TUNED MASS DAMPER

Prima di leggere quest’articolo, consiglio vivamente di leggere quello relativo alla risonanza meccanica. Risulterebbe infatti complesso, se non impossibile, comprendere il funzionamento di questo dispositivo senza avere idea di cosa si intenda per risonanza meccanica.

Il Tuned Mass Damper (TMD), o Smorzatore a Massa Accordata e` una soluzione elegante a problemi strutturali legati alle vibrazioni.

Si tratta di una massa collegata alla struttura della quale si vogliono smorzare le vibrazioni. Esso si mette in vibrazione quando la struttura e` soggetta ad una forzante oscillante (nel caso di un edificio, potrebbe essere un terremoto) prendendo parte dell’energia evitando che venga trasferita tutta alla struttura facendola oscillare eccessivamente.

Nel caso in cui, per qualsiasi ragione, non si possa progettare una struttura in modo tale che le sue frequenze di risonanza siano tutte lontane dalle frequenze delle forzanti oscillanti che agiranno su di essa nel corso della sua vita, e per esempio si fosse costretti ad avere una frequenza di risonanza della struttura vicino ad una frequenza con cui la struttura potrebbe essere sollecitata (frequenza della forzante), il TMD ci viene in aiuto.

Realizzando un TMD che abbia una frequenza di risonanza pari a quella per noi critica, esso si mettera` in oscillazione prendendo parte dell’energia, evitando cosi` che tutta l’energia si scarichi sulla struttura e facendo si` che le oscillazioni della struttura siano meno intense. Insomma, funzionera` proprio come uno smorzatore, un ammortizzatore. Potremo far assumere una determinata frequenza di risonanza al TMD, scegliendo correttamente la sua massa e la rigidezza degli elementi che lo collegheranno alla struttura, che possono essere per esempio delle molle o dei cavi. Tipicamente si utilizzano anche degli ammortizzatori di modo da alleviare maggiormente le vibrazioni.

Facciamo un esempio: Dobbiamo progettare un grattacielo ed esiste la probabilita` che nel corso della sua vita incontri un terremoto con una frequenza al massimo di 20 Hz. La prima scelta sara` quella di progettare il grattacielo in modo che abbia una massa ed una rigidezza tali per cui le sue frequenze di risonanza siano tutte molto lontane da questi 20 Hz (diciamo, per esempio, tutte superiori a 200 Hz). Ammettiamo ora che per un qualsiasi motivo dovremo progettare la struttura in modo che una delle sue frequenze di risonanza sia proprio di 20 Hz. Ovviamente non potremo permetterci di lasciare tutto cosi`, sarebbe inaccettabile, poiche` il grattacielo andrebbe in risonanza se sollecitato con un terremoto di 20 Hz, inizierebbe ad oscillare vistosamente e crollerebbe. La soluzione che potremo adottare sara` quella di collegare alla struttura del grattacielo un TMD che sia libero di muoversi e che abbia una frequenza di risonanza di 20 Hz. In questo modo, se mai arrivera` un terremoto con una frequenza prossima ai 20 Hz, il TMD andra` in risonanza oscillando in modo relativamente intenso, sottraendo molta energia e facendo cosi` che il grattacielo oscilli con ampiezze minori.

Questa soluzione viene utilizzata sui cavi dell'alta tensione, essendo questi soggetti a raffiche di vento che possono farli oscillare pericolosamente.

Questa soluzione e` stata adottata anche in F1 dal team Renault nel 2015 per alleviare le vibrazioni del musetto, di modo da ottimizzare le performance aerodinamiche.

L’applicazione piu` famosa riguarda il grattacielo Taipei 101, in Taiwan, in cima al quale e` montato un TMD che permette di alleviare le oscillazioni del grattacielo dovute a vento e terremoti.

https://www.youtube.com/watch?v=7gsp8tq8eGY

 

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