Modellazione di dissipatori Stockbridge per la mitigazione delle vibrazioni eoliche dei cavi sospesi

Stockbridge dampers are widely used in the mitigation of aeolian vibrations of suspended cables. Their dissipative contribution may be quantified on the basis of different analysis approaches, such as the Energy Balance Method (EBM) and the direct study of the equations of motion of the conductor. Due to the fact that all the solution strategies require a correct characterization of the damper's dynamic behaviour, the aim of the current dissertation consists in the development of different modelling techniques, in order to achieve a true reproduction of the response of these devices, marked by an high level of non-linearity. More in detail, at first, a discrete one degree of freedom idealization of the damper will be proposed, based on the Bouc-Wen hysteretic model; then, the mentioned model will be properly extended to the case of a more comprehensive two-lagrangian coordinates description, which will be further generalized by means of the introduction of the Park-Wen constitutive law. With the goal of characterizing the dynamic behaviour of these kind of dampers, a crucial role is played by the execution of frequency sweep tests, which allow to carry out the identification and subsequent validation of the models' governing parameters, highlighting their limits and possibilities. In parallel, in support of the performed numerical analyses for the simulation of the response and for its comparison with the experimental results, the implementation of appropriate algorithms into the MATLAB software, described throughout the discussion, has been required.

I dissipatori Stockbridge trovano largo impiego nel campo della mitigazione delle vibrazioni eoliche dei cavi sospesi. Il loro apporto dissipativo può essere quantificato sulla base di differenti approcci di analisi, tra cui si citano il Metodo di Bilancio dell'Energia (EBM) e lo studio diretto delle equazioni di moto del cavo conduttore. Dal momento che tutte le strategie di soluzione non possono prescindere da un corretta caratterizzazione del comportamento dinamico dello smorzatore, lo scopo del presente elaborato consiste proprio nello sviluppo di differenti tecniche di modellazione, atte alla fedele riproduzione della risposta di tali dispositivi, contraddistinta da un alto grado di non-linearità. In particolare, dapprima verrà proposta un'idealizzazione discreta a un grado di libertà del sistema-dissipatore, basata sul modello isteretico di Bouc-Wen; tale modello verrà successivamente esteso nel contesto di una più esaustiva descrizione del sistema a due coordinate libere, la quale verrà poi ulteriormente generalizzata, mediante l'introduzione della legge costitutiva di Park-Wen. Per la caratterizzazione del comportamento dinamico di questi dispositivi di dissipazione, un ruolo centrale è rivestito dall'esecuzione di test sperimentali di sweep in frequenza, sulla base dei quali diverrà possibile eseguire le procedure di calibrazione e conseguente validazione dei parametri governanti i differenti modelli, consentendo di esplorarne limiti e potenzialità. In parallelo, a supporto delle analisi numeriche effettuate per la simulazione della risposta del dissipatore e per la successiva comparazione con gli esiti di laboratorio, è stata richiesta l'implementazione di opportuni codici di calcolo all'interno del software MATLAB, i quali verranno descritti nel corso della trattazione.