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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-31052021-113857
Documento
Autor
Nome completo
Douglas Pereira Agnelo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Kurokawa, Fernando Akira (Presidente)
Greco, Marcelo
Souza, Leandro Franco de
Título em português
Cálculo dos efeitos dinâmicos em edificações usando a ferramenta de CFD Open FOAM.
Palavras-chave em português
Dinâmica dos fluidos computacional
Forças horizontais nas estruturas
Interação fluido-estrutura
Método dos elementos finitos
Resumo em português
O estudo da ação do vento e sua interação com as estruturas, apresentam-se de forma preponderante e devem ser levados em conta ainda na fase de projetos. Estas devem ser projetadas para suportar as forças impostas pelo vento. O desenvolvimento sustentável exige uma necessidade constante de desmaterialização da construção civil, ou seja, construir mais usando o mínimo de recursos materiais e humanos. O equilíbrio entre a economia e os critérios de segurança implica o constante desenvolvimento em pesquisas e atualização das regulamentações normativas, as quais devem estar em consonância com os desafios da construção sustentável. Com o avanço da tecnologia computacional e das técnicas numéricas, a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD - Computational Fluid Dynamics) vêm desempenhando papel fundamental para solução de problemas de interação vento-estrutura. Visando a otimização dos recursos para execução de estruturas e eficiência no dimensionamento dos projetos, este trabalho apresenta um estudo comparativo do cálculo das forças aerodinâmicas devido à ação do vento em edificações obtidas através de CFD com os modelos de cálculos utilizados na Norma Brasileira NBR 6123:1988 e Japanese Standard - Recommendations for Loads on Buildings. Os procedimentos normatizados e as simulações numéricas são comparadas com os dados experimentais de modelos em escala reduzida obtidas por túnel de vento e os resultados mostraram ser satisfatórios. Os resultados das simulações em CFD foram acoplados em programa de análise estrutural para avaliação dos esforços e deslocamentos das edificações através do Método Elementos Finitos (MEF). Os resultados obtidos pelos acoplamento CFD-MEF são comparados com as metodologias de dimensionamento tradicionais em que a Dinâmica dos Fluidos Computacional é apresentada como alternativa para estimar as forças aerodinâmicas nas edificações. As simulações numéricas da interação vento-estrutura foram realizadas por meio do código aberto OpenFOAM.
Título em inglês
Calculation of dynamic effects on buildings using the OpenFOAM CFD tool.
Palavras-chave em inglês
Computational fluid dynamics (CFD)
Finite element method (FEM)
Fluid-structure interaction
Horizontal forces in structures
Resumo em inglês
With the advancement of socioeconomic policies aiming at the efficiency constructive and sustainable development in recent decades, recently there is a constant need of the dematerialisation of civil construction, i.e., build more using the minimum material and human resources with maximum reuse. In this regard, normative regulations of civil engineering must be constantly updated and in line with the challenges of sustainable construction and current technological development. The study of the wind action and its interaction with the structures, are preponderant and must be taken into account even in the project phase. These must be designed to withstand the forces imposed by the wind. With the advancement of computer technology and numerical techniques, Computational Fluid Dynamics (CFD) have played a fundamental role for solution of wind-structure interaction problems. Aiming at the optimization of resources for the execution of structures and efficiency in the design of the projects, this work presents a comparative study of the calculation of the aerodynamic forces due to the wind action in buildings obtained through CFD with the calculation models used in the Brazilian Standard NBR 6123:1988 and Japanese Standard - Recommendations for Loads on Buildings. These three calculation approaches are compared with the experimental data from wind tunnel reduced scale models and the results have been found to be satisfactory. The results of the CFD simulations were coupled in a structural analysis program to evaluate the forces and displacements of the buildings through the Finite Element Method (FEM). The results obtained by the CFD-FEM coupling are compared with the traditional design methodologies in which Computational Fluid Dynamics is presented as an alternative to estimate the aerodynamic forces in buildings. The numerical simulations of the wind-structure interaction were performed using the open source OpenFOAM.
 
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Data de Publicação
2021-05-31
 
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