Characterization and optimization of an eddy current TMD for a scaled model of a tall building suitable for wind tunnel applications

The objective of this thesis is the characterization, optimization, and practical imple mentation of an Eddy-Current Tuned Mass Damper (EC-TMD) designed to mitigate vibrations in tall buildings. The study addresses one of the central challenges in struc tural engineering: reducing wind-induced and other dynamic vibrations, particularly at the upper floors of slender high rise structures. The proposed TMD exploits eddy currents to generate damping forces, providing a maintenance free solution with potentially higher efficiency compared to conventional TMDs. The project offers a detailed analysis of the physical behavior of the EC-TMD through an electromagnetic model, with the aim of verifying the device’s effectiveness under realistic operating conditions. The methodology integrates numerical simulations with experimental validation, using a 1:100 scale building model subjected to harmonic excitation and/or broadband stochastic input, with a possible extension to wind tunnel testing. The results of the coupled system characterization, comprising the primary structure and the ECTMD, demonstrate the damper’s ability to achieve a reliable reduction in structural vibrations, thereby validat ing an approach for the optimization and assessment of EC-TMDs that can be extended across multiple dimensional scales. This approach not only reduces maintenance costs relative to traditional passive TMDs, but also enhances the safety and long term perfor mance of large scale structures such as buildings, bridges, and towers, making it a solution for future applications in civil engineering.

L’oggetto di questa tesi è la caratterizzazione, l’ottimizzazione e l’applicazione pratica di un Tuned Mass Damper a Correnti Parassite (EC-TMD) destinato a mitigare le vibrazioni negli edifici alti. Lo studio affronta una delle sfide principali nell’ingegneria strutturale: la riduzione delle vibrazioni causate dal vento e da altre forze dinamiche, in particolare ai piani alti degli edifici slanciati. Il TMD proposto sfrutta le correnti parassite per generare forze di smorzamento, offrendo una soluzione priva di manutenzione e con una maggiore efficienza rispetto ai TMD tradizionali. Il progetto presenta un’analisi dettagliata del com portamento fisico dell’EC-TMD attraverso un modello elettromagnetico, proponendosi a verificare che il dispositivo funzioni efficacemente in condizioni reali. La metodologia comprende sia simulazioni numeriche che validazioni sperimentali, uti lizzando un modello in scala 1:100 di un edificio alto sottoposto a forzante e/o rumore bianco, e con potenziale estensione a test in galleria del vento. I risultati dello studio di caratterizzazione del sistema accoppiato, composto dalla struttura primaria e ECTMD, confermano l’efficacia del sistema di registrare una riduzione affidabile delle vibrazioni, validando uno schema di approccio per l’ottimizzazione e caratterizzazione di un ECTMD, con potenziali applicazioni su più scale dimensionali. Questo approccio non solo riduce i costi di manutenzione rispetto al tradizionale impiego di un TMD classico, ma migliora anche la sicurezza e la longevità delle strutture su larga scala come edifici, ponti e antenne, rendendolo una soluzione per le applicazioni future nell’ingegneria civile.