Данные изменения затем хорошо заметны на все более смелых формах зданий. Это даже похоже на соревнование по поводу того, насколько строен небоскреб или насколько замысловатые кривые имеются в его оболочке. Тем не менее, все проекты объединяет то, что перед их реализацией всегда необходимо выполнить расчет конструкций и обеспечить безопасное восприятие всех нагрузок.
А данная задача - это весьма сложный процесс, зависящий не только от геометрии здания, но и от области его использования. Например, новые типы зданий часто испытывают дополнительные проблемы, всязанные с ветровыми нагрузками. В то время как ветровую нагрузку для стандартной формы здания можно взять из норматива, для зданий новой геометрии произвольной формы ветровая нагрузка остается неизвестной. Для решения этой проблемы, можно выполнить анализ здания в уменьшенном масштабе в аэродинамической трубе и определить соответствующие ветровые нагрузки. В качестве альтернативы, можно смоделировать здание в воздушном потоке с помощью метода численного моделирования и получить эквивалентную ветровую нагрузку.
Несмотря на более сложную оценку результатов, вариант численного решения предлагает определенное преимущество по сравнению с решением на основе испытаний: вам не нужно создавать уменьшенную модель здания и вы можете использовать аэродинамическую трубу. Это преимущество особенно интересно при проектировании и определении формы здания.
Именно поэтому Dlubal Software совместно с PC-Progress и CFD Support разработали и выпустили программу RWIND Simulation , адресованную инженерам-строителям. Эта программа способна с помощью цифровой аэродинамической трубы смоделировать воздушные потоки вокруг зданий или любых других объектов и затем создать эквивалентные нагрузки, требуемые для расчета конструкций.
Она была специально разработана для определения ветровой нагрузки, действующей на здание и, помимо трехмерной модели, требует от пользователя только описания ветровой нагрузки. Все остальные параметры для выполнения сложного моделирования потока определяются в программе автоматически, с учетом основных предположений. Вам не нужно решать сложную задачу, связанную с механикой потока, вы сразу получаете анализ результатов.
Как работает RWIND Simulation
RWIND Simulation - это автономная программа, которую можно использовать как отдельное приложение или в качестве дополнения к программам RFEM/RSTAB для статического и динамического расчета. Исходя из основного предположения, что определенные ветровые нагрузки на здания и действующие силы будут переданы на конструктивную модель, существует внутренняя связь между RFEM/RSTAB и RWIND Simulation. Это соединение позволяет экспортировать в RWIND Simulation через специальный интерфейс любую модель RFEM или RSTAB с заданным значением ветровой нагрузки и получать ветровые нагрузки на поверхности элементов после расчета. Однако, программу RWIND Simulation можно запустить также вручную, без применения интерфейса программы RFEM или RSTAB.
Моделирование
Программа RWIND Simulation организована в виде проектов. Каждый проект описывает геометрию объекта, ориентированного на воздушный поток в числовой аэродинамической трубе с определенной входящей ветровой нагрузкой, включая все результаты поля потока в аэродинамической трубе и результаты поверхности на объектах. Ветровая нагрузка на входе в аэродинамическую трубу описывает профиль скорости ветра и интенсивности турбулентности в зависимости от высоты. Проект можно задать двумя способами.
- Если вы хотите выполнить анализ ветровой нагрузки только в программе RWIND Simulation , импортируйте геометрию, окруженную потоками, в числовую аэродинамическую трубу проекта, используя трехмерную модель данных, выровняйте ее в аэродинамической трубе и определите в диалоговом окне входящую ветровую нагрузку поле. Эта программа позволяет импортировать модель как треугольную геометрию модели с использованием формата STL или как геометрию модели ParaView с использованием формата VTP.
- Для анализа ветровой нагрузки с помощью ветровых нагрузок в программах для расчета конструкций RFEM и RSTAB, необходимо сначала создать в RFEM или RSTAB первичную модель, чтобы сохранить все соединения. В этом случае вы можете задать ветровую нагрузку (вручную или в соответствии с нормативом) для различных направлений ветра с помощью интерфейса в RFEM и RSTAB, и автоматизировать конструктивную модель со всеми стержнями, поверхностями, телами и 3D-объектами для различных направления ветра в проекты аэродинамической трубы программы RWIND Simulation.
При импорте модели в программу RWIND Simulation никаких дополнительных ограничений не будет. Независимо от того, является ли обтекание вокруг объекта органической формой или блоком с острыми краями, доступные интерфейсы импортируют данные геометрии с ориентацией в числовую аэродинамическую трубу и задают соответствующие граничные условия для численного анализа потока на поверхностях.
raschet
Программа RWIND Simulation использует для расчета воздушных потоков вокруг зданий в аэродинамической трубе, численную модель CFD (вычислительная гидродинамика). Процесс моделирования выполняется следующим образом.
- Создание плоской охватывающей сетки на поверхности объектов, окруженных ветром. Эта охватывающая сетка упрощает геометрию объектов, окруженных ветром, и обеспечивает герметичность всех моделируемых объектов.
- Дискретизация твердых элементов пространства между внешней стороной аэродинамической трубы и оболочкой сетки с помощью генератора сетки OpenFOAM (SnappyHexMesh). Размер твердых элементов определяется плавно и соответствует спецификации общей плотности сетки с однородным сжатием в направлении непосредственной области поверхностей объектов.
- Итерационное моделирование воздушных потоков в дискретизированном пространстве методом конечных объемов с использованием решателя уравнений OpenFOAM из емейства SIMPLE (полуимплицитный метод для уравнений, связанных с давлением) для стационарных несжимаемых турбулентных потоков.
- Извлечение результирующих давлений ветра из воздушных потоков обтекает вокруг объектов на охватывающей сетке объектов.
- Преобразование давления ветра из охватывающей сетки обратно в исходную геометрию модели.
Результаты
При достижении критерия сходимости процесса итерационного моделирования, программа отображает два основных типа результата для описания воздушного потока вокруг объектов и его воздействия на объекты. С одной стороны, они показывают трехмерные поля потока с возможностью отображения слоями с представлением
- скорости ветра,
- направления ветра,
- давления,
- свойства турбулентности и
- линии потока (возможна анимация)
форма воздушного потока вокруг объекта в пространстве.
С другой стороны, они показывают скалярные результаты на отображаемых поверхностях.
- давление ветра, включая отображение вектора сопротивления ветра
- аэродинамические коэффициенты поверхностей
воздействие ветрового потока на объекты.
Трансформация
При использовании варианта создания проекта RWIND Simulation, основанного на вводе модели в RFEM или RSTAB, результат давления ветра из RWIND Simulation будет создан на основе исходной модели в виде отдельного случая ветровой нагрузки в соответствующем RFEM или RSTAB. модель после завершения анализа потока. Это загружение (или несколько загружений, при анализе нескольких направлений ветра) включает в себя результирующиие нагрузки чистого давлнения ветра на узлы КЭ используемых стержней, поверхностей и тел. Результатом расчета загружений, смоделированных RWIND в программе RFEM или RSTAB, являются внутренние силы и деформации рассматриваемых элементов конструкции, основанные на моделировании воздействия воздушного потока. В дополнение к чистому расчету самого воздействия ветра, эти загружения также можно сочетать с другими воздействиями в сочетаниях нагрузок и расчетных сочетаниях, а их результаты применить в дополнительных модулях для дальнейших расчетов.
Заключение
Программа RWIND Simulation вместе с интерфейсом к RFEM и RSTAB является очень мощным инструментом для определения ветровых нагрузок на здания со сложной геометрией. Благодаря интуитивно понятному программированию, пользователь может быстро и легко определить ветровые нагрузки для расчета и проектирования конструкций с учетом соответствующей теории расчета. Эта процедура, которая уже широко применяется в автомобилестроении и авиастроении, предлагает большой потенциал в области расчета и проектирования конструкций с точки зрения более точного определения ветровых нагрузок и более быстрой обработки статического анализа конструкции.
