- Caratteristiche del vento nello strato limite atmosferico
- Fondamenti di aerodinamica dei corpi tozzi
- Elementi di teoria dei processi stocastici
- Risposta dinamica delle strutture al vento turbolento
- Vibrazioni indotte dal distacco di vortici
- Fenomeni aeroelastici
- E. Simiu, R.H. Scanlan, Wind Effects on Structures: Fundamentals and Applications, John Wiley, NY, 1996.
- J. Holmes, Wind Loading on Structures, Spon Press, NY., 2001.
- G. Muscolino, Dinamica delle Strutture, McGraw Hill, 2003.
- C. Borri, S. Pastò, Lezioni di Ingegneria del Vento, Firenze University Press, 2006.
Obiettivi Formativi
Alla fine del corso è previsto che gli studenti abbiano acquisito le nozioni di base relative ai flussi turbolenti nello strato limite atmosferico e all'aerodinamica dei corpi tozzi, assieme agli strumenti matematici necessari ad un loro utilizzo nell'ambito dell'analisi delle strutture civili (teoria dei processi stocastici, dinamica aleatoria delle strutture).
Ci si attende che gli studenti siano in grado di individuare le principali criticità relative a strutture esposte all'azione del vento e di applicare in maniera consapevole gli approcci previsti nei vari documenti normativi. Ci si aspetta anche che siano capaci di interpretare correttamente e utilizzare dati provenienti da misure in galleria del vento, da campagne sperimentali in situ, da simulazioni di fluido-dinamica computazionale oppure dalla letteratura tecnico-scientifica.
In particolare, nel caso di strutture di particolare rilevanza e suscettibilità all'azione aerodinamica, il corso si pone l'obiettivo di fornire gli strumenti per analisi dinamiche avanzate, tenendo conto anche di possibili fenomeni aeroelastici.
Prerequisiti
- Fondamenti di dinamica deterministica delle strutture (comportamento oscillatore lineare, analisi modale)
- Fondamenti di calcolo delle probabilità (variabili aleatorie, distribuzioni di probabilità, momenti statistici)
Metodi Didattici
- Lezioni in aula
- Lezioni a distanza
- Visita/e al laboratorio della galleria del vento del CRIACIV (Prato)
- Ricevimenti periodici per le revisioni dell'esercitazione assegnata allo studente
Altre Informazioni
I ricevimenti verranno concordati via e-mail
Modalità di verifica apprendimento
- Esercitazione su un tema concordato con lo studente, finalizzata all'applicazione pratica degli strumenti e delle teorie apprese durante il corso
- Esame orale
Programma del corso
- Campo d'azione dell'Ingegneria del Vento; importanza dell'azione del vento per le strutture civili; "catena di Davenport"
- Introduzione ai processi stocastici; stazionarietà, ergodicità, gaussianità
- Funzione di correlazione e densità spettrale di potenza; auto- e cross-correlazione, auto- e cross-spettro
- Cenni di teoria dei valori estremi di processi stocastici; fattore di raffica e fattore di picco
- Cenni alla circolazione atmosferica e all'origine dei vari tipi di vento
- Spettro di van der Hoven e concetto di "gap spettrale"; analisi statistica della velocità media del vento
- Equazioni di Navier-Stokes; concetto di turbolenza; equazioni di Navier-Stokes mediate secondo Reynolds
- Concetto di strato limite; strato limite laminare e turbolento
- Strato limite atmosferico; profilo di velocità media; spirale di Ekman; caratterizzazione della turbolenza atmosferica (intensità di turbolenza, scale integrali, densità spettrali di potenza, funzione di coerenza)
- Aerodinamica dei corpi tozzi: concetti di stagnazione, separazione, strato limite separato e scia; significato e ruolo del numero di Reynolds; distacco di vortici e numero di Strouhal
- Definizione di coefficiente di pressione e di coefficienti di forza
- Pressioni interne in un edificio
- Richiami di dinamica deterministica delle strutture
- Cenni di dinamica aleatoria delle strutture
- Principi generali di risposta delle strutture all'azione dinamica del vento
- Risposta di una struttura soggetta a vento turbolento nella direzione media del vento (along-wind): teoria quasi stazionaria per un corpo soggetto ad un flusso turbolento; funzione ammettenza aerodinamica; joint-acceptance function; risposta in risonanza e risposta di background; l'approccio dell'Eurocodice 1 e dell'Istruzione CNR-DT 207/2008
- Introduzione al concetto di aeroelasticità
- Risposta di una struttura in direzione trasversale rispetto al vento (across-wind): il concetto di sincronizzazione con il distacco di vortici (lock-in); numero di Scruton; modello armonico e modello spettrale
- Teoria quasi-stazionaria per un corpo in oscillazione in una corrente fluida; smorzamento aerodinamico
- Instabilità di galoppo di strutture snelle con sezione tozza
- Instabilità statica per divergenza torsionale di impalcati da ponte
- Approcci non stazionari ai fenomeni aeroelastici: il problema del flutter dei ponti
- Sperimentazione in galleria del vento; analisi dimensionale e teorema di Buckingham; teoria della similitudine per i problemi dell'Ingegneria del Vento
- Cenni di Fluidodinamica Computazionale (CFD) e Ingegneria del Vento Computazionale (CWE)