La norme EN 1991-1-4 sur les actions du vent contient un concept de calcul avec des valeurs aérodynamiques et des facteurs de réduction. Ces éléments permettent d'obtenir une force résultante exercée par le vent sur un composant. Aucune répartition de la pression du vent autour du composant n'y est indiquée. La force exercée vent est donc basée sur la relation suivante :
Fw = cscd ⋅ cf ⋅ qp(ze) ⋅ Aref
avec
cscd... Coefficient structural en deux parties pour considérer l'effet de réduction sur l'action du vent dû à l'absence de simultanéité des pointes de pression sur la surface de la construction (cs) et l'effet majorateur dû aux vibrations engendrées par la turbulence en résonance avec la structure (cd )
cf... Coefficient de force applicable à la construction ou à l'élément de construction
qp(ze) ... Pression dynamique de pointe à la hauteur de référence ze
Aref... Aire de référence de la construction ou de l'élément de construction
Si l'on suppose que le composant considéré est un corps rigide et inflexible soumis à un flux de vent constant, la force du vent est déterminée de manière simplifiée comme suit :
Fw = cf ⋅ q ⋅ Aref
Pour un composant non élancé avec une section carrée à angles arrondis, le coefficient de force cf est déterminé selon [1] comme suit :
cf = cf,0 ⋅ Ψr ⋅ Ψλ
avec
cf,0... Coefficient de force des sections rectangulaires à arêtes vives
Ψr... Facteur de réduction du coefficient de force des sections carrées à angles arrondis
Ψλ... Facteur de réduction pour la considération de l'élancement efficace λ dépendant du taux de remplissage φ
φ ... Taux de remplissage pour la considération de la perméabilité des surfaces exposées au vent
Détermination usuelle des charges de vent
Pour ces propriétés de composant, on obtient selon [1]
on obtient un coefficient de force cf = 0,97.
Cette valeur est basée sur le coefficient de force cf,0 = 2,15 en fonction du rapport de longueur des côtés d/b = 280 mm/280 mm = 1,
le facteur de réduction Ψr = 0,75 en fonction du rapport de longueur des côtés r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,
et enfin le facteur de réduction Ψλ = 0,6 dépendant de l'élancement λ = 1 en supposant que la surface est entièrement fermée φ = 1.
La pression dynamique q = 563 N/m² appliquée à l'aire de référence Aref = 280 mm ⋅ 280 mm = 0,0784 m² se traduit par la relation :
q = 0,5 ⋅ ρ ⋅ v²
avec
ρ ... masse volumique de l'air = 1,25 kg/m³
v ... Vitesse du vent
Ainsi, une force exercée par le vent Fw = 0,97 ⋅ 563 N/m² ⋅ 0,0784 m² = 43 N agit sur le composant dans la direction du vent.
Détermination numérique de la charge de vent
Si la répartition de la pression du vent sur le composant est également nécessaire en plus de la force exercée par le vent Fw, une répartition correspondante peut être calculée à l'aide d'une analyse CFD, par exemple. Le composant est considéré comme placé dans une soufflerie numérique et la répartition de la pression sur le composant est déterminée en fonction de la répartition de la pression et de la vitesse résultantes autour du composant.
Le programme RWIND Simulation permet d'effectuer une simulation numérique des flux de vent autour de bâtiments ou d'autres objets à l'aide d'un maillage de solide 3D. Il génère automatiquement ce maillage en ajustant la taille des éléments en fonction du modèle. Plus ces éléments finis de solide sont proches de la surface du modèle, plus le maillage généré est fin. Ce programme utilise le générateur de maillage OpenFOAM (SnappyHexMesh) pour réaliser cette opération. Le solveur de turbulence stationnaire incompressible SimpleFOAM est utilisé pour calculer le flux et la pression du vent sur la surface du modèle.
Le calcul effectué avec RWIND Simulation pour cet exemple permet d'obtenir une force exercée par le vent Fw = 41 N. Le programme fournit également la répartition de la pression et de la vitesse du vent autour du composant, ainsi que la répartition de la pression sur le composant.
Base de connaissance
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