10.14489/vkit.2024.11.pp.009-018

DOI: 10.14489/vkit.2024.11.pp.009-018

Хазов П. А., Симонов А. В., Чибакова Е. А.
ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
(с. 9-18)

Аннотация. Научные изыскания в области архитектурно-строительной аэродинамики сегодня преимущественно основываются на упрощении локальных геометрических особенностей исследуемых объектов. В качестве критериев для оценки точности численных экспериментов выделяются вычислительные и физико-механические факторы подобия объектов их цифровым моделям. Предложено расширить список факторов подобия посредством использования понятия уровня геометрической детализации расчетной модели. При этом отсутствует связь между детализацией и степенью дискретизации расчетной сетки пространства, используемой для численного расчета методом конечных элементов. Выполнено численное моделирование ветровых воздействий на модели в шести различных постановках с учетом геометрических факторов их подобия исследуемому объекту: оценено влияние грубой, средней и высокой детализации модели на характер распределения аэродинамических давлений и воздушных потоков для двух углов ветровой атаки. На основании картины обтекания моделей оценена аэродинамическая комфортность в пешеходных зонах вблизи объекта, приведена связь полученных результатов с геометрической детализацией моделей. Сформулированы рекомендации по выбору уровня геометрической детализации модели, приемлемого для конкретных расчетных задач: определение пешеходной комфортности, общий расчет вертикальных и горизонтальных строительных конструкций на ветровые воздействия, расчет локальных конструктивных узлов, креплений элементов кровли на пиковые ветровые нагрузки.

Ключевые слова: численное моделирование; архитектурно-строительная аэродинамика; уровень геометрической детализации; дискретизация; ветровая нагрузка.

Khazov P. A., Simonov A. V., Chibakova E. A.
THE GEOMETRIC DETAILING LEVEL EFFECT ON THE RESULTS OF AERODYNAMIC PROCESSES' MODELING
(pp. 9-18)

Abstract. Nowadays scientific research in the field of architectural and structural aerodynamics is mainly based on the simplification of local geometric features of the examined objects. At the same time, computational and physical-mechanical factors of similarity of objects to their numerical models are emphasized as criteria for assessing the accuracy of numerical experiments. It is proposed to extend the list of similarity factors by using the concept of the level of geometry of the computational model. It is emphasized that there is no connection between the level of detail and the discretization rate of the computational space grid used for numerical calculation by the finite element method. Numerical simulation of wind effects on the models in six different settings is performed, taking into account geometric factors of their similarity to the object under study: the influence of low, medium and high model detailing on the character of aerodynamic pressure distribution and air flows for two angles of wind attack is evaluated. Based on the flow pattern of the models, the aerodynamic comfort in pedestrian zones near the object is assessed, and the relationship between the results obtained and the geometric detailing of the models is evaluated. In conclusion, recommendations on the choice of the level of geometry acceptable for specific design problems are formulated: determination of pedestrian comfort, general calculation of vertical and horizontal building structures for wind effects, calculation of local structural units, fastenings of roof elements for peak wind loads. Promising directions for further research are outlined.

Keywords: Numerical modeling; Architectural and struction aerodynamics; Geometric detailing level; Discretization; Wind load.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

П. А. Хазов, А. В. Симонов, Е. А. Чибакова (Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

P. A. Khazov, A. V. Simonov, E. A. Chibakova (Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Спектр сверхзвукового обтекания вокруг летательного аппарата с управляющими тормозными щитками / С. И. Герасимов, А. А. Глухов, В. А. Кикеев и др. // Научная визуализация. 2023. Т. 15, № 5. С. 136–148.
2. Математическое моделирование и экспериментальное исследование бесконтактного измерительного сечения в задаче высокоскоростной аэробаллистики / С. И. Герасимов, В. И. Ерофеев, А. В. Зу¬банков и др. // Инженерно-физический журнал. 2021. Т. 94, № 1. С. 174–179.
3. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменениями № 1, 2, 3, 4): свод правил // КонсультантПлюс. Законодатедьство. ВерсияПроф (ННГАСУ). URL: http://www.consultany.ru (дата обращения: 14.02.2024).
4. Реттер Э. И. Архитектурно-строительная аэродинамика. М.: Стройиздат, 1984. 294 с.
5. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействия ветра на здания и сооружения. М.: Стройиздат, 1984. 60 с.
6. Экспериментальное и численное исследование влияния покрытия на характеристики ветрового потока между соседними зданиями / Д. Гельбашц, Э. Буйрук, Б. Сахин и др. // 8-я Междунар. конф. передовых технологий. Элязыг, 2017. C. 1648–1655.
7. Mohamed А., White C., Watkins S. A Numerical Study of the Updrafts Over a Building, with Comparison to Wind Tunnel Results // 15th Australian Wind Energy Society Workshop. Sidney. 2012. 4 с. URL: https://www.awes.org/archives/workshop-proceedings/awes-15 (дата обращения: 14.02.2024).
8. Исследование обтекания воздушными потоками большепролетной поверхности численным и экспериментальным методами / А. М. Анущенко, В. И. Ерофеев, П. А. Хазов и др. // Приволжский научный журнал. 2021. № 1(57). С. 9–18.
9. Statistical Model of Aerodynamic Impact on the Large-Span Coverage / V. I. Erofeev, A. V. Ilyakhinsky, E. A. Nikitina et al. // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2023. № 19 (№ 3). С. 20–30.
10. Хазов П. А., Кожанов Д. А., Анущенко А. М., Сатанов А. А. Динамика строительных конструкций при экстремальных природных воздействиях: колебания, прочность, ресурс. Нижний Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. 98 с.
11. Сатанов А. А., Симонов А. В., Хазов П. А. Определение аэродинамических характеристик большепролетного здания экспериментальными методами // Строительная механика и конструкции. 2023. № 1(36). С. 63–74.
12. Сатанов А. А. Физическое и численное моделирование аэродинамики большепролетной конструкции при различных направлениях ветрового потока // Строительная механика и конструкции. 2023. № 2(37). С. 87–97.

Eng

1. Gerasimov S. I., Gluhov A. A., Kikeev V. A. et al. (2023). Spectrum of supersonic flow around an aircraft with control brake flaps. Nauchnaya vizualizatsiya, 15(5), 136 – 148. [in Russian language]
2. Gerasimov S. I., Erofeev V. I., Zubankov A. V. et al. (2021). Mathematical modeling and exstudy of a non-contact measuring section in the problem of high-speed aeroballistics. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal, 94(1), 174 – 179. [in Russian language]
3. ConsultantPlus. Legislation. VersionProf (NNGASU). Set of rules No. SP 20.13330.2016. Retrieved from http://www.consultany.ru (Accessed: 14.02.2024). [in Russian language]
4. Retter E. I. (1984). Architectural and construction aerodynamics. Moscow: Stroyizdat. [in Russian language]
5. Simiu E., Skanlan R. (1984). Impact of wind on buildings and structures. Moscow: Stroyizdat. [in Russian language]
6. Gel'bashts D., Buyruk E., Sahin B. et al. (2017). Experimental and numerical study of the influence of pavement on the characteristics of wind flow between adjacent buildings. 8th International Conference of Advanced Technologies, 1648 – 1655. Elyazyg. [in Russian language]
7. Mohamed А., White C., Watkins S. (2012). A Numerical Study of the Updrafts Over a Building, with Comparison to Wind Tunnel Results. 15th Australian Wind Energy Society Workshop. Sidney. Retrieved from https://www.awes.org/archives/workshop-proceedings/awes-15 (Accessed: 14.02.2024).
8. Anushchenko A. M., Erofeev V. I., Hazov P. A. et al. (2021). Study of air flow around a longspan surface using numerical and experimental methods. Privolzhskiy nauchniy zhurnal, 57(1), 9 – 18. [in Russian language]
9. Erofeev V. I., Ilyakhinsky A. V., Nikitina E. A. et al. (2023). Statistical Model of Aerodynamic Impact on the Large-Span Coverage. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 19(3), 20 – 30.
10. Hazov P. A., Kozhanov D. A., Anushchenko A. M., Satanov A. A. (2022). Dynamics of building structures under extreme natural influences: vibrations, strength, resource. Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskiy gosudarstvenniy arhitekturno-stroitel'niy universitet. [in Russian language]
11. Satanov A. A., Simonov A. V., Hazov P. A. (2023). Determination of the aerodynamic characteristics of a long-span building using experimental methods. Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii, 36(1), 63 – 74. [in Russian language]
12. Satanov A. A. (2023). Physical and numerical modeling of the aerodynamics of a long-span structure for various wind flow directions. Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii, 37(2), 87 – 97. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2024.11.pp.009-018

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2024.11.pp.009-018

and fill out the form