Simulazione numerica di fenomeni aeroelastici con applicazione alle strutture civili

Il presente lavoro tratta lo studio dei fenomeni aeroelastici di interazione fra fluido e struttura, con il fine di provare a simularli mediante l’ausilio di un codice agli elementi finiti. Nel primo capitolo sono fornite alcune nozioni di fluidodinamica, in modo da rendere chiari i passaggi teorici fondamentali che portano alle equazioni di Navier-Stokes governanti il moto dei fluidi viscosi. Inoltre è illustrato il fenomeno della formazione di vortici a valle dei corpi tozzi dovuto alla separazione dello strato limite laminare, con descrizione anche di alcuni risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche. Nel secondo capitolo vengono presi in rassegna i principali fenomeni di interazione fra fluido e struttura, cercando di metterne in luce le fondamenta della trattazione analitica e le ipotesi sotto le quali tale trattazione è valida. Chiaramente si tratta solo di una panoramica che non entra in merito degli sviluppi della ricerca più recente ma fornisce le basi per affrontare i vari problemi di instabilità strutturale dovuti a un particolare fenomeno di interazione con il vento. Il terzo capitolo contiene una trattazione più approfondita del fenomeno di instabilità per flutter. Tra tutti i fenomeni di instabilità aeroelastica delle strutture il flutter risulta il più temibile, soprattutto per i ponti di grande luce. Per questo si è ritenuto opportuno dedicargli un capitolo, in modo da illustrare i vari procedimenti con cui si riesce a determinare analiticamente la velocità critica di flutter di un impalcato da ponte, a partire dalle funzioni sperimentali denominate derivate di flutter. Al termine del capitolo è illustrato il procedimento con cui si ricavano sperimentalmente le derivate di flutter di un impalcato da ponte. Nel quarto capitolo è presentato l’esempio di studio dell’impalcato del ponte Tsing Ma ad Hong Kong. Sono riportati i risultati analitici dei calcoli della velocità di flutter e di divergenza torsionale dell’impalcato e i risultati delle simulazioni numeriche effettuate per stimare i coefficienti aerodinamici statici e il comportamento dinamico della struttura soggetta all’azione del vento. Considerazioni e commenti sui risultati ottenuti e sui metodi di modellazione numerica adottati completano l’elaborato.

Fatigue Design Challenges of Transition Pieces from Decommissioned Platforms for Offshore Wind Energy

All structures are subjected to various loading conditions and combinations. For offshore structures, these loads include permanent loads, hydrostatic pressure, wave, current, and wind loads. Typically, sea environments in different geographical regions are characterized by the 100-year wave height, surface currents, and velocity speeds. The main problems associated with the commonly used, deterministic method is the fact that not all waves have the same period, and that the actual stochastic nature of the marine environment is not taken into account. Offshore steel structure fatigue design is done using the DNVGL-RP-0005:2016 standard which takes precedence over the DNV-RP-C203 standard (2012). Fatigue analysis is necessary for oil and gas producing offshore steel structures which were first constructed in the Gulf of Mexico North Sea (the 1930s) and later in the North Sea (1960s). Fatigue strength is commonly described by S-N curves which have been obtained by laboratory experiments. The rapid development of the Offshore wind industry has caused the exploration into deeper ocean areas and the adoption of new support structural concepts such as full lattice tower systems amongst others. The optimal design of offshore wind support structures including foundation, turbine towers, and transition piece components putting into consideration, economy, safety, and even the environment is a critical challenge. In this study, fatigue design challenges of transition pieces from decommissioned platforms for offshore wind energy are proposed to be discussed. The fatigue resistance of the material and structural components under uniaxial and multiaxial loading is introduced with the new fatigue design rules whilst considering the combination of global and local modeling using finite element analysis software programs.