Víztornyok lengésének egyszerűsített vizsgálata a víztömeg lengésének figyelembevételével
A víztorony tulajdonképpen egy magasan elhelyezett víztartály, ebből adódóan a súlypontja viszonylag magasan van. Könnyen belátható, hogy ha a tartály valamilyen okból vízszintes irányban mozdul el (kileng), akkor a tárolt víz viselkedése eltér a szilárdan helyéhez kötött tömeg viselkedésétől, a torony és a víz összekapcsolt mozgást végez. Dolgozatom első sorban ezen rendszer rezgéstani modelljével, saját rezgésszámának meghatározásával foglalkozik.
Hasonló jelenség a hajók, szárazföldi járművek tartályaiban szállított folyadék lengése, amely akár stabilitásvesztéshez is vezethet, de az űrhajók esetében is katasztrófa adódhat az üzemanyag periodikus mozgásából (’slosh dynamics’). Ezeken kívül pedig a vízben úszó hajótestek stabilitásának jellemzésére szolgáló metacentrum fogalma is a témához kapcsolódik – ebben az esetben a kiszorított víz súlypontja, tehát a felhajtóerő hatásvonala tud eltolódni.
Egy többszabadságfokú rendszer mozgásának vizsgálata, értelmezése számomra nagyon érdekes, azonban kissé megfoghatatlan feladat volt, de a dolgozat készítése közben megtapasztaltam, hogy jól feltett kérdésekkel, a valóságot közelítő, egyszerű modellekkel sokkal könnyebben közelíthető meg egy probléma.
Szerkezeti kialakítás szempontjából sokféle víztorony létezik, ezek közül a dolgozatban azokat vizsgáltam, amelyek befogott konzolként modellezhetők, a tartály pedig gömb alakú (hidroglóbusz). Első lépésként egy lengéstani modellt állítottam fel, és ez alapján az összetett rendszerek saját rezgésidejének meghatározására szolgáló összegzési tételeket használva tudtam meghatározni a vízzel töltött víztorony lengési periódusidejét. A kapott lengésidőt a tartály-telítettség, mint paraméter függvényében ábrázoltam, és összevetettem az irodalomban található összefüggéssel. Elemeztem a többi paraméternek a lengésidőre gyakorolt hatását is.
Az ilyen jellegű szerkezetek (rendszerek) részletes vizsgálata elengedhetetlen a földrengési hatás figyelembevétele során, ugyanakkor egyes esetekben pozitív hatásuk miatt is praktikus az ehhez kapcsolódó jelenségek ismerete: víztartályok alkalmazásával az épületek földrengés elleni védelmére is törekedhetünk.
szerző
-
Bárkányi Gellért
Szerkezettervező-építészmérnök MSc
mesterképzés (MA/MSc)
