This paper surveys and complements contributions by the National Institute of Standards and Technology to techniques ensuring that the wind tunnel procedure for the design of high-rise structures is based on sound methods and allows unambiguous inter-laboratory comparisons. Developments that enabled substantial advances in these techniques include: Instrumentation for simultaneously measuring pressures at multiple taps; time-domain analysis methods for estimating directional dynamic effects; creation of large simulated extreme directional wind speed data sets; non-parametric methods for estimating mean recurrence intervals (MRIs) of Demand-to-Capacity Indexes (DCIs); and member sizing based on peak DCIs with specified MRIs. To implement these advances changes are needed in the traditional division of tasks between wind and structural engineers. Wind engineers should provide large sets of directional wind speeds, pressure coefficient time series, and estimates of uncertainties in wind speeds and pressure coefficients. Structural engineers should perform the dynamic analyses, estimates of MRIs of wind effects, sensitivity studies, and iterative sizing of structural members. The procedure is transparent, eliminates guesswork inherent in frequency domain methods and due to the lack of pressure measurements, and enables structural engineers to be in full control of the structural design for wind.
The present paper is focused on the prediction of the acrosswind aeroelastic response of square tall buildings. In particular, a semi-analytical procedure is proposed based on the assumption that square tall buildings, for reduced velocities corresponding to operational conditions, do not experience vortex shedding resonance or galloping and fall in the range of positive aerodynamic damping. Under these conditions, aeroelastic wind tunnel tests can be unnecessary and the response can be correctly evaluated using wind tunnel tests on rigid models and analytical modeling of the aerodynamic damping. The proposed procedure consists of two phases. First, simultaneous measurements of the pressure time histories are carried out in the wind tunnel on rigid models, in order to obtain the aerodynamic forces. Then, aeroelastic forces are analytically evaluated and the structural response is computed through direct integration of the equations of motion considering the contribution of both the aerodynamic and aeroelastic forces. The procedure, which gives a conservative estimate of the aeroelastic response, has the advantage that aeroelastic tests are avoided, at least in the preliminary design phase.
The present study describes a practical estimation procedure about the pantograph under several severe aerodynamic load conditions. As the operating speed of the Korean Train Express(KTX) reaches 350km/h, structural safety at various conditions should be examined at the design stage. In the present study, a compact and reliable procedure is developed to get aerodynamic loads on each part of the pantograph regarding the typhoon condition, the train/tunnel interaction, the train/train interaction and the side wind condition. In the estimation procedure, 3-dimensional steady and unsteady CFD simulation around the high speed train facilitates assigning the external local flow condition around the pantograph. The procedure is verified using the results of the low speed wind tunnel test at JARI and applied to 7 flow conditions and 4 operation configurations.
A numerical wind tunnel simulation is performed in order to predict wind loads acting on a building. The aim of the present study is to suggest a guideline for the numerical wind tunnel analysis, which could provide more detail wind load distributions compared to the wind code and expensive wind tunnel experiments. To validate the present numerical simulation, wind-induced loads on a 6 m cube model is predicted. Atmospheric boundary layer is used as a inlet boundary condition. Various effect of numerical methods are investigated such as size of computational domain, grid density, turbulence model and discretization scheme. The appropriate procedure for the numerical wind tunnel analysis is suggested through the present study.
The across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings with various geometric dimensions were investigated through a series of wind tunnel testing. The lift coefficients, power spectral densities and vertical correlation coefficients of the across-wind loads were analyzed and discussed in details. Taking the side ratio and terrain category as key variables, empirical formulas for estimating the across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings were proposed on the basis of the wind tunnel testing results. Comparisons between the predictions by the empirical formulas and the wind tunnel test results were made to verify the accuracy and applicability of the proposed formulas. Moreover, a simplified procedure to evaluate the across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings was derived from the proposed formulas. This study aims to provide a simple and reliable way for the estimation of across-wind dynamic loads on L-shaped tall buildings.
The safety of road vehicles on the ground in crosswind has been investigated for many years. One of the most important fundamentals in the safety analysis is aerodynamic characteristics of a vehicle in crosswind. The most common way to study the aerodynamic characteristics of a vehicle in crosswind is wind tunnel tests to measure the aerodynamic coefficients and/or pressure coefficients of the vehicle. Due to the complexity of wind tunnel test equipment and procedure, the features of flow field around the vehicle are seldom explored in a wind tunnel, particularly for the vehicle moving on the ground. As a complementary to wind tunnel tests, the numerical method using computational fluid dynamics (CFD) can be employed as an effective tool to explore the aerodynamic characteristics of as well as flow features around the vehicle. This study explores crosswind effects on a high-sided lorry on the ground with and without movement through CFD simulations together with wind tunnel tests. Firstly, the aerodynamic forces on a stationary lorry model are measured in a wind tunnel, and the results are compared with the previous measurement results. The CFD with unsteady RANS method is then employed to simulate wind flow around and wind pressures on the stationary lorry. The numerical aerodynamic forces are compared with the wind tunnel test results. Furthermore, the same CFD method is extended to investigate the moving vehicle on the ground in crosswind. The results show that the CFD results match with wind tunnel test results and the current way using aerodynamic coefficients from a stationary vehicle in crosswind is acceptable. The CFD simulation can provide more insights on flow field and pressure distribution which are difficult to be obtained by wind tunnel tests.
In the recent years flow around bridges are investigated using computer modeling. Selvam (1998), Selvam and Bosch (1999), Frandsen and McRobie (1999) used finite element procedures. Larsen and Walther (1997) used discrete vorticity procedure. The aeroelastic instability is a major criterion to be checked for long span bridges. If the wind speed experienced by a bridge is greater than the critical wind speed for flutter, then the bridge fails due to aeroelastic instability. Larsen and Walther (1997) computed the critical velocity for flutter using discrete vortex method similar to wind tunnel procedures. In this work, the critical velocity for flutter will be calculated directly (free oscillation procedure) similar to the approaches reported by Selvam et al. (1998). It is expected that the computational time required to compute the critical velocity using this approach may be much shorter than the traditional approach. The computed critical flutter velocity of 69 m/s is in reasonable comparison with wind tunnel measurement. The no flutter and flutter conditions are illustrated using the bridge response in time.
Roof is an integral part of building envelope. It protects occupants from environmental forces such as wind, rain, snow and others. Among those environmental forces, wind is a major factor that can cause structural roof damages. Roof due to wind actions can exhibit either flexible or rigid system responses. At present, a dynamic test procedure available is CSA A123.21-04 for the wind uplift resistance evaluation of flexible membrane-roofing systems and there is no dynamic test procedure available in North America for wind uplift resistance evaluation of rigid membrane-roofing system. In order to incorporate rigid membrane-roofing systems into the CSA A123.21-04 testing procedure, this paper presents the development of a load cycle. For this process, the present study compared the wind performance of rigid systems with the flexible systems. Analysis of the pressure time histories data using probability distribution function and power spectral density verified that these two roofs types exhibit different system responses under wind forces. Rain flow counting method was applied on the wind tunnel time histories data. Calculated wind load cycles were compared with the existing load cycle of CSA A123.21-04. With the input from the roof manufacturers and roofing associations, the developed load cycles had been generalized and extended to evaluate the ultimate wind uplift resistance capacity of rigid roofs. This new knowledge is integrated into the new edition of CSA A123.21-10 so that the standard can be used to evaluate wind uplift resistance capacity of membrane roofing systems.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.1
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pp.10-16
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2013
This paper discussed a procedure for noise certification of Aircraft and predicting the full scale over-flight noise of propeller from acoustic wind tunnel measurement of small scale propeller. Noise Certification Procedures is established from International Civil Aviation Organization(ICAO). The data manipulations are then discussed in extrapolation to simulation flight distance and flight simulation. One of the most important point of flight simulation is adjustments for differences between wind tunnel test conditions and flight test conditions. To simulated the noise level estimation procedure for noise data post-process, simulate procedures from data of the wind tunnel noise measurement and the flight noise measurement by using a 7kg degree UAV. This study confirmed an effectively noise estimation procedures by wind tunnel noise test and flight noise test.
Kim, Sei-Hwan;Park, Ji-Hyun;Lee, Seung-Bok;Jeung, In-Seuck;Lee, Hyung-Jin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.777-780
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2011
The supersonic wind tunnel is a common facility to studies the aerodynamic phenomenon around the high speed vehicle or weapon system whose operating speed is greater than sonic speed. In this study, a design procedure and selecting the components of a new supersonic wind tunnel whose nozzle exit is $125mm{\times}100mm$ is considered. An operating test of this wind tunnel is being conducted to compare the result with the design values, mach number, etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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