Wind Effects on Non-Standard Shapes and Structures
Das Projekt ERIES-WENSS konzentriert sich auf die experimentelle und numerische Untersuchung der Auswirkungen von Wind auf nicht standardisierte, doppelt gekrümmte Leichtbaukonstruktionen, insbesondere vorgespannte Membranüberdachungen.
Solche Konstruktionen werden in der modernen Architektur häufig verwendet, doch die aktuellen Windlastberechnungen basieren aufgrund fehlender standardisierter aerodynamischer Daten für komplexe Geometrien weitgehend auf vereinfachten Annahmen.
Das Projekt zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem es hochauflösende, standardisierte aerodynamische Datensätze aus Windkanalversuchen und ergänzenden numerischen Simulationen bereitstellt, die eine verbesserte Kodifizierung und eine sicherere, wirtschaftlichere Konstruktion ermöglichen.
Experimentelle Kampagne
In der WindEEE Dome-Anlage (Western University, Kanada) wurde eine umfassende Versuchsreihe durchgeführt, die die Reproduktion einer Vielzahl von atmosphärischen und nicht-synoptischen Windphänomenen ermöglicht.
Fünf repräsentative doppelt gekrümmte Membrangeometrien wurden im Maßstab 1:25 untersucht:
- Hyperbolisches Paraboloid (Hypar)
- Kamm-Tal-Überdachung
- Bogenunterstützte Überdachung
- Kegelartige Überdachung (isolierte und gruppierte Konfigurationen)
- Regenschirmartige Überdachung
Alle Modelle wurden mit dichten Druckmessstellen sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Membranoberfläche ausgestattet, wodurch die Ableitung der Nettodruckverteilungen ermöglicht wurde.
Die Tests wurden unter atmosphärischer Grenzschichtströmung (ABL) durchgeführt, wobei für das Hypar-Modell zusätzlich tornado- und downburst-ähnliche Windfelder hinzukamen.
Der resultierende Datensatz umfasst mehr als 400 einzelne Windkanaltests und liefert zeitaufgelöste Druckdaten, die für detaillierte aerodynamische Analysen und Validierungsstudien geeignet sind.
Numerische Simulationen und parametrische Studien
Zusätzlich zum Versuchsprogramm umfasst das ERIES-WENSS-Projekt numerische Untersuchungen unter Verwendung von CFD- und gekoppelten CFD-FSI-Ansätzen.
Es wird eine systematische Reihe parametrischer Simulationen an mehreren geometrischen Varianten der getesteten Kabinendächer durchgeführt, die Folgendes ermöglichen:
- Bewertung der geometrischen Empfindlichkeit von Winddruckkoeffizienten
- Vergleich zwischen Windkanalmessungen und CFD-/FSI-Ergebnissen
- Identifizierung robuster, geometrieabhängiger aerodynamischer Trends
Der kombinierte experimentell-numerische Ansatz ermöglicht die Ableitung standardisierter Druckkoeffizienten und charakteristischer Lastwerte und schließt damit die Lücke zwischen isolierten projektspezifischen Studien und allgemeinen Konstruktionsempfehlungen.
Verfügbarkeit von Daten
Alle im Rahmen des Projekts generierten experimentellen Daten werden als frei zugängliche Datensätze veröffentlicht, einschließlich detaillierter Dokumentation, Geometriedefinitionen, Druckzeitreihen und Nachbearbeitungsskripten.
Die Daten sind für die Verwendung in aerodynamischen Analysen, numerischen Validierungsstudien und der Entwicklung künftiger Richtlinien für die Windtechnik vorgesehen.