Indagine numerico-sperimentale sul comportamento dinamico di strutture snelle soggette a distacco di vortice

This work is concerned with vortex induced vibration of slender structures; it is focused on the dynamic response of a tower of the Forth Replacement Crossing (FRC), a cable-stayed bridge which will be erected in Edinburgh, whose confirmatory tests were performed in the Politecnico di Milano Wind Tunnel. The aerodynamic behavior of the tower is characterized via static and dynamic sectional model tests; the whole structure response has been investigated with the full aeroelastic model of the tower in a stand-alone configuration. The aim is to numerically reproduce the non-linear forces dued to vortex shedding through the ‘Equivalent oscillator’ , a physical model which operates in time domain, which has been identified on the sectional test results. The Equivalent oscillator has been used in a tridimensional finite element model of the tower to reproduce the vortex shedding force distribution on the structure and its response has been compared to the one measured on the aeroelastic model.

Il lavoro di tesi riguarda le vibrazioni indotte da distacco di vortici su strutture snelle; in particolare prende in analisi la risposta dinamica di una torre del Forth Replacement Crossing (FRC) , un ponte strallato di prossima costruzione a Edimburgo, il cui progetto definitivo è stato verificato tramite una campagna di prove sperimentali condotte presso la Galleria del Vento del Politecnico di Milano. Il comportamento aerodinamico della torre è stato caratterizzato attraverso prove statiche e dinamiche su un modello sezionale della torre; la risposta della struttura completa è stata analizzata con un modello aeroelastico completo. Lo scopo del lavoro è quello di riprodurre per via numerica le forze non lineari dovute a distacco di vortici, attraverso il metodo dell’oscillatore equivalente, un modello fisico a parametri concentrati operante nel dominio del tempo che è stato identificato a partire dalle prove effettuate su modello sezionale. L’oscillatore equivalente è stato impiegato per simulare il forzamento prodotto dal distacco di vortici lungo l’altezza della torre, la cui dinamica viene risolta da un codice agli elementi finiti; la bontà del modello numerico viene valutata sull’evidenza sperimentale delle prove sul modello aeroelastico.