\newpage
\section{Řešená konstrukce}

Modelovaná konstrukce je chladící věž výšky \SI{110}{m}. Plášť má tvar
parabolického-hyperboloidu s inflexním bodem ve výšce \SI{89}{m}. Sloupy jsou
založeny v hloubce \SI{-1.8}{m} na základovém prstenci. Dolní hrana pláště ve
výšce \SI{7.25}{m} a horní hrana ve výšce \SI{110}{m} jsou ztuženy věnci.
Průměr věže je \SI{37.5}{m} při dolním okraji, \SI{22.5}{m} ve výšce
inflexního bodu a \SI{26.9}{m} při horním okraji.

Při modelování je využito symetrie podle roviny XZ. Osa pláště prochází
počátkem souřadnicového systému.

\begin{figure}[H]
	\begin{center}
		\subfigure{\label{fig:mkp:tower:iso}
		\includegraphics[width=8cm]{images/tower_structural_iso.png}}%
		\subfigure{\label{fig:mkp:tower:xz}
		\includegraphics[width=8cm]{images/tower_structural_xz.png}}
	\end{center}
	\caption{Model nosné konstrukce}
\end{figure}

\subsection{Použité prvky}

Konstrukce je modelována pomocí 3-D skořepinových a prutových prvků.
Z~dostupných vlastností je použita pouze pružnost. Plasticita, dotvarování
a~další vlastnosti prvků nejsou pro řešený model použity.

\subsubsection{BEAM188}

Ocelové profily jsou modelovány prutovým prvkem BEAM188. Je to dvou-uzlový
prvek o~šesti stupních volnosti v~každém uzlu (posun v~ose x, y, z~a rotace
kolem příslušné osy). Pro tento prvek je nutné definovat průřezové
charakteristiky pomocí průřezů.

\subsubsection{SHELL181}

Stěna chladící věže a ztužující věnce jsou modelovány skořepinovým prvkem
SHELL181.  Je to čtyř-uzlový prvek o~šesti stupních volnosti v~každém uzlu
(posun v~ose x, y, z~a~rotace kolem příslušné osy). Pro tento prvek je nutné
definovat průřezové charakteristiky pomocí průřezů.

Pro přenos zatížení z ANSYS-CFX je nutné modelovat i povrch konstrukce. Na tuto síť
jsou pak interpolovány zatížení z CFD sítě, která v obecném případě má
v místě kontaktu rozdílnou hustotu prvků.

Povrch konstrukce je modelován stejným prvkem jako střednice, tj.~SHELL181.
Rozdílné jsou pouze materiálové a geometrické charakteristiky, viz. kapitoly 
\ref{sec:mkp:material} a~\ref{sec:mkp:prurezy}.

\begin{figure}[H]
	\begin{center}
		\subfigure[BEAM188]{\label{fig:mkp:beam}
		\includegraphics[width=7cm]{images/ELEM188.png}}%
		\subfigure[SHELL181]{\label{fig:mkp:shell}
		\includegraphics[width=8cm]{images/ELEM181.png}}
	\end{center}
	\caption{Použité 3D prvky}
\end{figure}

\subsubsection{SURF154}

V případě jednosměrného přenosu zatížení z CFX-Post do ANSYSu je nutné pokrýt
povrch konstrukce prvky SURF154. Jedná se o plošný čtyř-uzlový prvek o třech
stupních volnosti v každém uzlu (posuv v ose x, y a z). 

Prvek ve svém výchozím
nastavení obsahuje i hranové uzly. Toto nastavení je nutné vypnout 
(KEYOPT(4)=1), aby počet uzlů odpovídal prvkům pláště SHELL181 z důvodu
použitého modelu přenosu zatížení (viz \ref{sec:mkp:bc:coupling}).

Podrobnější informace o~použitých prvcích, včetně tvarových funkcí a matic
tuhosti, lze získat z~dokumentace programu ANSYS \cite{Ansys}. 


\subsection{Mechanické a fyzikální vlastnosti použitých materiálů}
\label{sec:mkp:material}

V řešené železobetonové konstrukci chladící věže je použit pouze jeden reálný
materiál -- beton třídy C30/37. Materiálové charakteristiky jsou převzaty z
platné normy ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí -- Část
1-1:  Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby~\cite{EN211}.

Druhý materiál je fiktivní a slouží pouze pro modelování přenosu zatížení z
pláště na střednici skořepiny. Záměrně má nulovou hustotu, aby neovlivnil
zatížení vlastní tíhou, a téměř\footnote{Pro výpočet je nutné zadat nízkou, 
ale nenulovou hodnotu. Použita je \SI{e-11}{Pa}} nulový modul pružnosti, aby všechny účinky od
zatížení přenesla modelovaná skořepina. 

Každá část konstrukce má pro přehlednost přidělen vlastní materiál.\footnote{%
Materiál skořepiny je přečíslován s ohledem na ID profilů}

\begin{table}[H]
	\begin{center} \setlength{\extrarowheight}{2pt}
		\begin{tabular}{|c|l|c|c|c|c|}
		\hline
		ID & Část konstrukce & Materiál & $E$ [GPa] & $\nu$ & $\rho$ [\SI{}{\kilogram\per\square\meter}] \\
		\hline \hline
		1 & Sloupy & \multirow{4}{*}{Beton C30/37} & \multirow{4}{*}{32} & \multirow{4}{*}{0,2} & \multirow{4}{*}{2500} \\
		\hhline{--*{4}{~}}
		2 & Horní ztužující věnec & & & & \\
		\hhline{--~~~~}
		3 & Dolní ztužující věnec & & & & \\ 
		\hhline{--~~~~}
		5 & Skořepina věže & & & & \\
		\hline
		4 & \multicolumn{2}{l|}{Fiktivní materiál povrchu} & 0\footnotemark & 0,2 & 0 \\
		\hline

		\end{tabular}
		\caption{Mechanické a fyzikální vlastnosti použitých materiálů}
		\label{tab:mkp:material}
	\end{center} 
\end{table}
\nomenclature{$E$}{Youngův modul pružnosti}
\nomenclature{$\nu$}{Poissonův součinitel příčné deformace}
\nomenclature{$\rho$}{Objemová hmotnost}

\subsection{Geometrické charakteristiky prvků}
\label{sec:mkp:prurezy}

Prvky BEAM188 a SHELL181 nemají geometrické charakteristiky definovány
pomocí konstant a proto je nutné vytvořit odpovídající průřezy. Všechny
tloušťky byly převzaty z původního zadání.

\begin{table}[H]
	\begin{center} \setlength{\extrarowheight}{2pt}
		\begin{tabular}{|c|l|c|l|}
		\hline
		ID & Část konstrukce & Typ průřezu & Rozměr \\
		\hline \hline
		1 & Sloupy & Kruhový & $d = \SI{0.75}{\metre}$ \\
		\hline
		2 & Horní ztužující věnec & Skořepina & $h = \SI{0.5}{\metre}$ \\
		\hline
		3 & Dolní ztužující věnec & Skořepina & $h = \SI{2.4}{\metre}$ \\ 
		\hline
		4 & Náhradní profil pláště & Skořepina & $h = \SI{e-6}{\metre}$ \\
		\hline
		5-20 & Skořepina věže & Skořepina & $h_i = 0,5 - i*0,02$ \si{m}, $i \in [1 .. 15]$ \\
		\hline

		\end{tabular}
		\caption{Geometrické charakteristiky prvků}
		\label{tab:mkp:material}
	\end{center} 
\end{table}

Průřez skořepiny věže se zmenšuje s výškou každý \SI{5}{m} z původní
\SI{0.5}{m} až na \SI{0.2}{m} ve výšce \SI{84}{m}. Zbývající část je
konstantního průřezu \SI{0.2}{m}. Grafické znázornění je na obr.~\ref{fig:mkp:shell_thickness}.

\begin{figure}
	\begin{center}
		\includegraphics[width=12cm]{images/tower_structural_shell_thickness.png}
	\end{center}
	\caption{Změna tloušťky průřezu skořepiny}
	\label{fig:mkp:shell_thickness}
\end{figure}

\subsection{Okrajové podmínky}
\label{sec:mkp:bc}

Uložení konstrukce je zjednodušeno a sloupy jsou vetknuty na svém dolním
konci. Zároveň je nutné definovat symetrii ve směru osy Y ve všech bodech 
$x = 0$. Použité okrajové podmínky jsou na obr.~\ref{fig:mkp:bc} (bez zobrazení
svázaných uzlů).

\begin{figure}
	\begin{center}
		\includegraphics[width=12cm]{images/tower_structural_bc.png}
	\end{center}
	\caption{Okrajové podmínky -- vetknutí a symetrie}
	\label{fig:mkp:bc}
\end{figure}

\begin{figure}
	\begin{Verbatim}[frame=lines,framesep=2mm,labelposition=topline]
	CSYS, 0
	NSEL, S, LOC, Z, -1.8              ! uchycení sloupů
	D, ALL, ALL

	NSEL, S, LOC, X, 0                 ! rovina symetrie
	DSYM, SYMM, Y
	\end{Verbatim}
	\caption{Definice okrajových podmínek v~programu ANSYS}
\end{figure}


\subsubsection{Přenos zatížení z pláště na střednici}
\label{sec:mkp:bc:coupling}

Vzhledem k použitému modelu přenosu zatížení z pláště na střednici konstrukce
je nutné vytvořit vazby mezi uzly na vnějším, resp. vnitřním povrchu a
střednicí.

Tato vazba je modelována svázáním stupňů volnosti uzlů, které leží na
společné normále. V matici tuhosti je každá množina svázaných uzlů
reprezentována pouze jedním uzlem, proto je nutné nastavit nulovou tuhost
prvků pláště, aby nedošlo ke zkreslení výsledků.

Vzhledem ke složitosti detailu nemají horní a dolní ztužující věnce vytvořeny
odpovídající povrchy. Zatížení od působení větru je tedy naneseno pouze na
pláště chladící věže. Detail stěny u dolního líce je na
obr.~\ref{fig:mkp:coupled}. Použité makro je v příloze
č.\,3.

\begin{figure}[H]
	\begin{center}
		\includegraphics[width=12cm]{images/tower_structural_coupled.png}
	\end{center}
	\caption{Detail svázaných stupňů volnosti}
	\label{fig:mkp:coupled}
\end{figure}
