Anomalous flow at the inlet of pitot tubes in dilute polymer solutions part I

Summary Experimental results about pressure defect of Pitot tubes placed into a laminar jet of dilute polymer solutions are presented.A fast response measuring system of pressure and visualization techniques made evident that the anomalous Pitot tube response is associated with an anomalous flow pattern, in the vicinity of the inlet of the tube and inside it.The flow of effective macromolecular solutions penetrates into the Pitot tubes to a deeper extent than newtonian fluids do; entering the probe, the stremlines break up into vortices, while the pressure signal strongly fluctuates around its mean value. When the recovery of pressure becomes full, these effects disappear.

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Sommario Vengono presentati alcuni risultati sperimentali sul mancato recupero di pressione di tubi di Pitot immersi in getti di soluzioni acquose diluite di macromolecole.L'uso di un sistema rapido di misura della pressione di arresto ed il ricorso a tecniche di visualizzazione hanno reso evidente che il mancato recupero è associato ad un carattere anomalo del flusso all'ingresso del tubo e nel suo interno.Il flusso di quelle soluzioni macromolecolari che risultano efficaci agli effetti del fenomeno in studio, penetra all'interno del tubo di Pitot più profondamente di quanto non facciano i fluidi newtoniani: entrando nel tubo le linee di corrente si rompono in vortici ed il segnale di pressione fluttua energicamente attorno al suo valore medio.Entrambi questi aspetti svaniscono quando il recupero di pressione torna al suo valore teorico di arresto.

     

Pressure pulses in fluid filled distensible tubes

Summary By comparing experimental records with model solutions we are led to propose a dispersion relation governing the propagation of pressure pulses in fluid filled distensible tubes. This relation contains a single undetermined parameter having the dimension of time. We show how this parameter may be interpreted and obtain an estimate of its value. Some comments concerning the speed of propagation of pressure waves in the haemodynamics contest are made.

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Sommario Si considera la propagazione di onde di pressione in tubi distensibili riempiti di fluido. Dal confronto delle registrazioni sperimentali con le soluzioni teoriche si propone una semplice relazione di dispersione che contiene un singolo parametro indeterminato avente le dimensioni di un tempo. Si mostra come interpretare tale parametro e come stimare il suo valore. Si conclude con alcune considerazioni sulla velocità di propagazione delle onde di pressione nell'ambito emodinamico.

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This work has been realized within a bilateral project supported by the Italian Research Council (CNR) and the Natural Scinces and Engineering Research Council of Canada (NSERC).     

Creep and relaxation in thick-walled shrink-fitted cylinders

Summary We deal with the problem of time dependent stresses and, particularly, of the contact pressure in two thick-walled coaxial shrink-fitted cylinders, when neither of the two elements is rigid.We apply Rabotnov's phenomenological theory of creep in such a way that the integral equation, which gives the time dependent ratio between the contact pressure at a given moment and the starting pressure, is linear. We assume no volume deformation and a plane state of strain.We give the explicit solution in three examples both for an elastic inner cylinder and for a viscoelastic one, solving the integral equations of the problem both by quadratures and by the Laplace transformation inverting the transforms by a numerical method[21].

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Sommario Si affronta il problema della ricerca dell'andamento nel tempo delle tensioni e, in particolar modo, della pressione di contatto in un accoppiamento forzato tra due cilindri cavi coassiali nel caso che nessuno dei due elementi sia rigido.Si applica la teoria fenomenologica per lo scorrimento viscoso del Rabotnov in un modo tale per cui l'equazione integrale, che dà l'andamento nel tempo del rapporto tra la pressione di contatto in un dato istante e la pressione iniziale, è lineare. Si considera nulla la variazione di volume e piano lo stato di deformazione.Si dà la soluzione esplicita in tre esempi per cilindro interno sia elastico sia viscoelastico, risolvendo le equazioni integrali del problema sia per quadrature sia con l'uso della trasformata di Laplace trovando l'antitrasformata con un particolare metodo numerico di inversione[21].

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The effect of initial acceleration on the waves produced by a moving oscillatory surface pressure

Summary This paper studies the effect of variation of velocity of the oscillatory surface pressure distribution over a finite time interval t₀ on the wave generated from rest. The result of such an acceleration is found to produce the same steady state wave system as it would be if the pressure started impulsively with the uniform velocity at t=t₀. The effect of initial acceleration is felt in the transient part of the wave system.

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Sommario Questa memoria studia l'effetto della variazione di velocità di una distribuzione oscillatoria di pressione superficiale in un intervallo di tempo finito t₀, sull'onda generata a partire dalla quiete. Si trova che questa accelerazione produce lo stesso sistema di onde di regime che si avrebbe se la pressione iniziasse complessivamente con velocità uniforme al tempo t=t₀. L'effetto dell'accelerazione iniziale è sentito nella parte transitoria del sistema di onde.

     

Non isobaric boundary layers related to Marangoni flows

Summary The paper deals with the dissipative layers, called Marangoni boundary layers, that can be formed, along the interface of two immiscible fluids, in surface driven flows. Under the hypothesis that the flow fields of the two interfacing fluids are uncoupled, similar solutions are studied for the case in which an external pressure gradient is present. The similarity class is derived and the pertinent equations are solved numerically by mean of an algorithm based on a Quasi-Linearization Technique.

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Sommario Si considerano Strati Limiti che possono formarsi, lungo l'interfaccia di due fluidi immiscibili, in flussi indotti da gradienti di tensione superficiale, noti come strati limiti alla Marangoni. Soluzioni simili vengono derivate per il caso in cui sia presente un gradiente di pressione esterno, nell'ipotesi che i campi di moto nei due fluidi interfaccianti siano disaccoppiati. Le equazioni sono integrate numericamente con un algoritmo basato su una tecnica di Quasi-Linearizzazione.

     

One-dimensional unsteady flows of solid-liquid suspensions

Summary The partial differential equations governing the unsteady one-dimensional motion of a solid-liquid mixture in an elastic tube are derived and applied to the problem of pressure surge generation resulting from rapid flow shutdown. The momentum exchange between the phases is then assumed to be simply proportional to the relative velocity of the phases, as correct in the case of slow relative motion. This assumption permits a closed form solution of the problem by a Laplace transform technique. The physically meaningful boundary condition is assumed to be that of vanishing velocity for the fluid phase at the valve. This leads to an initial overshoot of the pressure if the density of the liquid is larger than that of the solid, at variance with previous results of Wood and Kao. Another result is that the presence of a transient in the time evolution of the pressure, discovered by the latter authors, does not play an important role in applications dealing with long tubes. This is proved by both asymptotic estimates and numerical results.

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Sommario Si ricavano le equazioni a derivate parziali che reggono il moto unidimensionale non stazionario di una miscela solido-liquido in un tubo elastico e le si applicano al problema dell'aumento di pressione prodotto da una brusca interruzione di corrente. Lo scambio di quantità di moto fra le fasi viene ritenuto semplicemente proporzionale alla loro velocità relativa, come è accurato nel caso di piccoli valori di quest'ultima. Questa ipotesi permette di ottenere una soluzione analitica del problema per mezzo della trasformata di Laplace. Si fa anche l'ipotesi che la condizione al contorno fisicamente significativa sulla valvola di chiusura sia quella di annullamento della velocità della fase fluida. Questo porta a un massimo iniziale di pressione nel caso in cui la densità del liquido sia maggiore di quella del solido, a differenza da quanto ottenuto da Wood e Kao. Un altro risultato è che la presenza di un transiente nell'evoluzione temporale della pressione, scoperto da questi autori, non gioca un ruolo importante nelle applicazioni relative a tubi sufficientemente lunghi. Questo risultato viene dimostrato sia per mezzo di stime asintotiche sia per mezzo di calcoli numerici.

     

Lubricated Plane Slider Bearing: Analytic and Numerical Approach

For lubricated slider bearing the elementary theory of lubrication does not allow to describe the pressure build up at the entrance section.In this work the whole flow field is subdivided into three regions: a first one, upstream of the entrance, where the fluid behaves like a perfect fluid; a second region, immediately downstream, where the two boundary layers gradually grow, extending up to a distance determined by means of a model based on analytic functions. The third region is described by Navier–Stokes and solved by adopting a shooting method.Numerical computations were carried out to determine the pressure distribution and the position of the center of pressure for different values of Reynolds number and pad angle. Sommario. La teoria elementare della lubrificazione nel caso del pattino piano lubrificato non è in grado di evidenziare il fenomeno della sovrappressione nella sezione di ingresso.Nel presente lavoro viene proposto un modello che suddivide il campo di moto in tre regioni: una prima a monte della sezione di ingresso, in cui il fluido si comporta come un fluido perfetto; una seconda regione immediatamente a valle, in cui si tiene conto del graduale sviluppo dello strato limite e la cui estensione è determinata tramite un modello basato sulle funzioni analitiche. La terza regione è studiata risolvendo l'equazione di Navier–Stokes con tecnica numerica basata su un metodo di shooting.In questo lavoro viene riportato l'andamento della pressione all'interno del cuscinetto e la posizione del centro di pressione per differenti valori del numero di Reynolds e per varie inclinazioni del pattino.     

Unsteady flow through screens

Summary Reflected and transmitted pressure waves take place when an incident pressure wave reaches a screen placed in a duct and crossed by a previous steady flow. The thickness of the screen is assumed to be negligible and essure losses through it in the quasi steady flow, which takes place after the passage of the incident pressure wave, are assumed be steady flow ones. The strength of reflected and transmitted pressure waves is related to the strength of the incident wave, to the porosity of the screen and to the previous flow through it. Subsonic and just supersonic quasi steady flow inside the screen are considered. Five commercial screens have been tested with incident shock waves and the experimental results have been compared with the theoretical ones: the agreement is quite satisfactory.

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Sommario L'interazione di un'onda di pressione con una rete intubata attraversata da un flusso preesistente produce un'onda riflessa ed una trasmessa. Si presenta un modello teorico basato essenzialmente sulle potesi che lo spessore della rete sia trascurabile e che le perdite carico attraverso di essa, nel flusso quasi stazionario indotto dalla suddetta interazione, coincidano con quelle proprie di un oto permanente. Si analizza il caso di flusso indotto nella rete ia subsonico che sonico. Si eseguono prove sperimentali su cinque reti di diverse porosità differenti condizioni di flusso, e si verifica l'attendibilità del odello teorico proposto.

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The present work has been supported by the “Consiglio Nazionale delle Ricerche” (C.N.R.) under Contract no. 115.4075.69.01220.

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The suffixes “u” and “d” pertain to the conditions upstream and downstream of the screen with reference to the flow through it. The suffix “j” refers to the region “j” of the wave diagrams in Fig. 1.     

Pressure waves in sodium during a fast reactor accident

Summary The release of acoustic energy by molten fuelcoolant interaction in a fast reactor accident is described on the basis of an analytical evalutation of plane pressure waves profiles. The possibility of application and extension to curved geometries is discussed. Simple analytical expressions and graphical representations for the most important wave parameters (vaporization time, wave length, peak pressure, momentum and acoustic energy release) are given as functions of the accident conditions.

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Sommario Lo sviluppo di energia acustica in seguito ad interazione fra combustibile fuso e refrigerante nel corso di un incidente in un reattore veloce viene studiato mediante una valutazione analitica dei profili di onde piane di pressione. Si discute la possibilità di applicazione ed estensione a geometrie curve. I più importanti parametri d'onda (tempo di vaporizzazione, lunghezza d'onda, pressione di picco, momento ed energia acustica sviluppati) sono dati da semplici espressioni analitiche e rappresentazioni grafiche in funzione delle condizioni esistenti all'atto dell'incidente.

     

The thermohydrodynamic flow equations for hydrostatic thrust bearings

Summary This paper studies the flow in rotating hydrostatic thrust bearings lubricated with incompressible fluids under pressure. It considers, besides the effects of inertia on the lubricant, its increase in temperature in the film due to fluid friction (thermohydrodynamic flow).From the system of differential equations of Navier-Stokes, continuity and energy, we obtain differential or integro-differential equations that can furnish the values of the temperature and of the components of velocity and pressure of the fluid in the bearing. From these we obtain the values of the load-carrying capacity, of the volume flow rate of the fluid and those of the friction torque.

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Sommario Si studia il regime fluido nei cuscinetti idrostatici di spinta rotanti lubrificati con fluidi incompressibili in pressione, tenendo conto, oltre che degli effetti di inerzia sul lubrificante, anche del suo aumento di temperatura nel meato dovuto alle azioni di attrito fluido (regime termofluidodinamico).Si ricavano dal sistema di equazioni differenziali di Navier-Stokes, di continuità e dell'energia, le equazioni differenziali od integro-differenziali atte a fornire i valori della temperatura, delle componenti della velocità e della pressione del fluido nel cuscinetto e, mediante essi, i valori della capacità di carico, della portata volumetrica di fluido e del momento d'attrito.

     

Pressure measuring techniques in I.C.E.

Summary A revue of the possible errors affecting pressure measurements in internal combustion engines is presented. A new instrument based on the principle of the Balanced Pressure Indicator and signal multiplexing was developped. Its characteristics used both to obtain an accurate mean pressure diagram and to calibrate pressure transducers in working engines. The overall ability of obtaining meaningful pressure data was shown, even if it is clear that pressure measurements are more an art than a mere technique, given the complexity of the problems involved.

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Sommario L'articolo presenta un'analisi dei possibili errori che possono distorcere la misurazione delle pressioni nella camera di combustione dei motori a combustione interna. Un nuovo strumento, basato sul principio dell'indicatore di pressione a bilanciamento di pressioni e del multiplex a modi di impulsi, è qui anche presentato ed utilizzato sia per ottenere un diagramma medio di pressioni di notevole accuratezza, che per calibrare trasduttori di pressione in condizioni di lavoro, cioè mentre il motore è in funzione. Ne risulta che è possibile ottenere diagrammi di pressione veramente rappresentativi delle condizioni di lavoro del motore, anche se è chiaro che, data la complessità dei problemi relativi a detta misurazione, misurare la pressione nei motori è più un'arte che pura tecnica.

     

Boiling and condensation with interfacial energy

Phase diagrams are affected by the pressure of interfacial energy between the phases. The main effect is that the mixture has a common boiling and condensation pressure at two concentrations unequal to zero and one.

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Sommario I diagrammi di fase per un corpo bifase sono influenzati dall'energia interfacciale fra le due fasi. L'effetto più importante è quello per il quale il corpo ha una comune pressione di ebollizione e di condensazione a concentrazioni diverse da zero ed uno.

     

Group analysis and similarity solutions of the compressible boundary layer equations

Summary In this paper the application of Lie's methods to the equations of the laminar boundary layer is discussed. The momentum and energy equations in Prandtl's form are considered for a steady, viscous, compressible laminar flow with non zero pressure gradient, variable viscosity and thermal conductivity. Group analysis yields similarity solutions for given pressure distributions and particular values of the invariance group parameters (group classification). Crocco's transformation is obtained for the infinite-dimensional group of the Lie's algebra admitted by the equations.

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Sommario In questa nota si applicano i metodi di Lie alle equazioni dello strato limite laminare nella forma di Prandtl per un fluido viscoso, compressibile, con gradiente di pressione non nullo e con viscosità e conducibilità termica variabili. L'analisi gruppale fornisce soluzioni di similarità per date distribuzioni di pressione e valori particolari dei parametri del gruppo di invarianza. La trasformazione di Crocco si ottiene in corrispondenza della parte infinito-dimensionale dell'algebra di Lie ammessa dalle equazioni.

     

Boundary conditions at a liquid-vapor interface

Summary The principles of conservation of mass, momentum, and energy require that certain relationships between the flow fields be satisfied at a liquid-vapor interface. These relationships are derived in a unified way from a generalization of Kotchine's theorem which includes explicitly surface sources for momentum and energy. The case of a multi-component mixture is also considered. Finally, other boundary conditions required to obtain the full solution to a liquid-vapour flow problem are outlined and discussed. Our results are applicable to other fluid-fluid interfaces as well.

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Sommario I principi di conservazione della massa, della quantità di moto e dell'energia richiedono che esistano relazioni ben definite fra i campi di densità, velocità, pressione e temperatura alla superficie di separazione fra un liquido e il suo vapore. In questo studio tali relazioni vengono derivate a partire da una generalizzazione del teorema di Kotchine in cui si tiene conto esplicitamente delle sorgenti superficiali per la quantità di moto e l'energia. Viene anche discusso il caso in cui sia presente più di una specie chimica. Infine, si considerano e si discutono le altre condizioni al contorno necessarie per ottenere la soluzione completa di un problema coinvolgente simultaneamenta la fase liquida e quella di vapore.

     

Bifurcation analysis of a circular arch under hydrostatic pressure

Summary In this paper the bifurcation analysis of a circular arch under hydrostatic pressure in the elastic postbuckling range is performed by means of a geometrically exact beam model. The relevant nonlinear field equations are solved by utilizing a perturbation technique. A number of numerical results regarding the dependence of the critical load and the second order load parameter on the geometric and mechanical parameters are plotted in diagrams.

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Sommario Nel presente lavoro si studia la biforcazione di un arco circolare soggetto a pressione idrostatica nel campo elastico facendo uso di un modello di trave cinematicamente esatto. Le corrispondenti equazioni di campo nonlineari vengono risolte utilizzando una tecnica perturbativa. Vengono riportati in diagramma una serie di risultati numerici riguardanti la dipendenza del carico critico e del parametro di carico del secondo ordine dai parametri geometrici e meccanici.

     

Input selection and pole assignment for linear dynamical systems

Summary It is well known that the dynamics of a system depends not only on pole configuration but also on the particuiar choice of the feedback matrix assigning the desired poles to the given plant. The aim of this paper is to introduce both a method for pole assignment and a criterion for classifying the systems having the same pole configuration and obtained by such a method.

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Sommario E' noto che la dinamica di un sistema non dipende solo dalla configurazione dei poli, ma anche dalla particolare scelta della legge di retroazione che assegna al sistema l'insieme desiderato dei poli.Scopo di questo articolo è introdurre un procedimento di sintesi modale che generalizza i risultati di Wonham-Luenberger ed un criterio per la classificazione dei sistemi con gli stessi poli così ottenuti.

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This work was supported by C.N.R.     

Anomalous flow at the inlet of pitot tubes in dilute polymer solutions part II

Summary Some correlations are presented of experimental data, which mainly concern the transition from normal to anomalous flow at the inlet of Pitot tubes in dilute polymer solutions.Such transition is associated with the onset of pressure defect, and reveals some aspects of statistical regularity; when the polymer solution is fresh, it happens at a given value of the ratio of flow velocity to Pitot tube diameter v/d, and it seems not dependent or only slightly dependent on the diameter value alone. But the aging of the solution enhances the importance of the diameter value, and the transition value of v/d increases in a different way for different diameters, more quickly in the case of the bigger ones.This behaviour together with the observation that the viscosity does not affect significantly the phenomenon, brings the authors to confirm that such solutions cannot be considered as a viscoelastic continuum, but as a fluid with a structure due to large associations of water molecules and macromolecules, whose linear dimension is significant with respect to the probe diameter.

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Sommario Vengono presentate alcune correlazioni fra i dati sperimentali che riguardano essenzialmente la transizione da flusso normale a flusso anomalo in prossimità ed all'interno della bocca dei tubi di Pitot immersi in soluzioni diluite di polimeri.La transizione è associata alla genesi del recupero incompleto di pressione e presenta caratteri di regolarità in senso statistico; con soluzioni fresche si ha transizione mediamente attorno ad un dato valore del rapporto v/d tra la velocità del flusso ed il diametro del Pitot, in modo indipendente o scarsamente dipendente dal valore del solo diametro.Ma, invecchiando la soluzione, anche il valore del diametro in sè rivela influenza, poiché il valore relativo alla transizione del rapporto v/d cresce più rapidamente per i diametri più grandi. Questo comportamento, assieme alla constatazione che la viscosità non ha influenza rilevante sul fenomeno, conduce a confermare che queste soluzioni non possono essere ritenute un continuo visco-elastico, ma piuttosto un fluido strutturato da larghe associazioni di molecole di acqua e macromolecole, con una dimensione lineare non insignificante in confronto al diametro del Pitot.

     

On the suppression of the vorticity in an electrically conducting fluid by means of an applied magnetic field

Summary The aim of this work is to investigate the effects of the application of a transverse magnetic on a fluid capable to support electrical current. It has been supposed that the flow could be represented by the vorticity model of Stuart.It turns out that, when a suitable magnetic parameter exceeds a peculiar value, the vorticity tends to decay in the long run; at the same time the inflexions in the velocity profiles tend to disappear, becoming smoother and smoother. Consequently the majority of the velocity gradient inclines to be transferred to the wall.Finally this work analyzes the thin boundary layer originated near the wall because of the smoothing of the velocity profiles.

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Sommario Scopo di questo lavoro è lo studio degli effetti dell'applicazione di un campo magnetico trasversale su di una corrente di fluido conduttore di elettricità che segue nel suo moto il modello di vorticità di Stuart. Si trova che, per valori sufficientemente grandi di un opportuno parametro magnetico, la vorticità tende a spegnersi nel tempo e i flessi nei profili di velocità tendono a smorzarsi, comportando un progressivo appiattimento nella forma di questi, con conseguente trasferimento a parete della maggior parte del gradiente di velocità.Viene inoltre studiato lo strato limite viscoso di limitato spessore che si forma a parete come conseguenza dell'appiattimento dei profili di velocità.

     

Dynamic pressure and response factors for progressive gravity waves to third order approximation

Summary This paper proposes expressions of the dynamic pressure and of the transfer functions (response factors) between the dynamic pressure amplitude and the wave amplitude and between the dynamic pressure and the vertical displacement of the wave profile, for irrotational progressive gravity waves to third order approximation (non-linear theory).Some characteristic behaviours of the dynamic pressure and of the response factors are examined and compared with those of waves to first order approximation (linear theory).

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Sommario Si ricavano le espressioni della pressione dinamica per onde irrotazionali progressive di gravità al terzo ordine di approssimazione (modello non lineare).Si individuano le funzioni di trasferimento (fattori di risposta) sia tra l'ampiezza della pressione dinamica e l'ampiezza d'onda, sia tra la pressione dinamica e lo spostamento verticale della superficie di ondulazione.Si esaminano comportamenti caratteristici della pressione dinamica e dei fattori di risposta e si confrontano tali comportamenti con quelli relativi alle onde al primo ordine di approssimazione (modello lineare).

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First results of simplified analysis of second order effects in a cylindrical shell subjected to wind loading

Summary This work investigates the stability of an upright cylindrical shell, simply supported at the bottom and free at the top when it is exposed to a horizontal wind which creates a non-uniform pressure on the outside of the shell. The special case of the wind pressure p=p₀ cos 0 and the cylinder with elastic foundation are investigated, too. First results show that the analysis provides the linear part of the deflection fairly accurately, but significant non-linear effects do not appear, on account of the employed approximations, unless the wind velocity is excessively high.

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Sommario Si studia la stabilità di una voltina cilindrica retta, semplicemente appoggiata alla base e libera in sommità, quando è esposta all'azione del vento che, spirando orizzontalmente, crea una pressione non uniforme sul bordo esterno della voltina. E' esaminato pure il caso particolare che la pressione del vento sia rappresentabile da una distribuzione p=p₀ cos 0 e quello della voltina cilindrica su fondazione elastica. I primi risultati mostrano che l'analisi fatta fornisce, abbastanza accuratamente, la parte lineare della deformazione, epperò, a causa delle ipotesi introdotte, non appaiono effetti non lineari a meno che la velocità del vento non risulti eccessivamente alta.

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This work was done in the Department of Theoretical and Applied Mechanics, University of Illinois, Urbana, U.S.A.