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GRUPPO DI MECCANICA APPLICATA
18-19 giugno 2004
Stato della Ricerca
La ricerca nelDipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano:
PROGETTO PRINVibrazioni indotte da fluidi in
strutture meccaniche
Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche
coordinatore nazionale e locale: prof. Giorgio Diana
La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano
Obiettivi della ricerca:
Analisi delle vibrazioni indotte dal distacco di vortici al variare dei seguenti parametri:
1.Effetto di bloccaggio
2.Turbolenza
3.Modo di vibrare
4.Rapporto di allungamento
5.Formazione del fascio
Valutazione dell’efficienza dei dispostivi smorzanti
Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche
La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano
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 103.100Quota Ateneo: EUR 44.200Totale: EUR 147.300
Unità operativa: Dipartimento di Meccanica Politecnico di Milano
La ricerca nel Dipartimento di Meccanica del 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
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
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
Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche
Modello e set-up sperimentale: coppia di cilindri
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
Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche
Programma sperimentale
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
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
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0.7
0.8
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 V/Vs
u/D
Down
Up
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Up
Down
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:
S AER
u u u
D D D
22
3 4 22
P m uP
f D L D D
Incertezze nel calcolo della potenza legate allo smorzamento strutturale, al tipo di modello (rigido o deformabile) e al modo di vibrare considerato
Modelli flessibili
Modelli sezionali
Modello flessibile Presente studio
Presente lavoro
Confronto con i dati di letteratura
Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche
Confronto tra i differenti modi di vibrare eccitati
Stessa potenza introdotta per
i tre modi di vibrare 3 4IN
PW
f D L
Vibrazioni indotte da fluidi in strutture meccaniche
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.
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.
0.0
2.0
4.0
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8.0
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0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
u/D
W/m
/(H
z^3
*m^
4)
Single I mode
Bundle I mode
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4.0
6.0
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0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
u/D
W/m
/(H
z^3
*m^
4)
I Mode
II Mode
