Progettazione e sviluppo di un assorbitore dinamico adattativo basato su leghe a memoria di forma e principio delle correnti parassite

The "Tuned Vibration Absorber" (TVA) is a device for vibration control of mechanical systems that, from its conception by Frahm in 1909, has been the subject of a number of studies and successfully applied to solve real problems. Even if this device can be realized in different ways, and then take various forms, from the dynamic point of view it can be rapresented by a mass-spring-damper system, whose parameters are designed so as to reduce the amplitude of the motion related to a problematic resonance of the structure on which it is mounted. The main drawback of such devices is the so called "mis-tuning" that occurs due to the variation in time of the characteristics of the structure to be protected. In this thesis work a system was conceived which is able to change its resonance frequency and its damping coefficient in real time, thanks to the use of shape memory alloy (SMA) wires and an electromagnetic damper, so that it can always work in optimal conditions; a device with these properties is called "adaptive tuned mass damper" (ATMD). The device conceived is constituted by a central mass hanged to the structure to be protected through four SMA wires; the resonance frequency of the ATMD is changed by varying temperature of the SMA wires and thus their axial load. An eddy current damper, consisting of a copper sleeve mounted on the mass of the ATMD and by an electromagnetic circuit attached to the structure, allows to introduce a dissipative force variable as a function of the supplied voltage to the coil therefore, the basic principle is that of the eddy currents. The system just described was first implemented into a numerical model that has allowed for develop two approaches to the control of its mechanical properties and predict yhe performance. A prototype was later produced and it has been tested to evaluate its effectiveness.

Il “Tuned Vibration Absorbers” (TVA) è un dispositivo per il controllo delle vibrazioni di sistemi meccanici che, fin dalla dalla sua concezione ad opera di Frahm nel 1909, è stato oggetto di innumerevoli studi ed applicato con successo per risolvere problemi reali. Anche se questo dispositivo può essere realizzato in diversi modi e quindi assumere diverse forme, dal punto di vista dinamico può essere assimilato ad un sistema massa-molla-smorzatore, i parametri del quale sono progettati in modo da abbattere l'ampiezza delle oscillazioni legate ad una risonanza problematica della struttura sulla quale è montato. L' inconveniente, a cui vanno spesso incontro questi apparecchi, è il così detto “mis-tuning” che si verifica a causa della variazione nel tempo delle caratteristiche della struttura da proteggere. In questo lavoro di tesi di laurea è stato concepito un sistema che, grazie all'utilizzo di fili in lega a memoria di forma (SMA) e di uno smorzatore elettromagnetico, è in grado di modificare la propria frequenza di risonanza e il proprio coefficiente smorzamento in tempo reale, in modo che possa lavorare sempre nelle condizioni ottimali; un dispositivo con queste proprietà viene definito “adaptive tuned mass damper” (ATMD). Il dispositivo concepito è costituito da una massa centrale appesa alla struttura da proteggere attraverso quatto fili SMA; per modificarne la frequenza di risonanza, viene sfruttata la variazione del carico assiale a cui sono soggetti i fili, vincolati alle estremità da molle, per effetto della variazione della loro temperatura. Uno smorzatore a correnti parassite, costituito da un manicotto in rame montato sulla massa dell'ATMD e da un circuito elettromagnetico fissato alla struttura da proteggere, permette di introdurre una forza dissipativa variabile in funzione della tensione di alimentazione della bobina che genera il campo magnetico responsabile della nascita delle correnti parassite nel manicotto. Del sistema appena descritto è stato realizzato inizialmente un modello numerico che ha consentito di sviluppare due logiche per il controllo delle sue caratteristiche meccaniche e di prevederne le prestazioni. In seguito è stato prodotto un prototipo che è stato testato per valutarne l'efficacia.