Elastic-plastic dynamic behavior of a beam-column model

Summary An elastoplastic beam-column model with one degree of freedom subjected statically to an on-center or off-center axial compressive force is considered. Its dynamic behavior in the elastoplastic range, resulting from a transverse periodic acting force in resonance with the structure in the elastic range, is examined. The principal features are highlighted by a phase plane study.

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Sommario Si considera il modello a un grado di libertà di un'asta elastoplastica sollecitata staticamente da una forza assiale di compressione centrata o eccentrica. Si esamina il suo comportamento dinamico in campo elastoplastico per effetto di una forza trasversale periodica e in risonanza con la struttura in campo elastico, evidenziandone le principali caratteristiche attraverso lo studio nel piano delle fasi.

     

The limit state of indefinite plates on elastoplastic continuum

Summary The limit analysis of indefinite plates resting on a continuous elastoplastic medium and subjected to a load distributed over a partial surface with a circular boundary yields the fundamental equation governing the problem. Minimum conditions are set and the solution that supplies the collapse load of the plate-soil system is found by variational calculus.

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Sommario Si analizza lo stato limite delle piastre indefinite, appoggiate su un mezzo elastoplastico continuo e sottoposte a carico ripartito su una superficie parziale a contorno circolare, pervenendo all'equazione fondamentale che regge il problemaImponendo quindi delle condizioni minimizzanti, si trova, tramite il calcolo variazionale, la soluzione che fornisce il carico di collasso del sistema piastra-suolo.

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This research was supported by the CNR (National Research Council).     

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).     

Shakedown analysis of limited-ductility structures

Summary The paper deals with the shakedown analysis problem of discrete elastoplastic structures, subjected to variable and repeated quasi-static loads, account being given to the limited structural ductility by imposing a-priori limit values to some relevant parameters of plastic deformation. The key-concept of limited-ductility load amplifier is assessed and the problem is given a unified formulation as a nonlinear mathematical programming problem, where ductility constraints — of generalized character — are obtained by using a so-called perturbation method which leads to a-priori upper bounds of the relevant plastic deformation measures. Lower bounds to the load amplifier are so obtained and three different computationals stratagies are herein outlined: the linear parametric programming one is applied to three case-study structures.

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Sommario La memoria affronta lo studio del problema di adattamento elastoplastico di strutture discrete, sottoposte a carichi comunque variabili in modo quasi-statico, tenendo conto di un comportamento a limitata duttilità della struttura, il quale richiede che uno o più parametri della deformazione plastica risultino non superiori di assegnati valori. Del problema di analisi posto, utilizzando il concetto di moltiplicatore dei carichi per l'adattamento con limitata duttilità, viene data una formulazione unitaria come problema di programmazione matematica non lineare, i cui vincoli di duttilità sono ottenuti con tecniche perturbative di maggiorazione a-priori delle deformazioni plastiche. Il metodo conduce a limiti inferiori del moltiplicatore dei carichi dipendenti dal livello assegnato alla deformazione plastica. Tre differenti strategie computazionali vengono delineate per la soluzione del problema, una delle quali di tipo programmazione lineare parametrica viene applicata a tre esempi.

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Ricerca finanziata dal CNR e dal MPI.     

Numerical study of a viscous flow through a pipe orifice

Summary A numerical solution for a fluid motion in a circular pipe orifice is compared with experimental results. Knowledge of the velocity field allows us to find the pressure field. There is good agreement between the piezometric heads and head losses computed and those obtained in experiments.

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Sommario Si studia uno schema numerico per la soluzione delle equazioni di Navier-Stokes in un campo a simmetria assiale. I risultati del modello matematico di un processo di moto attraverso un diaframma inserito in una condotta rettilinea, vengono messi a confronto con quelli ottenuti mediante una installazione sperimentale; si constata una buona corrispondenza fra le diverse grandezze esaminate, tra le quali rivestono notevole importanza l'andamento della piezometrica lungo il condotto e l'entità delle perdite di carico localizzate.

     

Coupling of elastic and plastic deformations of bulk solids

Summary In such solids like rocks, soils, ceramics, grain en masse the plastic deformation strongly aects the current unloading modulus. The consequences of this effect referred to as the elastoplastic coupling both to the elastic and the plastic part of the constitutive law are examined. Particularly, it appears that such phenomenon induces a specific kind of the non-normality in the plastic flow law. The departure from the normality is studied in connection with the form of the elastic modulus variation basing on the notion of a coupling potential.

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Sommario Il modulo di scarico elastico di solidi come le rocce, i suoli, i materiali ceramici e granulari dipende dalla entità delle deformazioni plastiche. Le conseguenze di questo fenomeno, chiamato nel seguito accoppiamento elastoplastico, vengono esaminate sia in relazione alla parte elastica che alla parte plastica della legge costitutiva. In particolare si dimostra che l'accoppiamento elastoplastico determina la non-normalità della legge di scorrimento plastico. La deviazione della normalità legata alla variazione del modulo elastico è studiata per mezzo di un potenziale di accoppiamento derivato da quello elastico.

     

On the phase transitions in fluid mixtures

Summary The integral equations of balance for a binary fluid mixture are stated when the mixture presents two phases which are separated by an interface. The equilibrium conditions are derived together with the Gibbs phase rule for plane interfaces. The theory is extended to the mixture with three phases.

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Sommario Si scrivono le equazioni integrali del bilancio per una miscela fluida binaria che una interfaccia separa dalla miscela del suo vapore. Si derivano le condizioni di equilibrio e, nel caso di interfaccia piana, la regola delle fasi di Gibbs. La teoria proposta è poi estesa a sistemi di miscela binaria con tre fasi.

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This paper is made under the auspices of G.N.F.M. of the Italian C.N.R.     

A bifurcation problem involving elastica

Summary A flexible inextensible elastica has been considered, with fixed end points and fixed equal end slopes, and varying length. The existence of at least one elastic curve has been proved when the elastica length is greater than the distance between the end points. A critical value of the length has been found, as a function of the given end slope only, corresponding to some elastic curves. From each of them two new elastic curves branch when the length is greater than the critical value.

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Sommario Si consideri un filo flessibile ed inestensibile di lunghezza assegnata, vincolato agli estremi con angoli prefissati , – ; 0<<.Vengono determinate le infinite configurazioni del filo aventi momento nullo agli estremi; ognuna di queste è caratterizzata dal numero di volte con cui la curva elastica attraversa il segmento congiungente gli estremi del filo. Allorché la lunghezza del filo viene perturbata si dimostra che in corrispondenza di ogni configurazione con momento nullo agli estremi (denominata «inflexional elastica» in [4]) nascono due nuove configurazioni del filo aventi agli estremi momento diverso da zero (denominate «non inflexional elastica» in [4]).

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Member of Consiglio Nazionale delle Ricerche of Italy — Gruppo di Informatica Matematica.

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Member of Consiglio Nazionale delle Ricerche of Italy — Gruppo di Informatica Matematica — Professor at Istituto Matematico del Politecnico di Torino.     

On the dynamic behaviour of elastic plastic beams simply supported and axially loaded

Summary An elasto-plastic beam-column model withn degrees of freedom statically loaded with an axial compressive force is considered. Its dynamic behaviour in the elasto-plastic range, resulting from the action of a transversal distributed force periodically varying in time in condition of resonance with the structure in the elastic range, is examined. The principal differences with previous results obtained with one degree of freedom model are showed.

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Sommario Si considera un modello adn gradi di libertà di un'asta elasto plastica sollecitata staticamente da una forza assiale di compressione. Se ne esamina la risposta, in campo elasto plastico, ad un carico trasversale distribuito, variabile con legge armonica ed in condizioni di risonanza con la struttura in campo elastico, evidenziando le principali differenze rispetto alle conclusioni tratte in precedenza utilizzando schemi ad un grado di libertà.

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The present investigation has been promoted and financed by the Consiglio Nazionale Ricerche (C.N.R.) at the Istituto di Scienza e Tecnica delle Costruzioni del Politecnico di Milano.     

“Modified” phase equilibria

Summary The Authors examine first and second order phase equilibria for classical bodies in the sense of Toupin and Truesdell[9], by assuming a partial equality between the intensive thermal substates of the two phases.In the case of first order equilibria, a system of partial differential equations for the equilibrium manifold is proposed. This system, which reduces to the generalized Clapeyron equations on the assumption of complete equality of the intensive variables[13], is shown to be always integrable.In the case of second order equilibria, a similar modification of the generalized Ehrenfest equations[14] is proved. A straight-forward derivation of the integrability conditions for the system of partial differential equations is given.

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Sommario Gli Autori esaminano gli equilibri di fase del primo e del secondo ordine per corpi classici nel senso di Toupin and Truesdell[9], nella ipotesi di eguaglianza parziale dei sottostati termici intensivi delle due fasi.Nel caso di equilibri del primo ordine gli Autori deducono un sistema di equazioni alle derivate parziali per la varietà di equilibrio, estendendo le equazioni di Clapeyron generalizzate relative agli equilibri di fase con completa eguaglianza delle variabili intensive[13]. Vengono ricavate e discusse le condizioni di integrabilità del sistema.Per gli equilibri del secondo ordine, gli Autori pervengono ad un sistema di equazioni che estende le equazioni di Ehrenfest generalizzate, perchè rimuovono l'ipotesi di totale eguaglianza delle variabili intensive[14]. Anche di questo sistema vengono ricavate le condizioni di integrabilità.

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Work supported by the Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica, C.N.R.     

On refined theories of composite laminates

Summary A review of the developments in the displacement-based theories of plates is presented. It is shown that many of the third-order theories reported in the literature are based on the same or equivalent displacement field, and are thus lead to the same results. A strain-consistent third-order theory is presented, which contains most existing third-order plate theories as special cases. The layer-wise laminate plate theory proposed by the author is also reviewed. The accuracy of the theories is evaluated by comparing the numerical solutions with those of the three-dimensional elasticity theory.

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Sommario Si passano in rassegna varie teorie delle piastre basate sugli spostamenti. Viene mostrato che molte delle teorie del terzo ordine che compaiono nella letteratura sono basate sullo stesso (o un equivalente) campo di spostamenti, e quindi conducono agli stessi risultati. Viene quindi presentata una teoria del terzo ordine coerente nelle deformazioni, che contiene come casi particolari la maggior parte delle esistenti teorie del terzo ordine. Viene anche rivista la teoria delle piastre a strati già proposta dall'autore. L'accuratezza delle teorie è valutata paragonando le soluzioni numeriche con quelle della teoria tri-dimensionale dell'elasticità.

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Invited Lecture presented at New Developments in Structural Mechanics, International Meeting in memory of Professor Manfredi Romano; Catania, Italy, 4–6 July 1990.     

On transient development of ship waves on a running stratified ocean

Summary A theoretical study is made of the linearized problem of transient development of waves created by the free surface pressure disturbances on a running stratified ocean which is composed of two layers of fluids of different densities with the infinitely deep bottom layer. With the aid of the same method of the author (1969c), asymptotic solutions for the free and interfacial surface elevation functions are obtained explicitly. Solutions of the corresponding steady state problem of ship waves in a stratified ocean due to Crapper (1967) are recovered in the limit t without having to resort to the use of the radiation condition at infinity or an equivalent device. The solution of the problem, in general, consists of two different classes of waves. The waves of the first class are the usual surface waves for the homogeneous ocean with a little modification in amplitude; and the waves in the second class are the internal waves with large amplitude for small differences in density between the upper and lower layer of the ocean. Some discussions about the internal wave motions related to the infinitesimal density stratification and shallow upper layer are made.

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Sommario Si compie uno studio teorico sul problema linearizzato del transitorio creato da perturbazioni di pressione sulla superficie libera di un oceano stratificato formato da due strati di densità diversa con lo strato inferiore di profondità infinita. Per mezzo del metodo già sviluppato dall'autore (1969c) si ottengono soluzioni asintotiche esplicite per le funzioni che danno le quote della superficie libera e di quella di separazione. Le soluzioni del corrispondente problema a regime di onde prodotte da una nave in un oceano stratificato dovute a Crapper (1967) sono ritrovate al limite t senza dover ricorrere all'uso delle condizioni di radiazione all'infinito o ad un equivalente artificio. La soluzione del problema, in generale, consiste di due diverse classi di onde. Le onde della prima classe sono le solite onde di superficie di un oceano omogeneo con piccole modifiche nell'ampiezza; le onde della seconda classe sono onde interne con grande ampiezza per piccole differenze di densità fra lo strato superiore e inferiore dell'oceano. Si discute poi il moto ondoso interno relativo alla stratificazione infinitesimale di densità e allo strato superiore di piccole profondità.

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Summary presented to the Seventy-sixth annual meeting of the American Mathematical Society at San-Antonio, January, 1970.     

The centrifugal pendulum as a non linear torsional vibration absorber

Summary In this paper we study the centrifugal pendulum as a torsional vibrations absorber of an engine. A non-autonomous two degrees of freedom mechanical system with viscous-Coulomb damping is considered. The motion equations are written and we analyse for small oscillations of the pendulum, the effect of the non linear damping on the response curves in amplitude. Several numerical examples are ratio and the damping coefficients on the resonance peaks.

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Sommario In questo lavoro si studia il pendolo centrifugo come ammortizzatore di vibrazioni torsionali di un motore. Si considera un sistema meccanico non autonomo a due gradi di libertà con dissipazione coulombiana-viscosa. Si scrivono le equazioni del moto e si analizza, per piccole oscillazioni del pendolo, l'effetto dell'attrito non lineare sulle curve di risposta in ampiezza. Vengono presentati numerosi esempi numerici per illustrare l'influenza del rapporto di massa e dei coefficienti di attrito sui picchi di risonanza.

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This work has been realized within the activities of the Italian Council for the Research, C.N.R., G.N.F.M.     

Nonlinear finite element analysis of no-tension masonry structures

A numerical approach for structural analysis of masonry walls in plane stress conditions is presented. The assumption of a perfectly no-tension material (NTM) constitutive model, whose relevant equations are in the form of classical rate-independent associated flow laws of elastoplastic material, allows one to adopt numerical procedures commonly used in computational plasticity. An accuracy analysis on the integration algorithm employed in the solution of constitutive relations has been carried out. The results obtained for some relevant case-studies and their comparison with data, available in the literature show the effectiveness of the proposed method.

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Sommario Si presenta un approccio numerico per l'analisi strutturale di pareti in muratura in stato piano di tensione. L'assunzione di un modello costitutivo per materiale perfettamente non resistente a trazione (NTM), le cui equazioni sono esprimibili nella classica forma incrementale delle leggi dello scorrimento plastico di tipo associato per materiali elastoplastici, consente di adottare procedure numeriche comunemente utilizzate in plasticità computazionale. Si conduce un'analisi di accuratezza dell'algoritmo utilizzato nell'integrazione delle equazioni costitutive del modello esaminato. I risultati ottenuti per alcuni casi analizzati ed il confronto effettuato con esempi riportati in letteratura mostrano l'efficienza dell'approccio proposto.

     

Stefan — like problems with space — dependent latent heat

Summary A wide class of one-dimensional heat conduction problems with phase change is considered on the assumption that the latent heat is a given function of the position of the separation plane between the two phases: L=[s(t)].Some sufficient conditions for the existence and uniqueness of the solution in a given time-interval are given. This work permits the generalization of some previous results and the investigation of some cases of particular interest.

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Sommario Si studia una vasta classe di problemi di conduzione unidimensionale del calore in presenza di cambiamento di fase, nel caso in cui il calore latente sia funzione della posizione del fronte di separazione tra le due fasi: L=[s(t)].Si trovano delle condizioni sufficienti per l'esistenza e la unicità della soluzione del problema in un certo intervallo di tempo; si mostra infine che la trattazione permette di generalizzare risultati già noti e di estendere lo studio a casi di particolare interesse.

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Work performed within the Research Group (Grant. no. 115.2210) of the C.N.R.     

Derivation of a non-linear model equation for wave propagation in bubbly liquids

Summary Though the use of an asymptotic approach, it is deduced a fourth order partial differential equation governing the evolution of nonlinear (sound) wave propagation in bubbly liquids. Remarkably it involves also higher order nonlinear terms. Some results concerning the steady-state solution as well as the dispersion relation are obtained.

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Sommario Mediante l'usa di uno schema asintotico viene dedotta una equazione differenziale alle derivate parziali del quarto ordine, atta a descrivere l'evoluzione di un'onda non lineare propagantesi con la velocità del suono in un liquido con bolle. Tale equazione in particolare presenta delle non linearità anche nette derivate di ordine più elevato. Infine vengono discussi alcuni risultati numerici connessi con la ricerca di soluzioni del tipo onda stazionaria e con la relazione di dispersione.

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This work was supported by M.P.I. through Fondi per la ricerca scientifica 40% e 60%.     

On Szebehely's problem extended to holonomic systems With a given integral of motion

Summary We consider a family of curves in the n-dimensional configuration space S_n of a holonomic system with n degrees of freedom. We obtain first-order partial differential equations for the potential function U of forces under which any trajectory belonging to the given family of curves can be described by the representative point of the system. We write the potential function U supposing that, in addition to the energy integral, a first integral of motion linear in the lagrangian velocities is assigned. Next we obtain the compatibility conditions between the energy constant E, the parameter which appears in the first integral, and the n–1 geometric constants c₁, c₂,, c_n–1 which characterize the family of trajectories. Finally we discuss two simple examples.

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Sommario Assegnata una famiglia di curve nello spazio S_n delle configurazioni di un sistema olonomo conservativo ad n gradi di libertà, si determinano le equazioni differenziali alle quali deve soddisfare il potenziale delle forze applicate affinchè il punto rappresentativo del sistema possa descrivere una qualunque delle traiettorie appartenenti alla data famiglia. Si scrive poil' espressione del potenziale supponendo che sia assegnato, oltre l'integrale dell'energia, un integrale primo del moto, lineare nelle velocità lagrangiane. Infine si ricavano le condizioni di compatibilità fra la costante dell'energia E, il parametro che interviene nell'integrale primo e le n-1 costanti geometriche c₁, c₂, c₂,, c_n–1 che caratterizzano la famiglia di curve. Si conclude con due semplici esempi che illustrano quanto esposto.

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Work performed under the auspices of G.N.F.M.-C.N.R., Italy.     

Some extremum theorems for the elastoplastic boundary value problem in the presence of large displacements

Summary The incremental boundary value problem for elastoplastic work-hardening continua, is discussed in the presence of large displacements but small strains, and allowing for distributed dislocations.Associated flow laws are assumed, as is the occurrence of interaction between yielding modes in singular points of the yield surface.Four extremum theorems are proved which reduce the problem to the optimization, under linear constraints, of convex quadratic forms (of a non linear form for the third theorem).Finally some results are specialized to small displacements and perfectly plastic (non hardening) cases.

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Sommario Si discute della soluzione incrementale del problema elastoplastico con incrudimento nel campo dei grandi spostamenti (ma con piccole deformazioni intrinseche), ed in presenza di distorsioni distribuite.Si assumono leggi costitutive del tipo associato, ammettendo la possibilità di interazione tra i modi plastici in corrispondenza dei punti singolari della superficie di snervamento.Si dimostrano quattro proprietà di minimo della soluzione; esse riconducono il problema alla ottimizzazione di funzionali convessi (quadratici tranne che nel caso del terzo teorema) vincolata da equazioni e diseguaglianze lineari.Si specializzano infine alcuni risultati al caso dei piccoli spostamenti e della elastoplasticità senza incrudimento.

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This study forms part of a research programme supported by the National (Italian) Research Council (C.N.R., Gruppo Plasticità).     

Calculation of the natural frequencies and the principal modes of helicopter blades

Summary A procedure for calculating the natural frequencies and the principal modes of rotating helicopter blades based on the transfer matrix method is described. The blade is divided into a finite number of elements considered as continuous. A solution involving less laborious calculation, in which the masses are assumed to be concentrated, is also supplied.The advantage of the method developed is that it takes due account of the effective rotor-shaft constraints.Some numeric applications are given.

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Sommario Nel presente lavoro si espone un metodo di calcolo delle frequenze proprie e delle deformate di pale d'elicottero rotanti basato sul metodo delle matrici di trasferimento. Con tale metodo la pala viene suddivisa in un numero finito di tronchi considerati come continui. Si espone pure a scopo di confronto una soluzione meno gravosa per il calcolo in cui si assumono concentrate le masse.Il metodo esposto permette di tener conto con particolare cura delle effettive condizioni di vincolo del rotore con l'albero.Si riportano infine alcune applicazioni numeriche.

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Experimental investigation on aircraft dynamic stability parameters

In this paper, the design requirements of an experimental apparatus for the measurement of the direct derivatives on an oscillating aircraft model in a wind tunnel are discussed. The elaboration of the signal output of the force transducer is analysed, according to the direct forced oscillation technique. The distorsions of the primary oscillatory motion were previously evaluated and corrected, adopting an open loop control technique. This algorithm is presented and its reliability is verified. Finally, the behaviour of the experimental stability parameters, adopting different oscillation amplitudes and frequencies, is discussed.

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Sommario Nel presente lavoro vengono analizzate le principali caratteristiche di un sistema per l'esecuzione delle prove di oscillazione forzata in galleria del vento, al fine di valutare le derivate aerodinamiche dirette, secondo i gradi di libertá alla rotazione di un velivolo. Inizialmente l'attenzione viene concentrata sul principio di funzionamento e sull'algoritmo di elaborazione dei segnali estensimetrici. L'analisi procede quindi con lo studio delle caratteristiche cinematiche del sistema di movimentazione e supporto, ed in particolare si discutono lc problematiche connesse con il controllo del moto oscillatorio del modello. Infine, viene discusso l'utilizzo dell'apparecchiatura in oggetto con lo acopo di evidenziare come i parametri di stabilitá rilevati sperimentalmente dipendano daile caratteristiche del moto armonico di forzamento.