Обе программы, RFEM и RSTAB, содержат интерфейс для экспорта моделей в RWIND, где ветер (с точки зрения скорости и турбулентности) может быть задан в табличной форме или, что более практично, на основе нормативной спецификации ветра.
При запуске программы RWIND вручную не требуется интерфейса в программе RFEM или RSTAB, и можно задать зависящую от высоты ветровую нагрузку и другие данные гидроаэромеханики прямо в программе RWIND. Кроме того, вы можете напрямую моделировать конструкции и окружающую местность, импортируя файлы VTP, STL, OBJ и IFC.
В нашей статье будет показано генерирование ветровой нагрузки в программе RWIND 2 в качестве дополнения к RFEM 6 для выполнения полного расчета и проектирования конструкций.
Практический пример
Конструкция, использованная в качестве примера, представляет собой мембранную кровлю стадиона, как показано на рисунке 1. Учитывая, что конструкция уже была смоделирована в RFEM 6 и были заданы загружения для постоянных нагрузок, преднапряжения и полезных нагрузок, необходимо создать отдельное загружение для применения ветровой нагрузки.
Важно подчеркнуть, что если применяется поиск формы, то соответствующая форма должна быть принята в качестве начального состояния в анализе ветровых нагрузок. Таким образом можно избежать неправильной геометрии поверхности в аэродинамической трубе.
Сначала необходимо убедиться, что в основных данных модели активирован аддон Моделирование ветровых нагрузок в секции специальных решений (рисунок 2). Это позволит выбрать моделирование ветра в качестве типа расчета для загружения ветровой нагрузкой, как показано на рисунке 3.
Таким образом появится доступ к двум новым регистрам. Во вкладке моделирование ветра (рисунок 4) можно использовать модель для моделирования ветра в числовой аэродинамической трубе, в которой ветровая среда определяется на основе настроек анализа моделирования ветра, направления ветра вокруг оси Z (по часовой стрелке), смещения местности и самого профиля ветра. Фактически, можно применить профиль ветра по выбранной норме или задать его самостоятельно, как показано на рисунке 5.
Чтобы задать параметры расчета моделирования ветра, нужно выбрать значок «Создать новые параметры моделирования ветра», как показано на рисунке 4, и вставить параметры потока, параметры расчета и другие параметры (рисунок 6).
Размеры аэродинамической трубы определяются автоматически в соответствии с выбранной нормой. Они отображены во вкладке «аэродинамическая труба», как показано на рисунке 7.
Теперь, когда заданы входные данные параметров моделирования ветра и аэродинамической трубы, можно запустить расчет ветровой нагрузки. Необходимо выполнить два этапа, которые мы рассмотрим в следующем абзаце.
Сначала в фоновом режиме запускается пакетный процесс, который помещает модель в цифровую аэродинамическую трубу программы RWIND. Затем запускается CFD-анализ, а после завершения моделирования, результирующие давления на поверхность для выбранного временного шага возвращаются в соответствующие загружения RFEM или RSTAB в качестве нагрузок в узлах сетки КЭ или нагрузок на стержни.
Также можно инициировать только моделирование ветра, используя значок «рассчитать моделирование ветра», показанный на рисунке 4.
Вычисление и результаты
Как упоминалось ранее, программа RWIND использует численную модель CFD для моделирования воздушных потоков вокруг объектов с помощью цифровой аэродинамической трубы. Процесс моделирования основан на трехмерной сетке объемов и определяет удельные ветровые нагрузки на поверхности модели по результатам обтекания модели.
Ветровые потоки можно рассчитать с помощью базового (RWIND Basic) или профессионального (RWIND Pro) пакета программы. Первый пакет содержит стационарный решатель, тогда как второй обеспечивает как стационарный, так и переходный решатель. Базовый пакет программ использует модели турбулентности RAS k-ω и RAS k-ε, тогда как модель турбулентности LES SpolartAllmarasDDES является функцией пакета программ pro (RWIND Pro).
Таким образом, программа моделирует поток ветра путем определения поля давления, поля скорости и поля турбулентности, а также векторов скорости и линий потока вокруг геометрии конструкции. Также рассчитываются поверхностное давление и поверхностные коэффициенты Cp (рисунок 8).
Вышеупомянутые результаты можно отобразить для произвольно определяемых зон графически (в виде изображений и видео). Для более точной оценки в программе RWIND предусмотрены свободно перемещаемые плоскости среза для отдельного отображения «объемных результатов» в плоскости (рисунки 9, 10 и 11).
Также возможно анимированное отображение в виде движущихся сегментов линии или частиц для результирующей трехмерной разветвленной линии потока, что позволяет представить воздушный поток в виде динамического эффекта. Кроме того, можно экспортировать результаты в виде изображения или видео (особенно у анимированных результатов).
После выполнения анализа CFD результирующие давления на поверхность для выбранного временного шага автоматически переносятся в соответствующие загружения RFEM (или RSTAB) в качестве нагрузок в узлах сетки КЭ или нагрузок на стержни. Затем выполняется расчет данных загружений, в результате которого будут получены внутренние силы, деформации, напряжения и т.д., как показано на рисунке 12.
Таким образом, загружения, содержащие распределение ветровой нагрузки, созданное с помощью программы RWIND, могут быть объединены с другими нагрузками в сочетания нагрузок и расчетные сочетания и могут быть применены для дальнейшего анализа и расчета.
