ITMI20100186A1 - Dispositivo dissipatore di energia per elementi sollecitati da forze statiche o dinamiche, anche impulsive. - Google Patents
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Description
Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:
"DISPOSITIVO DISSIPATORE DI ENERGIA PER ELEMENTI SOLLECITATI DA FORZE STATICHE O DINAMICHE, ANCHE IMPULSIVE"
D E S C R I Z I O N E
Il presente trovato ha come oggetto un dispositivo dissipatore di energia per elementi sollecitati da forze statiche o dinamiche, anche impulsive.
Come è noto, i dispositivi dissipatori sono normalmente utilizzati nelle barriere paramassi ed in altre strutture simili, per ridurre le forze agenti nelle funi d'acciaio che formano la struttura stessa, quando quest'ultima è sollecitata da una forza d'impatto.
Le barriere paramassi sono, come è noto, delle strutture in fune d’acciaio utilizzate per arrestare massi in caduta dai ; versanti rocciosi dotati di una notevole energia cinetica.
I dissipatori di energia si allungano in corrispondenza di una forza inferiore a quella di rottura della fune.
1 Compito del presente trovato è quello di realizzare un di-2 spositivo dissipatore di energia che risulti particolarmente effi-3 cace per elementi sollecitati da forze statiche o dinamiche, an-4 che impulsive.
5 NeH'ambito di questo compito, uno scopo particolare del 6 trovato è quello di realizzare un dispositivo dissipatore che con-7 senta di ridurre il valore del picco di resistenza iniziale, caratte-8 ristico dei tubi di acciaio, privi di una specifica lavorazione ne-9 cessaria.
10 Un ulteriore scopo è quello di realizzare un dispositivo Π dissipatore particolarmente utile nelle barriere paramassi ed in 12 altre strutture simili.
13 Un altro scopo del trovato è quello di realizzare una strut-14 tura che, per le sue peculiari caratteristiche realizzative, sia in 15 grado di assicurare le più ampie garanzie di affidabilità e di si-16 curezza nell'uso.
17 Questo ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati 18 in seguito, sono raggiunti da un dispositivo dissipatore di ener-19
già per elementi sollecitati da forze statiche o dinamiche, an-20
che impulsive, caratterizzato dal fatto di comprendere un tubo metallico cavo.
Quest'ultimo è disposto tra due elementi mobili tra loro quando viene applicato un carico ed è suscettibile di deformarsi per schiacciamento.
Almeno una estremità del tubo comprende mezzi di invito alla deformazione.
Inoltre, le piastre mobili d'estremità possono essere connesse mediante barre lisce, filettate solo all'estremità, funi in acciaio o entrambe.
Il tubo metallico cavo è circolare o di altra sezione trasversale e la sua parete instabilizza in modo progressivo per schiacciamento.
Tale modalità di collasso, che risulta fortemente dissipativa, si attiva con una scelta opportuna del diametro esterno, dello spessore e della lunghezza di libera inflessione del tubo stesso.
La modalità di collasso per instabilità laterale è prevenuta grazie alla scelta opportuna della geometria del tubo e/o all'uso di appropriati dispositivi di stabilizzazione, tra cui le stesse barre e/o funi interne al tubo, permettendo così l'instabilità per schiacciamento.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 è una vista in sezione longitudinale che illustra il freno in condizione di riposo;
la figura 2 è una vista in sezione longitudinale che illustra il freno in fase operativa;
la figura 3 è una vista in alzato che illustra schematicamente un dissipatore con funi metalliche;
la figura 4 è una vista in alzato, ruotata di 90°, del dissipatore con funi metalliche della figura precedente;
la figura 5 è una vista in alzato che illustra schematicamente un dissipatore con barre metalliche lisce;
la figura 6 è una vista in alzato, ruotata di 90°, del dissipatore con barre metalliche lisce della figura precedente
la figura 7 rappresenta il diagramma di carico-spostamento di un moncone di tubo tozzo senza preformatura;
la figura 8 rappresenta il diagramma carico-spostamento di un moncone di tubo identico a quello della figura 7, ma con preformatura iniziale.
Con particolare riferimento ai simboli numerici delle suddette figure, il dispositivo dissipatore, secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1 , comprende un dispositivo meccanico 2 per il collegamento del dispositivo con l'esterno e permette così l'applicazione del carico, associato a delle barre tese 3, filettate soltanto alle estremità 4.
L'estremità delle barre opposte a quelle filettate sono fissate ad una prima piastra 5 solidale al carico F1 e dove è presente un dado di contrasto 7 che permette lo spostamento della prima piastra 5 e quindi lo schiacciamento di un tubo 6.
Il tubo 6 avvolge le barre filettate 3 e due funi metalliche 8, le quali presentano una estremità fissata ad una seconda piastra 9, la quale risulta solidale al carico F1 .
Un manicotto pressofuso 10 mantiene la seconda piastra 9 in posizione.
L'altra estremità delle funi 8 è conformata ad U ed è collegata tramite un dispositivo meccanico 1 1 , che può essere un'asola, un grillo o altro, con l'esterno e per permettere così l'applicazione del carico F1.
Il dispositivo dissipa energia attraverso l'instabilizzazione per schiacciamento del tubo 6 opportunamente presagomato ad una o ad entrambe le estremità, con formazione progressiva di pieghe.
Il tubo si schiaccia grazie alla presenza delle due piastre di estremità 5 e 9 che subiscono uno spostamento relativo, in avvicinamento, a seguito del collegamento delle stesse con la coppia di barre 3 soggette a trazione ed alla fune sagomata ad U 8.
Le barre 3, filettate solo all'estremità, sono dotate di opportuni dadi che lavorano in contrasto con le piastre posizionate in corrispondenza delle estremità del tubo, mentre la fune 8 lavora per contrasto con una delle due piastre poste in testa al tubo grazie alla presenza alle due estremità libere di opportuni manicotti pressofusi.
Le coppia di barre e la fune sono a loro volta collegate alle estremità non a contatto con le piastre di contrasto con le funi esterne, attraverso degli opportuni dispositivi meccanici ai quali viene applicato il carico, generando così uno sforzo di trazione nelle barre e nella fune ed un moto relativo di avvicinamento.
Le figure 3 e 4 illustrano il dissipatore a funi metalliche mentre le figure 5 e 6 illustrano il dissipatore a barre metalliche lisce.
Il dissipatore illustrato nelle figure 3 e 4 è simile a quello illustrato nelle figure 1 e 2 e presenta un dado e rondella di estremità 12 fissati alla barra metallica 3 parzialmente filettata alle due estremità, ed un elemento metallico 2 per il collegamento esterno del dispositivo.
Le piastre di estremità 5 e 9 sono di forma rettangolare o circolare, piana o conica.
Il tubo 6 è metallico, mentre il manicotto 10 è in alluminio pressofuso.
L'asola di estremità 14 della fune 8 è con redancia o non per il collegamento esterno del dispositivo.
Il dissipatore a barre metalliche lisce, indicato con il numero di riferimento 101 nelle figure 5 e 6, comprende un dado e rondella di estremità 12 fissati alla barra metallica 3 parzialmente filettata alle due estremità, ed un elemento metallico 2 per il collegamento esterno del dispositivo.
Le piastre di estremità 5 e 9 sono di forma rettangolare o circolare, piana o conica.
Il tubo 6 è metallico.
Il dispositivo comprende inoltre una seconda barra 33, filettata solo alle estremità, collegata per mezzo di un dado 7 alla piastra di contrasto 9 ad un'estremità ed all'elemento metallico 2, per il collegamento esterno del dispositivo, tramite un dado e rondella di estremità 12 all'altra estremità.
Il dispositivo dissipa energia attraverso lo schiacciamento per compressione del tubo opportunamente presagomato ad una delle due estremità, con formazione delle pieghe.
Il tubo si schiaccia grazie alla presenza delle due piastre di estremità che subiscono uno spostamento relativo, in avvicinamento, a seguito del collegamento delle stesse con le due coppie di barre soggette a trazione.
Le barre, filettate solo all'estremità, sono dotate di opportuni dadi che lavorano a contrasto con le piastre posizionate in corrispondenza delle estremità del tubo.
Le due coppie di barre, sono a loro volta collegate alle estremità non a contatto con le piastre di contrasto con le funi esterne, attraverso degli opportuni dispositivi meccanici ai quali viene applicato il carico, generando così uno sforzo di trazione nelle barre ed un moto relativo di avvicinamento delle piastre con conseguente schiacciamento del tubo.
Il tubo metallico che costituisce il dispositivo dissipatore è circolare o di altra sezione trasversale, e la sua parete instabilizza in modo progressivo; tale fenomeno è indicato come schiacciamento".
Tale modalità di collasso, che risulta fortemente dissipativa, si attiva con una scelta opportuna de! diametro esterno, dello spessore e della lunghezza di libera inflessione del tubo stesso.
La modalità di collasso per instabilità laterale è prevenuta, grazie alla scelta opportuna della geometria del tubo, e/o dall'uso di appropriati dispositivi di stabilizzazione, tra cui le stesse barre e/o funi interne al tubo, permettendo così l'instabilità per schiacciamento.
Come evidenziato nel diagramma carico-spostamento di un moncone di tubo metallico cavo, riportato nella figura 7, nella fase iniziale della prova si rileva un tratto a comportamento elastico.
Superato il valore massimo iniziale di carico, il diagramma carico-spostamento presenta oscillazioni corrispondenti allo sviluppo delle pieghe della parete di tubo.
Il valore medio della forza resistente risulta circa il 30% del valore del picco iniziale; il valore medio risulta invece circa il 50% del valore di picco relativo alle pieghe successive alla prima.
Il principio fisico dell'instabilizzazione per schiacciamento è qui utilizzato in modo innovativo per gli aspetti di seguito elencati.
È stato infatti sviluppato un procedimento di preformatura di un'estremità del tubo che consente di potere ridurre, ri spetto ad identici tubi non preformati, il valore del picco resistente iniziale, evidenziato nella figura 7.
A titolo di esempio, nella figura 8 è presentato il diagramma carico-spostamento di un moncone di tubo identico a quello della figura 7, ma con preformatura iniziale: si rileva che il carico massimo è confrontabile con quello delle pieghe successive.
Inoltre, risulta una modalità di instabilizzazione della parete di tipo prevalentemente asimmetrico.
La preformatura avviene comprimendo il tubo contro una piastra spessa con un incavo conico.
Come alternativa alla preformatura è stata utilizzata una piastra d'estremità conica.
L'andamento della curva carico-spostamento è del tutto simile a quello con preformatura iniziale.
Il principio ingegneristico deH'instabilizzazione, attivata con i dispositivi sopra descritti, è stato adattato alla dissipazione energetica di funi o barre tese e sollecitate da forze statiche o dinamiche, anche impulsive.
Secondo un aspetto del trovato, il dispositivo dissipatore illustrato nelle figure 5 e 6 è costituito da quattro barre lisce d'acciaio 3 e 33, eventualmente zincate.
Il dispositivo illustrato nelle figure 1 -4 comprende spezzoni di fune metallica dotati di riscontri meccanici d'estremità.
In entrambi i casi, bulloni o manicotti all'estremità delle barre contrastano sulle piastre alle estremità del tubo.
Oltre al trasferimento del carico, barre e funi assolvono due ulteriori funzioni:
a) prevengono il collasso prematuro per instabilità flessionale dell'intero tubo, che può sbandare lateralmente ma si appoggia poi alle barre o funi stesse, che ne riducono la lunghezza di libera inflessione e garantiscono lo sviluppo del modo instabile di schiacciamento;
b) dissipano energia per strisciamento contro le pieghe del tubo.
Si è in pratica constatato che il trovato raggiunge il compito e gli scopi prefissati.
Si è infatti realizzato un dispositivo dissipatore in grado di assorbire energia in fenomeni quasi-statici e dinamici, anche di tipo impulsivo; anzi, proprio in ambito dinamico vengono poste in luce le caratteristiche innovative del dissipatore a schiacciamento rispetto a quelli tradizionali ad attrito.
La risposta del sistema dinamico dipende anche dalle caratteristiche complessive di rigidezza e di smorzamento del sistema e le prove effettuate ne hanno dimostrato l'indiscutibile efficacia.
Il diagramma carico-spostamento relativo ad una prova dinamica d'impatto effettuata alla velocità di circa 6 m/s mostra come l'energia dissipata in ambito dinamico risulta il 90% di quella dissipata in una prova quasi-statica: la differenza è nel complesso trascurabile e quindi le caratteristiche di dissipazione energetica sono mantenute anche in ambito dinamico.
A titolo di confronto, utilizzando un dissipatore tradizionale, che si basa sul principio di strisciamento di una fune metallica entro due piastre laterali precaricate con bulloni ad alta resistenza, in condizioni dinamiche l'energia dissipata è appena il 14% di quella della prova quasi-statica.
Il confronto tra il funzionamento in ambito dinamico del dissipatore a schiacciamento ed a strisciamento enfatizza l'indiscutibile maggiore efficienza del primo nelle prove dinamiche, quali ad esempio di impatto.
Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze.
Claims (10)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1 . Dispositivo dissipatore di energia per elementi sollecitati da forze statiche o dinamiche, anche impulsive, caratterizzato dal fatto di comprendere un tubo metallico cavo disposto tra due elementi mobili tra loro quando viene applicato un carico e suscettibile di deformarsi; almeno una estremità del tubo comprende mezzi di invito alla deformazione.
- 2. Dispositivo dissipatore, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i mezzi di invito alla deformazione sono costituiti da una preformatura di una estremità del tubo effettuata comprimendo il tubo stesso contro una piastra con un incavo conico, con la riserva di potere imprimere la stessa preformatura anche con altri dispositivi di più facile automazione meccanica.
- 3. Dispositivo dissipatore, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i mezzi di invito sono costituiti da una piastra d'estremità conica applicata ad una estremità del tubo.
- 4. Dispositivo dissipatore, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che lo spostamento relativo delle piastre di contrasto poste alle estremità del tubo è garantito dalla presenza di due coppie di barre tese e filettate solo alle estremità o di due funi conformate ad U o di una coppia di barre tese, filettate solo alle estremità, ed una fune conformata ad U.
- 5. Dispositivo dissipatore, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dalla presenza delle barre e/o funi all'interno del tubo.
- 6. Dispositivo dissipatore, secondo la rivendicazione 1 e nel caso dell'utilizzo della fune presagomata ad U, caratterizzato dal fatto di garantire lo spostamento o mantenimento in posizione della relativa piastra di contrasto per mezzo di manicotti in alluminio pressofuso posti alle estremità libere della fune ad U ed alla struttura esterna attraverso asola, ottenuta dalla piega della fune ad U, con o senza redancia.
- 7. Dispositivo dissipatore, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il tubo è presagomato ad una o ad entrambe le due estremità, con formazione di pieghe.
- 8. Dispositivo dissipatore, secondo una o più rivendicazioni precedenti e nel caso dell'utilizzo delle barre per imprimere lo spostamento relativo delle piastre di contrasto poste alle estremità del tubo, caratterizzato dal fatto di presentare un dado di contrasto per il collegamento delle barre con la piastra di contrasto ed un dispositivo meccanico per il collegamento del dispositivo dissipatore con l'esterno e l'applicazione del carico esterno.
- 9. Dispositivo dissipatore, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le piastre di estremità sono di forma rettangolare o circolare e piana o conica. 1
- 10. Dispositivo dissipatore, secondo una o più rivendica-2 zioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il manicotto è in 3 alluminio pressofuso.
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2010
- 2010-02-08 IT IT000186A patent/ITMI20100186A1/it unknown
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