Caso do Utilizador
No primeiro exemplo, procedemos com um planeamento preliminar, focando-nos particularmente no cálculo da força total. É selecionado como um plano quadrado 2D. Pertence ao Grupo 1 do WTG-Merkblatt-M3:
- G1: Valores qualitativos com requisitos de baixa precisão para uso na investigação básica ou planeamento preliminar. O esforço e os requisitos para o nível de detalhe são reduzidos, uma vez que frequentemente nem todas as condições limite estão totalmente esclarecidas.
- R1: Solitário (sem edifícios circundantes), análise de direções de vento importantes individuais.
- Z1: Valores médios estatísticos, desde que estes digam respeito a processos de escoamento estacionários onde as flutuações (por exemplo, devido à turbulência do escoamento de aproximação) 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 mostradas na Figura 1, e o pressuposto de entrada é ilustrado 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 |
| Massa volúmica do ar | ρ = 1.225 kg/m³ |
| Solver | Baseado em Pressão |
| Modelo de turbulência | k-ω SST Estacionário |
| Categoria de 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, vamos comparar os valores da força do vento entre a EN 1991-1-4 e o RWIND. A fórmula da força do vento na Secção 5.3 do Eurocódigo é definida:
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cscd |
Structural factor |
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cf |
Force coefficient for the structure or structural element |
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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 secções retangulares com cantos vivos e sem escoamento livre nas extremidades podem ser obtidos na Figura 7.23 da EN 1991-1-4, e o fator de redução (ψr) para uma secção transversal quadrada com cantos arredondados (r/b=0 → ψ r=1) pode ser obtido na Figura 7.24 da EN 1991-1-4. Valores indicativos do fator de efeito de extremidade ψλ=0.63 em função da razão 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 secção retangular com o vento a soprar normalmente a 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) à altura de referência z_e depende da rugosidade do terreno, orografia do terreno e velocidade básica do vento vb. É determinada usando a equação (4.3) da EN 1991-1-4:
- Turbulência de vento
A intensidade de turbulência Iv (ze) à altura de referência ze é definida como o desvio padrão da turbulência dividido pela velocidade média do vento. É calculada de acordo com a EN 1991-1-4, Equação 4.7. Para o caso examinado ze menor que zmin:
- Pressão dinâmica de base
A pressão dinâmica de base q_b é a pressão correspondente ao momento do vento determinada à velocidade básica do vento vb. A pressão dinâmica de base é calculada de acordo com a relação fundamental especificada na EN 1991-1-4, §4.5(1):
onde ρ é a massa volúmica do ar de acordo com a EN 1991-1-4, §4.5(1). Neste cálculo, é considerado o seguinte valor ρ=1.225 kg/m3.
- Pressão dinâmica de pico
A pressão dinâmica de pico qp (ze) à altura de referência ze inclui flutuações médias e de curto prazo da velocidade. É determinada de acordo com a EN 1991-1-4, Equação 4.8:
Então, a força do vento pode ser calculada:
A Imagem 2 mostra um estudo de sensibilidade da malha computacional 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 garantindo precisão de simulação sem refinamento desnecessário.
Além disso, o estudo da malha computacional precisa ser realizado de acordo com o seguinte link:
O WTG-Merkblatt M3 fornece dois métodos principais para validar resultados de simulação. O Método Hit Rate avalia quantos dos valores simulados Pi correspondem corretamente aos valores de referência Oi dentro de uma tolerância definida, usando uma abordagem de classificação binária (acerto ou falha). Esta abordagem avalia a fiabilidade da simulação calculando uma taxa de acerto q, semelhante às funções de confiança usadas na teoria da fiabilidade. Em contraste, o método do Erro Quadrático Médio Normalizado (e2) oferece uma avaliação de precisão mais detalhada ao quantificar o desvio quadrático médio entre os valores simulados e de referência, normalizado para ter em conta diferenças de escala. Juntos, estes 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 o RWIND e o Eurocódigo é de cerca de Wrel = 2.45% (menos do que o critério mencionado no WTG); então, a taxa de acerto pode ser obtida como q=100%, o que mostra uma boa concordância. O baixo erro quadrático médio normalizado e2=0.0005 confirma uma forte concordância entre a simulação e as medições, cumprindo eficazmente os padrões de validação.
Aqui está o modelo 3D da placa 2D:
