Ottimizzazione robusta di sistemi a MTMD per il controllo delle vibrazioni = Robust optimization of MTMD systems for the control of vibrations

L’introduzione di dispositivi esterni per il controllo delle vibrazioni di una struttura è un efficace metodo di protezione di sistemi vulnerabili che evita di ricorrere a costosi irrigidimenti. Tra le possibili soluzioni sviluppate, la tecnologia dei Multiple Tuned Mass Dampers (MTMD, o smorzatori a massa accordata) è uno dei sistemi concettualmente più semplici e affidabili. Se propriamente progettati, questi ultimi sono capaci di smorzare un ampio intervallo di frequenze del sistema principale. I principali vantaggi dei MTMD sono nell'intrinseca stabilità e nella capacità di lavorare anche sotto i terremoti più forti. Inoltre, i MTMD sono particolarmente interessanti per la capacità di dissipare una cospicua quantità di energia senza richiedere collegamenti col terreno. Le applicazioni nel campo dell’ingegneria strutturale riguardanti eccitazioni sismiche, effetti del vento, del traffico e non solo. Tuttavia, le incertezze sul comportamento del sistema soggetto a eccitazioni dinamiche di natura random possono indurre importanti implicazioni sull'efficacia dei MTMD, causando una perdita dell’attonimento o indesiderati effetti di amplificazione in fase col sistema. Per quantificare queste deviazioni uno studio probabilistico nel campo delle vibrazioni random è necessario in modo da descrivere la risposta tramite indicatori probabilistici. Inoltre, anche l’incertezza sui parametri meccanici del sistema deve essere propriamente descritta per poter effettuare un’analisi di sensitività appropriata. I parametri del terreno e la snellezza della struttura protetta hanno inoltre mostrato di essere importanti variabili di design, influenzando significativamente le performance del MTMD. In questa tesi è proposto un approccio robusto alla ricerca dell’optimum di design dei parametri meccanici del MTMD, considerando le incertezze sia sui parametri della struttura che sul modello adottato per descrivere l’azione sismica. A questo scopo, un’analisi della risposta nel campo delle vibrazioni random e il metodo della perturbazione diretta sono stati adottati. L’eccitazione in ingresso è assunta come un rumore bianco a media nulla con distribuzione gaussiana, passante attraverso il filtro di di Tajimi-Kanai, usato per modellare l’accelerazione alla base del sistema. La robustezza è ottenuta massimizzando sia l’efficienza nel controllo delle vibrazioni che la sensitività alle incertezze dei parametri del sistema mentre i parametri del MTMD sono raccolti nel vettore dei parametri di progetto. Un approccio multi-obiettivo di ottimizzazione è applicato ricorrendo ad algoritmi genetici per costruire il fronte di Pareto che permetta di scegliere a posteriori il migliore design tra le diverse soluzioni possibili in termini di frequenza, rapporto di smorzamento e numero di smorzatori.