Engenharia do vento computacional e suas aplicações na engenharia civil. Análise aerodinâmica e aeroelástica

Abstract

Procedimentos experimentais em túneis de vento têm sido tradicionalmente empregados como uma ferramenta fundamental para avaliação dos efeitos aerodinâmicos e aeroelásticos causados pela ação do vento sobre estruturas presentes na engenharia civil, tais como pontes e edifícios esbeltos. Nas últimas décadas, devido à grande versatilidade apresentada pelos métodos numéricos para a variação dos parâmetros físicos e geométricos, a simulação computacional tem‐se tornado uma ferramenta muito atraente. A dinâmica de fluidos computacional (DFC) , a dinâmica das estruturas computacional (DEC) e técnicas de interação fluido‐estrutura (IFE) são empregadas para a análise aerodinâmica e aeroelástica em diversos campos da engenharia. Neste trabalho estuda‐se inicialmente a ação do vento no comportamento aerodinâmico e aeroelástico da ponte sobre o rio Guamá, Brasil, cujos estudos experimentais foram conduzidos pelo Laboratório de Aerodinâmica das Construções (LAC) no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann , da UFRGS. Procura‐se neste caso simular os ensaios experimentais realizados para a determinação das características aerodinâmicas e aeroelásticas da ponte empregando procedimentos numéricos com modelos seccionais. Finalmente, apresenta‐se a análise aeroelástica de um edifício esbelto flexível. Bons resultados são obtidos através da solução numérica, quando comparados com os resultados experimentais.

Experimental tests in wind tunnels have been traditionally employed as a fundamental tool to evaluate aerodynamic and aeroelastic effects due to wind action on civil engineering structures, such as bridges and slender buildings. In the last decades, due to the versatility presented by numerical methods to change physical as well as geometrical parameters, numerical simulation has become a very attractive tool. Computational Fluid Dynamics (CFD), Computational Structural Dynamics (CSD) together with Fluid‐Structure Interaction (FSI) techniques are employed in aerodynamic and aeroelastic analysis in several engineering fields. Aerodynamic and aeroelastic behavior due to wind action on the Guama River Bridge, located at Pará State, Brazil, is first studied, taking into account experimental tests performed in the Wind Tunnel Joaquim Blessman of the Building Aerodynamic Laboratory, UFRGS . Numerical procedures are used to simulate experimental tests in order to determine aerodynamic and aeroelastic characteristics of the bridge, which is idealized by sectional models. Finally, an aeroelastic analysis of a flexible slender building is presented. Good results are obtained using numerical simulation, when compared with experimental tests.