Instability of struts subject to radiant heat

Sommario

Si studiano due modelli di asta soggetti a una forza assiale ed a calore radiante parallelamente all'asse. Le deformazioni termiche ed elastiche dell'asta sono concentrate in uno o dueconci di lunghezza trascurabile rispetto a quella dei tratti rigidi costituenti l'asta stessa. La quantità di calore assorbita da ciascun concio deformabile e la sua conseguente deformazione termica dipende dalla sua rotazione. Si trascura l'inerzia termica, mentre si introduce uno smorzamento viscoso.

La possibilità di scambio di calore tra l'asta ed il mondo circostante conduce a un problema meccanico non-conservativo. Pertanto, la stabilità dell'equilibrio dell'asta nella sua posizione iniziale è investigata con il metododinamico (ocinematico), cioè studiando le caratteristiche del moto susseguente ad unaperturbazione dell'equilibrio stesso. Si individuano così le zone di stabilità (moto limitato), instabilità statica (moto monotonicamente crescente o motodivergente) e instabilità dinamica (moto oscillatorio di ampiezza crescente, oflutter), riportandole in diagramma per alcuni casi numerici, in funzione del carico e dell'intensità della sorgente di calore.

Summary

Two model struts subject to an axial force and to radiant heat parallel to the axis are studied dynamically. The elastic and thermal deformations of the strut are “lumped” in one or two cells; the heat absorbed by each cell and the consequential thermal deformation depend on its rotation. Thermal inertia is neglected, while a viscous damping is introduced.

The possible exchange of energy between the strut and the surrounding world leads to a non-conservative mechanical problem. The stability of equilibrium of the original strut position is investigated by the kinetic method, and the zones of stability (bounded perturbed motion), static instability (divergent motion) and dynamic instability (flutter) are found and plotted in some cases, in function of axial load and radiant heat intensity.