Billegő oszlopok térbeli mozgásának kísérleti vizsgálata
Kutatásom során a térbeli billegő mozgást végző merev testek dinamikájával foglalkoztam. Billegő rendszerekkel találkozhatunk falazott szerkezetek egyes elemeiként (oszlopok, ívek, falak), innovatív földrengésvédelem szerkezeteként (billegő merevítő falak), vagy földrengés során megmozduló tartályok, gépek, járművek esetén.
A síkbeli, billegő – rocking – mozgást végző hasáb mozgását George W. Housner írta le, 1963-ban [1.]. A billegő test a mozgás során egyik sarka körül fordul, majd egy ütközést követően a másik sarka körül emelkedik fel. Amennyiben ez az ütközés tökéletesen rugalmatlan, és a test nem csúszik meg az ütközés pillanatában, a perdület megmaradás segítségével az ütközés utáni szögsebesség az ütközés előtti szögsebesség és a test geometriája alapján számolható. Ezen, Housner által bevezetett ütközési szám segítségével számos kutató billegő rendszerek vízszintes gerjesztésre – például földrengésre – adott válaszának meghatározására alkalmas numerikus módszereket dolgozott ki. A kísérleti tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy még egyetlen billegő elemnél is az ütközések során elemésztett energia mértéke kisebb, mint a Housner által jósolt érték. Ezen eltérésnek lehet oka az érintkező felületek egyenetlensége [2], valamint az, hogy a mozgás sosem tökéletesen síkban történik.
Az elmúlt 1 évben ezt a jelenséget vizsgáltam meg térben billegő kőtömbök esetén. Olyan laboratóriumi kísérletsorozatokat hajtottunk végre, melyekben azonos magasságú, de alaprajzban eltérő oldalarányú, téglalap alapú hasábok térbeli billegő mozgását rögzítettük. Összehasonlításokat végeztünk a rögzített adatok és a síkbeli, dinamikai modelleken alapuló számítások között, és az egyes eltérő alaprajzi arányok esetén meghatároztuk, hogy a mozgás térbelisége mennyire befolyásolja annak lefolyását. A kísérleti adatgyűjtéshez a szenzorfúzióval működő X-IMU műszert használtuk, a kiértékelést saját fejlesztésű MatLab programmal végeztük el.
[1] Housner G. The behavior of inverted pendulum structures during earthquakes. Bull Seismol Soc Am. 1963;53(2):403‐417.
[2] Ther T, Kollár LP. Refinement of Housner’s model on rocking blocks. Bull Earthq Eng. 2017;15(5):2305‐2319. https://doi.org/10.1007/s10518-016-0048-8