Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche GRUPPO DI MECCANICA APPLICATA 18-19 giugno 2004 Stato della Ricerca La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano: PROGETTO PRIN Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche POLIITECNICO DI MILANO

La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche coordinatore nazionale e locale: prof. Giorgio Diana Obiettivi della ricerca: Analisi delle vibrazioni indotte dal distacco di vortici al variare dei seguenti parametri: Effetto di bloccaggio Turbolenza Modo di vibrare Rapporto di allungamento Formazione del fascio Valutazione dell’efficienza dei dispostivi smorzanti

La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche UNITA’ OPERATIVE Politecnico di Milano (Dipartimento di Meccanica) Politecnico di Milano (Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale e del Rilev. Università di Brescia (Dipartimento di Ingegneria Meccanica) Università di Genova (Ingegneria Strutturale e Geotecnica) Cofinanziamento MIUR: EUR 103.100 Quota Ateneo: EUR 44.200 Totale: EUR 147.300

La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano Unità operativa: Dipartimento di Meccanica Politecnico di Milano Analisi sperimentale delle vibrazioni indotte dal distacco di vortici su strutture cilindriche ad alto allungamento: Cilindro singolo Coppia di cilindri Obbiettivi della ricerca: Ampiezza dell’intervallo di sincronizzazione Ampiezza del ciclo limite Energia introdotta dal fluido Analisi anemometriche in scia Analisi del comportamento al variare del modo di vibrare

Modello e set-up sperimentale: cilindro singolo Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Caratteristiche principali modello: Diametro aerodinamico 0.055 m Lunghezza 12.3 m Massa lineica 0.89 kg/m Tiro 7000 N Prima frequenza propria 3.77 Hz Strumentazione: 2 accelerometri cross-flow (1/4 e 1/3 campata) 2 accelerometri in-line (1/4 e 1/3 campata) 2 Tubi di pitot 2 Anemometri a filo caldo doppia componente 1 Anemometro a filo caldo monocomponente

Modello e set-up sperimentale: coppia di cilindri Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Strumentazione: 4 accelerometri cross-flow (1/4 1/3 campata 2U.W. 2D.W.) 4 accelerometri in-line (1/4 1/3 2U.W. 2U.W.) 2 Tubi di pitot 2 Anemometri a filo caldo doppia componente 1 Anemometro a filo caldo monocomponente Interasse 550 mm (10 diametri) Angolo di attacco 0° Prima frequenza propria 3.6 Hz

Programma sperimentale Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Prove di regime progressivo  Ampiezze di vibrazione Prove di regime progressivo  Ampiezze campi di sincronismo Prove di build-up  Energia introdotta Modi di vibrare indagati : Primo e secondo per il cilindro singolo Primo e secondo con cilindri in fase e in controfase per il binato Per tutti i tipi di prova analisi dei segnali anemometrici

Intervalli di lock-in: primo e secondo modo di vibrare Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Intervalli di lock-in: primo e secondo modo di vibrare Cilindro singolo Condizioni di regime progressivo Il secondo modo non presenta la biforcazione e mostra in maniera meno marcata la presenza dell’isteresi

Calcolo della potenza introdotta Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Calcolo della potenza introdotta La potenza è calcolata utilizzando il decremento logaritmico e utilizzando lo smorzamento funzione dell’ampiezza: Incertezze nel calcolo della potenza legate allo smorzamento strutturale, al tipo di modello (rigido o deformabile) e al modo di vibrare considerato

Confronto con i dati di letteratura Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Confronto con i dati di letteratura Modelli flessibili Modelli sezionali Presente lavoro Modello flessibile Presente studio

Confronto tra i differenti modi di vibrare eccitati Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Confronto tra i differenti modi di vibrare eccitati Stessa potenza introdotta per i tre modi di vibrare

Binato: intervalli di lock-in, primo modo in fase e controfase Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Binato: intervalli di lock-in, primo modo in fase e controfase Moto in fase: Ampiezza degli intervalli di sincronizzazione maggiore che nel caso del singolo Fase tra spostamento e segnale anemometrico fortemente legata alla ampiezza di vibrazione Moto in controfase: L’anemeometro posto tra I cilindri mostra un andamento della fase molto diverso rispetto al caso del moto in fase, la fase del vortice sul secondo cilindro determina l’eccitazione del modo in fase o in contofase.

Binato: potenza introdotta Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche Binato: potenza introdotta Singolo vs. binato: La potenza introdotta segue la stessa legge in funzione dell’ampiezza di vibrazione sia per il cilindro singolo sia per la coppia di cilindri Differenti modi binato: Come per il cilindro singolo l’energia introdotta non cambia al variare del modo di vibrare eccitato.