Tanto o RFEM como o RSTAB têm uma interface para a exportação de modelos para o RWIND, onde o vento (em termos de velocidade e turbulência) pode ser definido em forma de tabela ou, de forma mais prática, com base numa especificação de norma de vento.
Se o programa RWIND for executado manualmente, não é necessária qualquer interface no RFEM ou no RSTAB e pode definir a carga de vento dependente da altura e outros dados mecânicos dos fluídos diretamente no RWIND. Além disso, as estruturas e a envolvente do terreno podem ser modeladas diretamente através da importação de ficheiros VTP, STL, OBJ e IFC.
Este artigo irá demonstrar a geração de cargas de vento no RWIND 2 como complemento do RFEM 6 para um cálculo estrutural completo.
Exemplo prático
A estrutura utilizada neste exemplo é a de uma cobertura de estádio constituída por membranas, conforme apresentado na Figura 1. Uma vez que a estrutura já foi modelada no RFEM 6 e os casos de carga para as cargas permanentes, pré-esforço e impostas foram definidos, deve ser criado um caso de carga separado para a aplicação da carga de vento.
É importante destacar que, se for considerada a determinação da forma, a forma associada deve ser considerada como um estado inicial na análise de vento. Ao fazer isso, são evitadas geometrias de superfície incorretas no túnel de vento.
Primeiro, é importante assegurar que o Simulação de vento como módulo de solução especial está ativado nos dados gerais do modelo (Figura 2). Isso permitirá que selecione a simulação de vento como um tipo de análise para o caso de carga de vento, como na Figura 3.
Estão agora disponíveis dois novos registos. Em Simulação de vento (Figura 4), pode utilizar o modelo para simulação de vento num túnel de vento numérico onde o meio de vento é definido com base na configuração de análise de simulação de vento, a direção do vento em torno do eixo Z (sentido horário), a desvio do terreno e o próprio perfil de vento. Na verdade, o perfil de vento pode ser utilizado de acordo com a norma preferida ou pode ser definido por si, como na Figura 5.
Para definir as configurações da análise de simulação de vento, pode selecionar o ícone "Criar nova configuração de simulação de vento", conforme indicado na Figura 4, e inserir parâmetros de fluxo, parâmetros de cálculo e outras opções (Figura 6).
As dimensões do túnel de vento são definidas automaticamente de acordo com a norma selecionada. Estes são apresentados no separador Túnel de vento, como apresentado na Figura 7.
Depois de definir os dados de entrada em termos de configurações de simulação de vento e túnel de vento, pode agora começar a calcular a carga de vento. Este é um processo de duas etapas que é discutido no parágrafo seguinte.
Primeiro, em segundo plano, é iniciado um processo em lote que coloca o modelo no túnel de vento numérico do RWIND. Em seguida, é iniciada uma análise CFD e assim que a simulação termina, as pressões de superfície resultantes para o intervalo de tempo selecionado são devolvidas aos respetivos casos de carga do RFEM ou do RSTAB como malhas de EF, cargas de nós ou cargas de barras.
Também pode iniciar a simulação de vento sozinho utilizando o ícone "Calcular simulação de vento" apresentado na Figura 4.
Cálculo e resultados
Conforme mencionado anteriormente, o RWIND utiliza um modelo CFD numérico para simular o fluxo de vento em torno dos objetos com a ajuda de um túnel de vento digital. O processo de simulação baseia-se numa malha de volume 3D e determina cargas de vento específicas nas superfícies do modelo a partir do resultado do fluxo em torno do modelo.
Pode calcular os fluxos de vento utilizando o pacote de programas Basic (RWIND Basic) ou Pro (RWIND Pro). O primeiro providencia um solucionador estacionário, enquanto que o segundo providencia tanto o solucionador estacionário como o solucionador transitório. O pacote de programa básico utiliza os modelos de turbulência RAS k-ω e RAS k-ε, enquanto o modelo de turbulência LES SplartAllmarasDDES é uma função do pacote de programa pro (RWIND Pro).
Assim, o programa simula o fluxo de vento determinando os campos de pressão, de velocidade e de turbulência em torno da geometria do sistema, bem como os vetores de velocidade e as linhas de fluxo em torno do sistema estrutural. A pressão de superfície e os coeficientesCp da superfície também são calculados (Figura 8).
Os resultados acima mencionados para zonas que podem ser definidas livremente podem ser apresentados graficamente (como imagens e vídeos). Para uma melhor avaliação, o RWIND disponibiliza planos de corte com mobilidade livre para a apresentação separada dos "resultados de sólido" num plano (imagens 9, 10 e 11).
Também é possível apresentar animações na forma de segmentos de linha móveis ou partículas para o resultado 3D ramificado das linhas de fluxo, permitindo assim a representação do fluxo de vento como um efeito dinâmico. Além disso, pode exportar os resultados como imagem ou vídeo (especialmente para resultados animados).
Assim que a análise CFD é realizada, as pressões de superfície resultantes para o intervalo de tempo selecionado são transferidas automaticamente para os respetivos casos de carga do RFEM (ou RSTAB) como cargas de nós ou de barras da malha de EF. Assim, é realizado o cálculo destes casos de carga e resultam em forças internas, deformações, tensões etc., conforme apresentado na Figura 12.
Desta forma, os casos de carga que contêm a distribuição de cargas de vento gerada com o RWIND podem ser combinados com outras cargas em combinações de cargas e resultados e podem ser utilizados para análises e dimensionamentos posteriores.
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