Appraisal of stochastic models for the evaluation of aeolian vibrations in overhead transmission line conductors

Overhead transmission line conductors are prone to aeolian vibrations, caused by the alternate shedding of vortices in their wake. If not properly controlled, these vibrations can lead to wear damage and fatigue failures. This thesis explores a new probabilistic framework for predicting the vortex-induced vibration (VIV) response of bare conductors and conductors with dampers using stochastic models, where wind forces are treated as a narrow-band stochastic process. The key advantage of these models is their ability to capture the multimodal response of the system, unlike traditional deterministic methods such as the Energy Balance Method (EBM), which assumes mono-modal oscillations. Two stochastic models were evaluated. The first, proposed by Vickery and Clark, was applied to a reference case study of the ACSR Bersfort conductor, which has been previously investigated in literature. The second model, the Vickery and Basu model, which was specifically developed to improve predictions in the lock-in region. The effectiveness and limitations of these stochastic models were critically evaluated to assess their applicability in predicting the VIV response of overhead conductors. Additionally, their predictions were compared with experimental data from the literature and EBM results, evaluating their accuracy and reliability in practical applications for OHL conductor systems. This study also explores the impact of support flexibility and its dynamic interaction with the cable, both of which play a crucial role in shaping the overall system response. The interaction between the cable and its supports affects vibration behavior, modifying the way energy is transferred within the system. Additionally, support flexibility influences the modal properties, altering the contribution of different vibration modes to the response. Understanding these effects is essential for the accurate prediction and control of aeolian vibrations in OHL conductors.

I conduttori delle linee di trasmissione aeree sono soggetti a vibrazioni eoliche, causate dal distacco alternato di vortici nella loro scia. Se non adeguatamente controllate, queste vibrazioni possono provocare usura e cedimenti per fatica. Questa tesi esplora un nuovo approccio probabilistico per la previsione della risposta alle vibrazioni indotte de distacco ali vortici (vortex-induced vibration, VIV) in conduttori con e senza smorzatori aggiunti, utilizzando modelli stocastici, in cui le forze del vento sono trattate come un processo stocastico a banda stretta. Il vantaggio principale di questi modelli è la capacità di catturare la risposta multimodale del sistema, a differenza dei tradizionali metodi deterministici, come il Metodo del bilancio di energia (Energy Balance Method, EBM), che assume oscillazioni monomodali. Sono stati valutati due modelli stocastici. Il primo, proposto da Vickery e Clark, è stato applicato a un caso di studio di riferimento relativo al conduttore ACSR Bersfort, già analizzato in letteratura. Il secondo modello, il modello di Vickery e Basu, è stato sviluppato specificamente per migliorare le previsioni nella regione di lock-in. L’efficacia e i limiti di questi modelli stocastici sono stati valutati criticamente per determinare la loro applicabilità nella previsione della risposta VIV nei conduttori aerei. Inoltre, le loro previsioni sono state confrontate con dati sperimentali disponibili in letteratura e con i risultati ottenuti tramite il metodo EBM, per valutarne l’accuratezza e affidabilità nelle applicazioni pratiche ai sistemi di conduttori delle linee elettriche sospese (Overhead electrical lines,OHL). Lo studio esplora anche l’influenza della flessibilità dei supporti e la loro interazione dinamica con il cavo, entrambi aspetti fondamentali nel determinare la risposta globale del sistema. L’interazione tra cavo e supporti modifica il comportamento vibrazionale, influenzando il trasferimento di energia all’interno del sistema. Inoltre, la flessibilità dei supporti altera le proprietà modali, modificando il contributo delle diverse forme modali alla risposta. Comprendere questi effetti è essenziale per una previsione accurata e un controllo efficace delle vibrazioni eoliche nei conduttori delle OHL.