE |
| Discretização | Segunda Ordem |
| Pressão residual | 10⁻⁴ |
| Viscosidade cinemática | ν = 1.5 × 10⁻⁵ |
Neste exemplo, vai-se comparar os valores de força do vento entre a norma EN 1991-1-4 e o RWIND. A fórmula da força do vento na seção 5.3 do Eurocódigo é definida:
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cscd |
Structural factor |
|
cf |
Force coefficient for the structure or structural element |
|
qp(ze ) |
Peak velocity pressure at reference height ze |
|
Aref |
Reference area of the structure or structural element |
Os coeficientes de força (d=b=1 → Cf,0=2.10) de seções retangulares com cantos afiados e sem fluxo de extremidade livre podem ser obtidos na Figura 7.23 da norma EN 1991-1-4, e o fator de redução (ψr) para uma seção transversal quadrada com cantos arredondados (r/b=0 → ψ r=1) pode ser obtido na Figura 7.24 da norma EN 1991-1-4. Os valores indicativos do fator de efeito de extremidade ψλ=0.63 como função da relação de solidez φ=1 versus esbelteza λ=2 podem ser obtidos na Figura 7.36 da EN 1991-1-4.
O coeficiente de força cf dos elementos estruturais da seção retangular com o vento soprando normalmente sobre uma superfície plana deve ser determinado pela Expressão (7.9) na EN 1991-1-4:
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cf,0 |
The force coefficient of rectangular sections with sharp corners and without free-end flow |
|
ψr |
The reduction factor for square sections with rounded corners |
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ψλ |
The end-effect factor for elements with free-end flow |
- Velocidade média do vento
A velocidade média do vento vm (ze) na altura de referência z_e depende da rugosidade do terreno, orografia do terreno e da velocidade básica do vento vb. É determinada utilizando a equação (4.3) da EN1991-1-4:
- Turbulência do vento
A intensidade da turbulência Iv (ze) na altura de referência ze é definida como o desvio padrão da turbulência dividido pela velocidade média do vento. É calculada de acordo com a Equação 4.7 da EN1991-1-4. Para o caso examinado ze menor do que zmin:
- Pressão da velocidade básica
A pressão da velocidade básica q_b é a pressão correspondente ao momento do vento determinado na velocidade básica do vento vb. A pressão da velocidade básica é calculada de acordo com a relação fundamental especificada na EN1991 -14 §4.5(1):
onde ρ é a densidade do ar de acordo com a EN1991-1-4 §4.5(1). Neste cálculo, considera-se o seguinte valor ρ=1.225 kg/m3.
- Pressão da velocidade de pico
A pressão da velocidade de pico qp (ze) na altura de referência ze inclui flutuações de velocidade média e de curto prazo. É determinada de acordo com a Equação 4.8 da EN1991-1-4:
Então pode ser calculada a força do vento:
A Imagem 2 mostra um estudo da sensibilidade de malha no RWIND para a placa 2D. À medida que a densidade da malha aumenta de 10% para 40%, o coeficiente de força Cf diminui e estabiliza em 1,23 a partir de 30%, indicando resultados independentes da malha e assegurando precisão na simulação sem refinamento desnecessário.
Além disso, o estudo da malha computacional precisa de ser realizado de acordo com o seguinte link:
O WTG-Merkblatt M3 providencia dois métodos principais para validar os resultados da simulação. O Método da Taxa de acerto avalia quantos dos valores simulados Pi correspondem corretamente aos valores de referência Oi dentro de uma tolerância definida, usando uma abordagem de classificação binária (certo ou errado). Esta abordagem avalia a confiabilidade da simulação calculando uma taxa de acerto q, semelhante às funções de confiança usadas na teoria da confiabilidade. Em contraste, o método de Erro Quadrático Médio Normalizado (e2) oferece uma avaliação da precisão mais detalhada, quantificando o desvio médio quadrático entre os valores simulados e os de referência, normalizado para considerar diferenças de escala. Em conjunto, esses métodos fornecem medidas qualitativas e quantitativas para a validação da simulação.
Resultados no RWIND e comparação com o Eurocódigo
No RWIND, os resultados das forças totais (nas Figuras 3 e 4) estão disponíveis no separador Info do modelo Editar. A diferença entre RWIND e o Eurocódigo é sobre Wrel = 2.45% (menos do que o critério mencionado no WTG); desta forma a taxa de acerto pode ser obtida como q=100%, o que mostra boa concordância. O baixo erro quadrático médio normalizado e2=0.0005 confirma forte concordância entre simulação e medições, atendendo efetivamente aos padrões de validação.
Aqui está o modelo 3D da placa 2D:
