Design of a multi-use test rig for bridge sectional models

The purpose of this work was the design of a new test rig to carry out tests on sectional models of bridges, in the high-speed chamber of the Politecnico di Milano's wind tunnel (GVPM). The new test rig has the main purpose of carrying out static tests for the definition of aerodynamic coefficients and tests with imposed motion, for the definition of flutter derivatives. In designing the new setup, we did not want to limit ourselves to standard tests but we wanted to allow greater amplitudes of vibration, higher frequencies, addition of the horizontal degree of freedom and the possibility of testing objects other than bridges, such as cables and wings. The result is a testing setup that does not fear commercial tests and has the ambition to perform tests at the boundaries of current research. In addition to the forced vibration setup, also the concept for free motion was imagined, in the same test chamber. The free motion tests are carried out by suspending the model on springs which attribute a certain oscillation frequency; the change of frequency, to produce several reduced speeds, is therefore performed manually with the change of the real hardware. A new type of test, called model-in-the-loop (MIL), allows the simulation of real hardware through the effect of the motors, promising rapid modulation of structural properties. Two alternatives are possible to implement it, depending on the choice of input and output of the equation of motion, and numerous variations can be found for each alternative. An extensive literature review combined with tests on a simplified test bench have made it possible to identify the way forward for the implementation of this new type of test on the designed setup.

Lo scopo di questo lavoro è stato la progettazione di un nuovo setup per eseguire prove su modelli sezionali di ponti, nella camera ad alta velocità della galleria del vento del Politecnico di Milano (GVPM). Il nuovo setup ha lo scopo principale di eseguire prove statiche per la definizione dei coefficienti aerodinamici e prove a moto imposto, per la definizione delle flutter derivatives. Nel progettare il nuovo setup, non ci si è limitati ai test standard, ma si sono consentite maggiori ampiezze di vibrazione, frequenze più elevate, aggiunta del grado orizzontale di libertà e la possibilità di testare oggetti diversi dai ponti, come cavi e ali. Il risultato è un setup che non teme i test commerciali e ha l'ambizione di eseguire test ai confini della ricerca attuale. Oltre al sistema per il moto forzato, è stato anche immaginato il sistema per moti liberi nella stessa camera di prova. Le prove a moto libero vengono eseguite sospendendo il modello su molle che attribuiscono una certa frequenza di oscillazione; il cambio di frequenza, per produrre diverse velocità ridotte, viene quindi eseguito manualmente con il cambio dell'hardware reale. Un nuovo tipo di test, chiamato model-in-the-loop (MIL), consente la simulazione dell'hardware reale attraverso l'effetto dei motori, promettendo una rapida modulazione delle proprietà strutturali. Sono possibili due alternative per implementarlo, a seconda della scelta di input e output dell'equazione del moto, e per ogni alternativa si possono trovare numerose varianti. Un'ampia revisione della letteratura combinata con i test su un banco di prova semplificato hanno permesso di identificare la via da seguire per l'implementazione di questo nuovo tipo di test sul setup progettato.