Nonlinear interactions between US waves and contact interface

Gli ultimi decenni sono stati caratterizzati da un crescente interesse per le non linearità inerenti al danneggiamento (difetti) dei solidi ed alle interfacce di contatto. Di conseguenza, diversi metodi di analisi non-lineare sono stati sviluppati per l'individuazione del danno e per la caratterizzazione delle interfacce di contatto. Tuttavia, la comprensione dei meccanismi fisici relativi alle non linearità di contatto rimane limitata. In questo contesto, il lavoro di tesi è indirizzato all’ analisi dell'interazione non lineare tra un'onda ed un'interfaccia, integrando diversi meccanismi legati al contatto, al fine di proporre gli strumenti idonei ad una metodologia di analisi non-distruttiva efficiente, per la caratterizzazione delle interfacce. Lo studio dell'evoluzione della seconda armonica per caratterizzare le proprietà di difetti localizzati e più in generale delle interfacce di contatto è dunque al centro di questo lavoro. L'interazione non lineare tra un'onda longitudinale e un'interfaccia di contatto è stata qui analizzata combinando due approcci: uno basato sull’analisi di propagazione acustica, ed utilizzato per caratterizzare l’interfaccia in trazione; l'altro basato sull’analisi della vibrazione strutturale, ed utilizzato per la caratterizzazione dell’interfaccia in compressione. Il primo consiste nel modellare il contatto con una legge RCCM. Lo studio propone un'analisi dettagliata del comportamento dell'interfaccia in trazione, integrando l'adesione tra le due superfici in contatto. I parametri principali, che regolano la firma non lineare della legge RCCM, sono stati identificati, permettendo quindi una migliore comprensione della fisica alla base di questa interazione non lineare. Il secondo metodo, usato in compressione, si basa su un modello di rigidezza non lineare dell'interfaccia, in cui la rigidezza dell'interfaccia è descritta in funzione della pressione di contatto. Lo studio consiste in un'analisi complementare, numerica e sperimentale, della componente non-lineare della risposta dinamica del sistema, dovuta alla presenza di un'interfaccia di contatto. Si è così evidenziato come la non-linearità della rigidezza di contatto alle basse pressioni ha un effetto importante sulla risposta non-lineare del sistema. Infine, le leggi di contatto proposte in compressione e trazione sono state combinate in una unica legge di contatto, per permettere una correlazione più fine tra le non-linearità associate alle differenti fasi del contatto, sia compressione che trazione, e le caratteristiche della risposta non-lineare del sistema . I risultati numerici sono promettenti, in vista dello sviluppo di metodologie inverse per la caratterizzazione delle proprietà delle interfacce di contatto a partire dalla risposta non-lineare ad una eccitazione esterna, applicabile nell’identificazione non-distruttiva del danno e dei contatti

Experimental and numerical investigation of Contact stiffness in blade root joints

L'abstract è presente nell'allegato / the abstract is in the attachmen

A Test Rig for the Experimental Investigation on the Nonlinear Dynamics in the Presence of Large Contact Interfaces and Numerical Models Validation

2The simulation of the coupling between components modeled by finite elements (FEs) plays an important role for the prediction of the forced response of the assembly in terms of resonant frequencies, vibration amplitudes, and damping. This is particularly critical when the time-varying stress distribution must be limited for vibrating components with thin thickness coupled with large contacts. Typical examples can be found in aeronautical structures (plates, panels, and bladed disk components) assembled with bolted flanges, riveted lap joints, or joints without hole discontinuities like rail-hook joints, lace wire sealings, and strip dampers. In this paper, a new test rig is introduced for the experimental validation of a reduced-order model (ROM) based on the Gram–Schmidt Interface (GSI) modes applied to a friction contact whose dimensions are not negligible with respect to the size of the substructures. In this case, classical approaches like Craig–Bampton technique might be not effective in reducing the size of the problem when many contact nodes subjected to nonlinear contact loads cannot be omitted. The technique is implemented in a solution scheme in the frequency domain using penalty contact elements and the harmonic balance method. The preload on the joint is produced by permanent magnets to enhance the friction contact without introducing uncertainties due to bolting. Measurements are compared with the ROM simulations and with standard time-domain integration of the full FE model. The advantage of using the GSI technique is shown in terms of time computation and accuracy of the simulation.partially_openembargoed_20211027Firrone, Christian Maria; Battiato, GiuseppeFirrone, Christian Maria; Battiato, Giusepp

Physical modelling of the seismic response of gas pipelines in laterally in homogeneous soil

This paper reports on results from a series of 1-g, reduced-scale, shake table tests of a 216mlong portion of an onshore steel gas transmission pipeline embedded in horizontally layered soil. A set of first-order set of dynamic similitude laws was employed to scale system parameters appropriately. Two sands of different mean grain diameter and bulk density were used to assemble a compound symmetrical test soil consisting of three uniform blocks in a dense-loose-dense configuration. The sandpipe interface friction coefficients were measured at 0.23 and 0.27. Modulated harmonic and recorded ground motions were applied as table excitation. To monitor the detailed longitudinal strain profiles in the model pipe, bare Fiber Bragg Grating cables were deployed. In most cases, the pipe response was predominantly axial while bending became significant at stronger excitations. levels. Strain distributions displayed clear peaks at or near the block interfaces, in accord with numerical predictions, with magnitudes increasing at resonant frequencies and with excitation level. By extension to full-scale, peak axial strain amounted to approximately 10-3, a demand half the yield strain, but not negligible given the low in-situ soil stiffness contrast and soil-pipe frictio

Dynamic analysis of assembled structures with nonlinearity

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