La ricerca s'inquadra nel tema del controllo passivo delle vibrazioni di strutture eccitate alla base. Tra le tecniche di controllo passivo l'isolamento alla base è ben nota e matura, ma può incontrare, nelle applicazioni, importanti limitazioni tecniche: gli eccessivi spostamenti e l'inapplicabilità nel caso di strutture flessibili. Il sistema a masse accordate (TMD), invece, sta avendo negli ultimi anni una notevole attenzione dovuta agli indiscutibili vantaggi che offre, come il funzionamento e la manutenzione, l'affidabilità e l'efficacia, e i bassi costi d'implementazione.
Recentemente è stato proposto un nuovo dispositivo meccanico, chiamato Inerter, costituito da un volano collegato a due terminali che, sfruttando l'effetto di amplificazione della massa inerziale, è in grado di sviluppare una forza proporzionale alla massa amplificata e alla accelerazione relativa tra i terminali. La principale caratteristica dell'Inerter risiede nel fatto che la massa inerziale che il dispositivo riesce a sviluppare può essere anche di due ordini di grandezza più grande di quella gravitazionale.
L'obiettivo del progetto di ricerca è lo studio della mitigazione della risposta dinamica di serbatoi atmosferici a tetto galleggiante presenti negli impianti a rischio d¿incidente rilevante mediante l'uso di sistemi innovativi che si basano sull'isolamento, sul TMD e sul dispositivo Inerter. Il progetto si propone di fornire anche un¿adeguata descrizione meccanica delle parti ritenute più vulnerabili dei serbatoi atmosferici, quali il tetto galleggiante e la guarnizione posta tra tetto e mantello, ancora poco studiata in Letteratura. Infine, si propone di individuare le principali tipologie di danneggiamento, con l'obiettivo di evitarne l'insorgere, mitigarne gli effetti con il fine ultimo di trarne precise indicazioni di natura progettuale.
L'obiettivo del progetto di ricerca è di contribuire all'avanzamento dello stato dell'arte nel campo del controllo passivo delle vibrazioni di strutture eccitate alla base mediante sistemi innovativi che si basano sull'inerter [1-3]. Il controllo della risposta dinamica di serbatoi atmosferici a tetto galleggiante è, allo stato attuale, poco studiata in Letteratura [4]. La ricerca quindi è da ritenersi innovativa nel panorama sia nazionale sia internazionale ed è promettente per i risultati attesi.
Il dispositivo innovativo Inerter, applicato per la prima volta per aumentare le prestazioni delle sospensioni dei veicoli [5], può essere di tipo: meccanico (a pignoni e cremagliere o a viti e sfere [6]), idraulico [7] ed elettromagnetico [8]. Tra queste tipologie, nell'Ingegneria Civile e Industriale, si preferiscono gli Inerter passivi poiché non richiedono, per il loro funzionamento, l'apporto di energia esterna. La principale caratteristica del dispositivo Inerter risiede nel fatto che è in grado di generare una massa inerziale anche due ordini di grandezza più grande di quella gravitazionale. Questa caratteristica rende particolarmente attraente l'utilizzo dell'Inerter nel controllo passivo delle vibrazioni insieme ai sistemi TMD. Infatti, aggiungendo a un TMD convenzionale (massa ausiliaria piccola) un dispositivo Inerter (massa gravitazionale piccola ma inerziale grande) è possibile ottenere un TMDI leggero, efficace e robusto. Sfruttando le caratteristiche dinamiche dell'Inerter, la massa ausiliaria può essere anche nulla, ottenendo così il sistema noto in Letteratura come TID [1]. Inoltre, è stato dimostrato in [2] che il TMDI rispetto ai TMD di uguale massa è più efficace e robusto anche nel caso di terremoti near-fault.
Dall'analisi della letteratura scientifica di riferimento appare quindi evidente l'interesse in ambito nazionale e internazionale a studiare nuove strategie di controllo strutturale che prevedano l'impiego del dispositivo inerter. La ricerca è innovativa e promettente, e intende studiare, con riferimento ai serbatoi atmosferici, la possibilità di ridurre gli spostamenti nel sistema d'isolamento, senza incrementare le accelerazioni, e controllare i moti di sloshing attraverso l'impiego del sistema TMDI; inoltre, si vuole anche modellare e analizzare l'interazione tra tetto galleggiante, guarnizione e serbatoio.
1.Laurentiu M, Agathoklis G (2014). Optimal design of a novel tuned mass-damper-inerter (TMDI) passive vibration control configuration for stochastically support-excited structural systems. Probabilistic Engineering Mechanics; 38:156-164
2. Pietrosanti D, De Angelis M, Basili M (2017). Optimal design and performance evaluation of systems with Tuned Mass Damper Inerter (TMDI). Earthq. Eng. Struct. Dyn., 46(8):1367-1388.
3. Smith MC (2002). Synthesis of mechanical networks: The Inerter. IEEE Trans Autom Contr; 47-10:1648-1662
4. Matsui T (2007). Sloshing in a cylindrical liquid storage tank with a floating roof undern seismic excitation, Journal of Pressure Vessel Technology; 129 (4):557-566
5.Smith MC, Wang FC (2004). Performance benefits in passive vehicle suspensions employing inerters. Vehicle system dynamics; 42(4), 235-257.
6. Papageorgiou C, Smith MC (2005). Laboratory experimental testing of inerters. CDC- ECC¿05. 44th IEEE Conference on. 3351- 3356.
7. Wang FC, Hong MF, Lin TC (2010). Designing and testing a hydraulic inerter. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of mechanical Engineering Science; 225 (1): 66-72
8. Nakamura Y, Fukukita A, Tamura K, Yamazaki I, Matsuoka T, Hiramoto K, Sunakoda K. (2014). Seismic response control using electromagnetic inertial mass dampers. Earthq. Eng. Struct. Dyn.; 43 (4): 507-527.
9. Reggio A, De Angelis M. (2015). Optimal energy-based seismic design of non-conventional Tuned Mass Damper (TMD) implemented via inter-story isolation. Earthq. Eng. Struct. Dyn.; 44(10): 1623-1642
10. Luo H., Zhang R., Weng D. (2016). Mitigation of liquid sloshing in storage tanks by using a hybrid control method. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 90:183-195
11. Zhang R., Zhao Z., Pan C. (2018). Influence of mechanical layout of inerter systems on seismic mitigation of storage tanks. 114: 639-649