Modellierung und numerische Simulation im Windingenieurwesen

Eine genauere Untersuchung von komplizierten Windeffekten ist i.d.R. dann erforderlich, wenn Tragwerke und Gebäude an die Grenzen des technisch Machbaren getrieben werden und wenn der übliche Entwurf auf der Basis von Normen und Erfahrungen nicht mehr möglich ist. Beispiele dafür sind sehr hohe und schlanke Gebäude, lange und flexible Brücken, als auch genereller Leichtbau und Membrantragwerke. Diese Entwicklung, leichter und schlanker zu bauen, wird auch von der Verfügbarkeit von neuen und hochfesten Materialien unterstützt. Die resultierenden Bauwerke sind hinsichtlich komplizierter windinduzierter Phänomene anfällig und eine eingehende Studie muss durchgeführt werden.

Die aktuellen numerischen Verfahren für das Simulieren und die Quantifizierung der Effekte infolge des natürlichen Winds stellen ein Hauptforschungsgebiet am Lehrstuhl für Statik dar. Es ist notwendig, numerische Methoden einzusetzen, um diese schwierigen Probleme zu lösen. Diese Methoden haben sich in den letzten Jahrzehnten sowohl in Forschung, als auch in der Ingenieurspraxis verbreitet, was auch durch die ständig steigende Rechenleistung unterstützt wurde.

Windingenieurwesen ist ein hochgradig multidisziplinäres Arbeitsfeld, das Meteorologie, Strömungsmechanik, Strukturdynamik, Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie, geografische Informationssysteme und einige andere Disziplinen einbezieht. Obwohl die Aerodynamik eine der Säulen des Windingenieurwesens ist, unterscheiden sich viele Anwendungen im Windingenieurwesen von den klassischen Fragen im Bereich der Luftfahrt. Für konstruktive Bauingenieure ist die Abschätzung von Windeffekten und -lasten auf Strukturen die wichtigste Aufgabe, um ein sicheres und wirtschaftliches Bauwerk zu entwerfen. Ein sehr tiefes Verständnis der Strömungsmechanik und der Strukturmechanik ist der notwendige Hintergrund, um die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Wind und Strukturen zu erkennen und zu verstehen.

Numerische Simulation im Windingenieurwesen (siehe Englisch: Computational Wind Engineering - CWE) wird oft einschränkend als der Einsatz von numerischer Strömungsdynamik (siehe Englisch: Computational Fluid Dynamics - CFD) gesehen, wobei auch noch andere physikalische Problemklassen berechnet werden (wie z.B. Strukturdynamik) sowie weitergehende Aspekte des Modellierens und auch Feld- und Windkanal-Messungen zur Validierung der CWE wichtig sind.