使用RWIND 2进行风荷载应用

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RWIND 2 是一种基于 CFD(计算流体动力学)生成风荷载的程序。 可以在任何建筑物周围生成风流数值模拟,包括不规则或唯一几何类型,以确定表面和杆件上的风荷载。 RWIND 2 可以与 RFEM/RSTAB 集成进行结构分析和设计,也可以作为独立应用程序使用。

RFEM 和 RSTAB 都有一个接口,可以将模型导出到 RWIND,在那里风(速度和湍流)可以表格形式定义,或者更实际的是按照风荷载标准规范。

手动运行 RWIND 程序时,不需要 RFEM 或 RSTAB 中的接口,可以直接在 RWIND 中定义随高度变化的风荷载和其他流体力学数据。 此外,还可以通过导入VTP、STL、OBJ和IFC文件直接对结构和地形环境进行建模。

本文将演示在 RWIND 2 中风荷载的生成,作为 RFEM 6 的补充,用于完整的结构分析和设计。

实际示例

该示例中使用的结构是一个体育场馆的膜结构屋盖,如图 1 所示。 鉴于已经在 RFEM 6 中对结构进行了建模,并且已经定义了永久荷载、预应力荷载和施加的荷载工况,那么应该创建一个单独的风荷载工况。 需要强调的是,如果考虑找形,那么在风荷载分析中必须将相关的形状作为初始状态。 这样可以避免在风洞中出现错误的面几何形状。

首先,确保在模型的基本数据(图 2)中激活风荷载模拟作为一个特殊的解决方案。 如图 3 所示,该风荷载工况可以选择风荷载模拟作为分析类型。

现在有两个新的寄存器可用。 在 Wind Simulation (图 4) 中,您可以使用该模型进行数值风洞模拟,在该数值风洞中根据风模拟分析设置定义风介质,绕 Z 轴的风向(顺时针),地形偏移量和风廓线本身。 实际上,您可以根据首选标准使用风廓线,也可以自己定义,如图 5 所示。

要定义风荷载模拟分析设置,您可以选择图 4 中所示的“创建新的风荷载模拟设置”图标,然后插入流动参数、计算参数以及其他选项(图 6)。

风洞的尺寸将根据所选标准自动定义。 它们显示在风洞选项卡中,如图 7 所示。

鉴于您已经定义了风荷载模拟设置和风洞,现在可以开始计算风荷载。 该过程分为两步,将在下一段中讨论。

首先,在后台启动一个批处理过程,将模型放置在 RWIND 的数值风洞中。 接下来,开始 CFD 分析,模拟完成后,将选定时间步长内的面压力作为有限元网格节点荷载或杆件荷载返回到 RFEM 或 RSTAB 的荷载工况中。

您也可以使用图 4 中显示的“计算风场模拟”图标单独对风场模拟进行初始化。

计算和结果

如前所述,RWIND 使用数值 CFD 模型通过数字风洞来模拟对象周围的风流。 模拟过程基于 3D 体积网格,根据模型周围的流动结果确定模型表面的特定风荷载。

可以使用基本版 (RWIND Basic) 或专业版 (RWIND Pro) 计算风流。 前者提供平稳求解器,而后者提供平稳求解器和瞬态求解器。 基本程序包中使用湍流模型 RAS k-ω 和 RAS k-ε,而 LES SpalartAllmarasDDES 湍流模型是pro (RWIND Pro) 程序包中的一个功能。

因此,程序通过确定结构几何形状周围的压力场、速度场和湍流场,以及结构几何形状周围的速度向量和流线来模拟风流。 还计算面压力和面 Cp系数(图 8)。

上述结果可以在任意区域以图形方式显示(图片和视频均可)。 为了更好地评估,RWIND 提供了可自由移动的切片平面,以便在平面中单独显示“实体结果”(图 9、10 和 11)。 3D 分支流线结果还可以以移动线段或粒子的形式动画显示,从而将风流表示为动力学效果。 此外,您可以将结果导出为图像或视频(特别是对于动画结果)。

一旦进行 CFD 分析,选定时间步长内的面压力将作为有限元网格节点荷载或杆件荷载自动传递到 RFEM(或 RSTAB)的相应荷载工况中。 因此,计算得出的荷载工况如图 12 所示。

通过这种方式,包含了 RWIND 生成的风荷载分布的荷载工况可以与其他荷载组合成荷载和结果组合,并可以用于进一步的分析和设计。

作者

Irena Kirova, M.Sc.

Irena Kirova, M.Sc.

营销和客户支持

Kirova女士负责撰写技术文章,并为Dlubal客户提供技术支持。

关键词

风洞模拟 风荷载应用 计算流体动力学

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  • 更新 2022年03月21日

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