Zarówno RFEM, jak i RSTAB posiadają interfejs do eksportu modeli do RWIND, gdzie wiatr (pod względem prędkości i turbulencji) może być zdefiniowany w formie tabelarycznej lub, jeszcze praktyczniej, na podstawie specyfikacji wiatru w normie.
W przypadku ręcznego uruchamiania programu RWIND nie jest wymagany interfejs w programie RFEM ani RSTAB, a obciążenie wiatrem dotyczące modeli i parametrów obliczeń zastosowanych w mechanice płynów, można definiować bezpośrednio w programie RWIND. Ponadto istnieje możliwość bezpośredniego modelowania rzeźby terenu poprzez importowanie plików VTP, STL, OBJ oraz IFC.
W tym artykule zademonstrowano generowanie obciążenia wiatrem w programie RWIND 2, będącym uzupełnieniem programu RFEM 6 w celu przeprowadzenia pełnej analizy statyczno-wytrzymałościowej i wymiarowania.
Przykład praktyczny
Konstrukcja wykorzystana w tym przykładzie to dach stadionu składający się z membran, jak pokazano na rysunku 1. Ponieważ konstrukcja została już zamodelowana w programie RFEM 6 i zdefiniowano przypadki obciążeń dla obciążeń stałych, wstępnych i wymuszonych, należy utworzyć osobny przypadek obciążenia dla przyłożenia obciążenia wiatrem.
Należy podkreślić, że w przypadku stosowania funkcji wyszukiwania kształtu (form-finding) żądany kształt należy przyjąć jako stan początkowy w analizie wiatru. Pozwala to uniknąć nieprawidłowej geometrii powierzchni w tunelu aerodynamicznym.
Po pierwsze, ważne jest, aby upewnić się, że specjalne rozszerzenie Wind Simulation jest aktywowane w Danych podstawowych modelu (Rysunek 2). Umożliwi to wybór symulacji wiatru jako typu analizy dla przypadku obciążenia wiatrem, jak na rys. 3.
Dostępne są teraz dwa nowe rejestry. W symulacji wiatru (zdjęcie 4) można użyć modelu do symulacji wiatru w cyfrowym tunelu aerodynamicznym, w którym środowisko obciażenia wiatrem jest definiowane na podstawie ustawień analizy symulacji wiatru, kierunku wiatru wokół osi Z (zgodnie z ruchem wskazówek zegara), przesunięcia terenu i samego profilu wiatru. W rzeczywistości można zastosować profil wiatru zgodnie z preferowaną normą lub zdefiniować go samodzielnie, jak na rys. 5.
Aby zdefiniować ustawienia analizy symulacji wiatru, można wybrać ikonę „Utwórz nowe ustawienia symulacji wiatru”, jak pokazano na rysunku 4, i wstawić parametry przepływu, parametry obliczeń i inne opcje (rys. 6).
Wymiary tunelu aerodynamicznego są automatycznie definiowane zgodnie z wybraną normą. Są one wyświetlane w zakładce Tunel aerodynamiczny, jak pokazano na rysunku 7.
Po zdefiniowaniu danych wejściowych w zakresie ustawień symulacji wiatru i tunelu aerodynamicznego można teraz rozpocząć obliczanie obciążenia wiatrem. Jest to proces dwuetapowy, omówiony w poniższym akapicie.
Najpierw w tle uruchamiany jest proces wsadowy, w trakcie którego model umieszczany jest w numerycznym tunelu aerodynamicznym RWIND. Następnie inicjowana jest analiza CFD, a po zakończeniu symulacji wypadkowe naciski powierzchniowe dla wybranego kroku czasowego są zwracane do odpowiednich przypadków obciążeń w programie RFEM lub RSTAB jako obciążenia węzłowe siatki ES lub obciążenia prętowe.
Można też zainicjować samą symulację wiatru, korzystając z ikony „Oblicz symulację wiatru” pokazanej na rysunku 4.
Obliczenia i wyniki
Jak wcześniej wspomniano, RWIND wykorzystuje cyfrowy model CFD do symulacji przepływu wiatru wokół obiektów za pomocą cyfrowego tunelu aerodynamicznego. Proces symulacji oparty jest na siatce objętościowej 3D i określa konkretne obciążenia wiatrem na powierzchnie modelu na podstawie przepływu cieczy wokół modelu.
Przepływy wiatru można obliczać przy użyciu pakietu podstawowego (RWIND Basic) lub pakietu programów pro (RWIND Pro). Pierwszy z nich zapewnia solwer przepływu stałego, podczas gdy drugi zapewnia zarówno solwer przepływu stałego (ustalonego), jak i przejściowego. Podstawowy pakiet oprogramowania wykorzystuje modele turbulencji RAS k-ω i RAS k-ε, natomiast model turbulencji LES SpalartAllmaras DDES jest częścią pakietu programów pro (RWIND Pro).
Dlatego program symuluje przepływ wiatru, określając pola ciśnień, pola prędkości i turbulencji wokół geometrii konstrukcji, a także wektory prędkości i linie przepływu wokół geometrii konstrukcji. Obliczane są również ciśnienie powierzchniowe i współczynniki powierzchniowe Cp (rysunek 8).
Można wyświetlić wyżej wymienione wyniki dla dowolnie definiowanych stref graficznie (w postaci obrazów i wideo). Dla lepszej oceny, RWIND oferuje dowolnie przesuwane płaszczyzny typu slicer w celu osobnego wyświetlenia "wyników brył" w płaszczyźnie (rysunki 9, 10 i 11).
W celu uzyskania wyników w postaci rozgałęzionych linii przepływu 3D możliwe jest również wyświetlanie animacji w postaci ruchomych odcinków lub cząstek, co pozwala na odwzorowanie przepływu wiatru jako efektu dynamicznego. Ponadto można eksportować wyniki jako obraz lub wideo (szczególnie w przypadku wyników animowanych).
Po przeprowadzeniu analizy CFD, wynikowe naciski powierzchniowe dla wybranego kroku czasowego są automatycznie przenoszone do odpowiednich przypadków obciążeń w programie RFEM (lub RSTAB) jako obciążenia węzłowe siatki ES lub obciążenia prętowe. W związku z tym obliczenia tych przypadków obciążeń są przeprowadzane, a ich wynikiem są siły wewnętrzne, odkształcenia, naprężenia itd., jak pokazano na rysunku 12.
W ten sposób przypadki obciążeń zawierające rozkład obciążenia wiatrem wygenerowane za pomocą RWIND można łączyć z innymi obciążeniami w kombinacje obciążeń i wyników oraz wykorzystywać do dalszej analizy i obliczeń.
Baza informacji