Exemplos de verificação

Este caso de verificação, baseado no documento do WTG alemão: Folha de Dados do Comitê 3 - Simulação Numérica de Fluxos de Vento, Capítulo 9.2, compara cálculos de dinâmica dos fluidos computacional dos coeficientes de pressão do vento com dados experimentais da base de dados aerodinâmica da Universidade Politécnica de Tóquio (TPU). A análise foca em um modelo de edifício alto (proporção 2:1:5). Os dados do túnel de vento da camada limite da TPU - rigorosamente validados através de estudos revisados por pares e publicamente acessíveis via seu portal de engenharia de vento - fornecem métricas de referência para avaliar a precisão da modelagem de turbulência e os efeitos de sensibilidade da grade. Os principais parâmetros de comparação incluem valores médios dos coeficientes de pressão em zonas críticas do edifício (face à barlavento, paredes laterais, regiões de separação a sotavento).

Uma coluna interna no primeiro andar de um edifício de três andares é projetada. A coluna é monolítica e conectada às vigas superior e inferior. O método simplificado de projeto contra incêndio A para colunas de acordo com a DIN EN 1992-1-2 é então verificado e os resultados são comparados com a referência.

Normas existentes, como EN 1991-1-4, ASCE/SEI 7-16 e NBC 2015, fornecem parâmetros de carga de vento, incluindo o coeficiente de pressão do vento (C_p), para formas estruturais básicas. No entanto, um desafio importante está em determinar esses parâmetros de forma mais eficiente e precisa, em vez de depender de abordagens baseadas em fórmulas, muitas vezes demoradas e complexas, encontradas nas normas.

No exemplo de validação atual, investigamos o coeficiente de força do vento (C_f) para estruturas cúbicas com base na norma europeia EN 1991-1-4. Existem casos tridimensionais que explicaremos em mais detalhe na próxima parte.

Este exemplo é baseado no teste da Camada Limite Atmosférica (ABL) do documento do WTG alemão: Ficha Técnica do Comitê 3 - Simulação numérica de fluxos de vento, Capítulo 9.1 (ver referências). É uma extensão do VE0309 - Teste da Camada Limite Atmosférica. Neste caso, a condição de contorno de superfície rugosa é utilizada na parede inferior e os resultados são comparados com a superfície lisa. No artigo a seguir, são mostrados o desenvolvimento de uma velocidade, energia cinética de turbulência e taxa de dissipação de turbulência para a Categoria de Terreno 0 definida na EN 1991-1-4. Uma turbulência verticalmente anisotrópica de acordo com o Capítulo 6.3.1 e o modelo de turbulência RANS k-ω SST é utilizado.

Uma fundação de bloco quadrado com lados ásperos de balde deve ser projetada para pilares de concreto armado pré-moldado. O projeto segue as disposições da DIN EN 1992-1-1/NA 1.5.2.5 e 1.5.2.6, assumindo cargas típicas de construção que são consideradas principalmente como cargas permanentes. O projeto geotécnico não faz parte deste exemplo de verificação.

A faixa bimetálica é composta por invar (uma liga de ferro e níquel com um coeficiente de dilatação térmica muito baixo) e cobre. A extremidade esquerda da faixa bimetálica está fixa e a extremidade direita está livre, carregada pela diferença de temperatura T_c. Ao negligenciar o peso próprio, determine a deflexão u_z,max da faixa bimetálica (extremidade livre).

Verifique se os resultados não são afetados pelo acoplamento de diferentes elementos dimensionais. Uma consola com secção retangular está fixa numa extremidade e carregada na outra extremidade com forças_Fx e_Fz. Sem considerar o peso próprio e assumindo apenas pequenas deformações, determine a flecha axial máxima u_x, a flecha transversal u_z e a flecha total u da consola.

Uma placa fina é fixada de um lado (φ_z =0) e carregada com o momento distribuído do outro lado. Primeiro, a placa é modelada como uma superfície plana. Além do mais, a placa é modelada como um quarto da superfície cilíndrica. A largura do modelo plano' é igual ao comprimento de um quarto de círculo do modelo curvado. Assim, o modelo curvado tem quase a mesma constante de torção J que o modelo plano. Determine a rotação máxima da placa φ_z,máx para os dois modelos geométricos e compare os resultados utilizando as teorias de placas de Kichhoff e Mindlin.

A validação em engenharia de vento é crucial para garantir a integridade estrutural de antenas contra forças induzidas pelo vento. Em colaboração com a Universidade RWTH de Aachen, os investigadores combinaram testes em túneis de vento e simulações para refinar os modelos e aumentar a precisão. Este estudo melhora a resistência das antenas, beneficiando setores que dependem de estruturas expostas ao vento.

Este exemplo é baseado no teste da camada limite atmosférica (ABL) do documento da Alemanha WTG: Ficha informativa do Comité 3 - Simulação numérica dos fluxos de vento, capítulo 9.1 (ver referências). Antes de cada simulação numérica, deve ser verificado se a camada limite atmosférica definida na entrada do fluxo atinge a estrutura testando o seu desenvolvimento num túnel vazio. Isto não afecta apenas a distribuição das velocidades, mas também as quantidades turbulentas. O teste deve ser realizado tanto para cálculos estacionários (RANS) como para transitórios (URANS, LES). No artigo seguinte, é apresentado o desenvolvimento de um campo de velocidade, de um campo de energia de turbulência cinética e de um campo de taxa de dissipação de turbulência para as quatro categorias de terreno I a IV definidas na norma EN 1991-1-4. Turbulência verticalmente anisotrópica segundo com o capítulo 6.3.1 e é utilizado o modelo de turbulência RANS k-ω.

Uma viga em consola feita de um material com diferente resistência plástica à tração e à compressão está completamente fixada na extremidade esquerda e carregada por um momento fletor de acordo com o esboço seguinte. O problema é descrito pelo seguinte conjunto de parâmetros. São consideradas pequenas deformações e o peso próprio não é considerado neste exemplo. Determinar a flecha máxima u_z,máx.

Utilizando LRFD e ASD, determine as resistências e os coeficientes de comprimento de encurvadura necessários dos pilares ASTM A992 do pórtico conforme a Figura 01 para determinar a combinação de carga de peso máximo.

Uma barra de tração em forma de W de acordo com a ASTM A992 é selecionada para suportar sob tração uma carga permanente de 30 000 kips (13,6 t) e uma carga variável de 90 000 kips (40,8 t). Verifique a resistência da barra utilizando LRFD e ASD.

O pilar ASTM A992 14×132 W é carregado com as forças de compressão axial especificadas. O pilar é articulado na parte superior e inferior dos dois eixos. Determine se o pilar é adequado para absorver a carga apresentada na Figura 01 de acordo com o LRFD e o ASD.

Considere o vão da barra ASTM A992 W 18×50 apresentado na Figura 01 e as cargas permanentes e variáveis uniformes. A barra está limitada a uma altura máxima de 45,72 cm (18 pol.). A flecha da carga variável está limitada a L/360. A viga está apoiada de forma simples e contraventada de forma contínua. Verifique a resistência à flexão disponível da viga selecionada com base nos métodos LRFD e ASD.

Uma viga ASTM A992 W 24×62 com corte nas extremidades de 24 e 72,5 t das cargas permanente e variável, respetivamente, é apresentada na Figura 01. Verifique a resistência ao corte disponível da viga selecionada com base nos métodos LRFD e ASD.

Utilize as tabelas do manual AISC para determinar as resistências à compressão e à flexão disponíveis e se a viga ASTM A992 W14x99 tem resistência suficiente para suportar os momentos e as forças normais apresentados na Figura 01 e que são obtidos a partir de uma análise de segunda ordem com efeitos P-𝛿.

Este exemplo de verificação é uma modificação de VE0064 – Recipiente de parede espessa, onde a única diferença é de que o material do recipiente é incompressível. Um recipiente de parede espessa é sujeito a compressão interna e externa. O recipiente é aberto, pelo que não existe tensão normal. O problema foi modelado como um quarto de modelo e descrito pelo seguinte conjunto de parâmetros. Determine a flecha radial dos raios interno e externo u_r (r₁ ), u_r (r₂ ), sem considerar o peso próprio.

O recipiente de parede espessa é sujeito a compressão interna, a qual é escolhida de forma a que o recipiente alcance o estado elástico-plástico. O problema foi modelado como um quarto de modelo. Determine e compare a solução analítica e numérica para a posição radial da zona de fronteira plástica r_y segundo a hipótese de Tresca para a superfície de cedência, sem considerar o peso próprio.

O recipiente de duas camadas com paredes espessas é sujeito a compressão interna e externa. O recipiente está aberto, portanto não existe tensão normal. O problema foi modelado como um quarto de modelo. Determine a flecha radial dos raios interno e externo u_r (r₁ ), u_r (r₂ ) e a pressão (tensão radial) no raio central p_m. O peso próprio é negligenciado.

Um recipiente de parede espessa é sujeito a compressão interna e externa. O recipiente é aberto, pelo que não existe tensão normal. O problema foi modelado como um quarto de modelo. Determine a flecha radial dos raios interior e exterior u_r (r₁ ) u_r (r₂ ). O peso próprio é negligenciado.

Um disco compacto (CD) roda a uma velocidade de 10 000 rpm. Está, por isso, sujeito a uma força centrífuga. O problema foi modelado como um quarto de modelo. Determine a tensão tangencial_σt no diâmetro interior e exterior e a flecha radial u_r do raio exterior.

A estrutura consiste em uma viga de perfil I simplesmente apoiada. A rotação axial φ_x é restrita em ambas as extremidades, mas a seção transversal é livre para empenar (apoio tipo garfo). A viga apresenta uma imperfeição inicial na direção Y definida como uma curva parabólica com deslocamento máximo de 30 mm no meio. Uma carga uniforme é aplicada no meio da aba superior do perfil I. O problema é descrito pelo seguinte conjunto de parâmetros. O exemplo de verificação é baseado no exemplo introduzido por Gensichen e Lumpe.

A estrutura é constituída por uma viga de secção em I e duas vigas treliçadas de tubos. The structure contains several imperfections and it is loaded by the force F_z. O peso próprio não é considerado neste exemplo. Determine the deflections u_y and u_z and axial rotation φ_x at the endpoint (Point 4). O exemplo de verificação é baseado no exemplo introduzido por Gensichen e Lumpe.

Neste exemplo de verificação, é analisada a resistência ao punçoamento de um pilar interior de uma laje plana. O pilar tem uma secção circular com um diâmetro de 30cm.

O modelo de material Kelvin-Voigt consiste numa mola linear e num amortecedor viscoso ligados em paralelo. Neste exemplo de verificação, é testado o comportamento temporal deste modelo durante o carregamento e relaxação num intervalo de tempo de 24 horas. A força constante_Fx é aplicada durante 12 horas e as 12 horas restantes são ao modelo de material livre de carga (relaxamento). É avaliada a deformação após 12 e 20 horas. Análise de histórico de tempo com o método linear implícito de Newmark.

O modelo de material de Maxwel consiste numa mola linear e num amortecedor viscoso ligados em série. Neste exemplo de verificação, é testado o comportamento temporal deste modelo. O modelo de material de Maxwel é carregado por uma força constante_Fx. Esta força causa uma deformação inicial graças à mola, a deformação vai depois aumentando com o tempo devido ao amortecedor. A deformação é observada durante o carregamento (20 s) e no final da análise (120 s). Análise de histórico de tempo com o método linear implícito de Newmark.

Um telhado de caibro com geometria selecionada é comparado em termos de suas forças internas entre o cálculo usando o RFEM 6 e o cálculo manual. No total, são analisados 3 sistemas de carga.