La simulation des charges de vent peut jouer un rôle crucial dans le calcul de structure, notamment dans le cas d’immeubles de grande hauteur où les forces de vent affectent considérablement la stabilité de la structure, le confort des occupants et le milieu environnant. Par conséquent, des modèles de vent complexes affectant la distribution de pression, le flux de vent et le microclimat local doivent être visualisés et anticipés afin que ces bâtiments répondent aux exigences non seulement en termes d'esthétique, mais également de sécurité et de résistance.
Pour intégrer ces facteurs dans vos calculs de structure, Dlubal Software vous propose RWIND 3, un logiciel spécialement développé pour simuler les flux de vent autour d’objets dans une soufflerie virtuelle. Cette simulation produit des charges de vent précises à l’aide d’un modèle numérique CFD (Computational Fluid Dynamics) pour les applications dans RFEM et RSTAB. RWIND 3 peut donc fonctionner comme un programme autonome ou s’intégrer à RFEM et RSTAB, offrant ainsi une solution complète de calcul de structure.
Le texte suivant décrit les avantages de l’utilisation de la CFD, notamment par rapport aux essais conventionnels en soufflerie. Les principales distinctions entre les tests CFD et les essais en soufflerie réside dans leurs méthodes, leurs coûts, leur flexibilité et leur capacité à traiter des scénarios complexes, qui seront détaillés. Pour l'instant, il est essentiel de reconnaître que la CFD utilise des algorithmes mathématiques et des méthodes numériques pour modéliser numériquement le comportement des fluides, à l’aide de techniques de discrétisation pour analyser le mouvement de l’air ou des fluides. D’autre part, les essais en soufflerie placent les modèles physiques dans un environnement de vent contrôlé, où les données réelles du flux de vent sont collectées à l’aide de capteurs de pressions, fournissant des résultats expérimentaux directs. Dans ce contexte, nous allons étudier les différences entre ces deux méthodes et souligner les avantages de la CFD.
1. Coûts
Les simulations CFD peuvent être plus économiques que la construction et l’entretien de soufflerie, en particulier pour les essais complexes avec de nombreuses configurations. Bien que l’investissement initial en logiciel CFD et en ressources informatiques puisse être considérable, une fois installé, un large éventail de simulations peut être effectué sans engendrer de frais de matériel et de personnel supplémentaires. De plus, moins de ressources sont nécessaires pour analyser les variations individuelles. En revanche, les essais en soufflerie peuvent être coûteux, en particulier pour les modèles grands ou complexes, car chaque essai nécessite une préparation longue et fastidieuse.
2. Flexibilité et options de modification
La CFD permet une vérification, des itérations et des analyses rapides, ce qui permet d’ajuster facilement les paramètres tels que la vitesse du vent, la densité et la température, ainsi que l’inclusion de facteurs supplémentaires. Les simulations peuvent ainsi être effectuées et modifiées rapidement et sans modifications de configuration physiques requises dans les tests en soufflerie, où les ajustements impliquent souvent la création de nouveaux modèles ou la modification des existants. L’exécution de plusieurs scénarios dans un court laps de temps est plus difficile avec des essais en soufflerie, ce qui rend la CFD supérieure à cet égard.
3. Gain de temps
Cet avantage résulte directement de la flexibilité mentionnée précédemment, qui permet des ajustements rapides des paramètres sans modifications de configuration physique. Comme mentionné précédemment, la CFD permet d’exécuter rapidement plusieurs scénarios, offrant un avantage évident en termes d’efficacité.
4. Possibilités de simulation
La CFD permet une visualisation très détaillée des caractéristiques des flux, de la distribution de pression et des variations de température avec une granularité remarquable. Cette méthode permet d’analyser des scénarios qui peuvent être difficiles à modéliser dans une soufflerie physique en raison de contraintes de taille ou de vitesse, telles que des vitesses extrêmement élevées ou des géométries complexes. La CFD peut simuler ces conditions sans limitation physique. Alors que les soufflerie simulent physiquement le flux de vent et offrent souvent une plus grande précision dans la simulation des interactions air-objet, elles sont limitées aux données de points de mesure spécifiques et fournissent des détails moins complets que la CFD.
5. Accessibilité
Les progrès réalisés dans le domaine du développement logiciel et du Cloud ont rendu la CFD beaucoup plus accessible à un public plus large. Les outils CFD open source comme OpenFOAM, par exemple, offrent un accès gratuit à des capacités de simulation robustes. La CFD pouvant être effectuée entièrement dans un environnement virtuel permet aux chercheurs ne disposant pas d’accès à la soufflerie de réaliser des études et des analyses détaillées.
6. Intégration aux technologies modernes
Un autre avantage des outils CFD modernes accessibles est leur intégration avec d’autres logiciels d’ingénierie, ils simplifient le flux de travail depuis la vérification jusqu’à la simulation et permettent une approche multidisciplinaire de la vérification et de l’analyse. L’utilisation des outils CFD avec les logiciels RFEM et RSTAB de Dlubal Software est un excellent exemple.
Conclusion
La CFD et les essais en soufflerie diffèrent non seulement par leur méthodologie, mais également par les exigences en matière de ressources et de temps, de flexibilité, de capacité à gérer des scénarios complexes, d’accessibilité et d’intégration à d’autres logiciels. Cet article met en évidence les avantages de la CFD dans ces domaines, aborde sa grande flexibilité et sa précision à des coûts de fonctionnement plus faibles, ainsi que sa capacité à étudier le comportement de l’air dans des structures complexes. Cependant, il est essentiel de reconnaître que malgré ces avantages, les essais en soufflerie sont essentiels pour valider les modèles CFD et saisir des phénomènes qui peuvent être difficiles à simuler avec précision. En résumé, la CFD est particulièrement utile pour les études de conception, les tests de prototypes et l’analyse de scénarios dynamiques complexes et difficilement reproductibles en soufflerie, tandis que les essais en soufflerie constituent une étape finale pour valider des modèles et effectuer des évaluations aérodynamiques précises. Dans la plupart des cas, la combinaison de la CFD et des essais en soufflerie constitue le meilleur moyen de tirer le meilleur parti de leurs avantages complémentaires.