Was ist Aeroelastizität?

Aeroelastizität ist die Untersuchung der Wechselwirkung von aerodynamischen Belastungen, Trägheit und elastischen Reaktionen in physikalischen Strukturen.Solche Wechselwirkungen können sowohl statische als auch dynamische Reaktionen hervorrufen.Instabile dynamische Reaktionen in Komponenten können unter bestimmten Bedingungen zu strukturellem Versagen führen.Die Aeroelastizität befasst sich in der Regel mit der Gestaltung von Strukturen, die stabil sind, wenn sie einem dynamischen Luftstrom ausgesetzt sind.Diese Strukturen sind häufig Flugzeuge, können aber auch Brücken, Windkraftanlagen und andere terrestrisch basierende Elemente umfassen.

Die meisten Materialien, einschließlich Metalle, weisen ein elastisches Verhalten auf, wenn sie auf externe Belastungen reagieren.Elastische Materialien kehren zu ihrer ursprünglichen Größe und Form zurück, wenn sie nicht über eine kritische Menge hinaus deformiert werden.Während sie deformiert werden, dehnen sie sich nach dem angewendeten Spannungsgrad.Eine Metallfeder erstreckt sich, wenn sie an den Rändern gezogen wird, bleibt jedoch nicht dauerhaft deformiert, nachdem sie freigesetzt wird.Tatsächlich verhalten sich sogar feste Metallstücke auf diese Weise.

In einem Flugzeug wenden externe aerodynamische Kräfte mechanische Spannungen auf die Flügel und den Hauptkörper an.In Bezug auf die Aeroelastizität ähnelt diese Spannung einer Spannung, die direkt auf das Material und das Mdash angewendet wird. Zum Beispiel durch das Platzieren von Gewichten auf das Flugzeug.In Reaktion darauf wird die Struktur des Flugzeugs leicht fällig.Dies verändert die Form der Ebene leicht, was wiederum die genaue aerodynamische Spannung beeinflusst.In einem statischen Szenario erreicht die strukturelle Reaktion des Flugzeugs mit den neuen aerodynamischen Spannungen das Gleichgewicht.

Wenn eine Struktur aufgrund aerodynamischer Belastungen zu verformen beginnt, wird sie Trägheit oder Impuls, wenn sie sich bewegt, um die Form zu ändern.Sobald es seine neue „Gleichgewichtsposition“ erreicht, hört es nicht sofort auf;Es überträgt vielmehr diese Position, weil sie Trägheit erlangt hat.Aerodynamische Spannungen können dazu neigen, die Struktur in eine Gleichgewichtsform wiederherzustellen, aber manchmal kann eine Oszillation auftreten.Es erfordert Reibung oder eine Art Dämpfungskraft, um diese Schwingung zu verlangsamen.Mit anderen Worten, die Struktur kann eine Gleichgewichtsform haben, aber wenn sie jedes Mal zu viel Trägheit aufnimmt, wenn sie sich dieser Form in Richtung dieser Form bewegt, wird sie in einem instabilen Gleichgewicht befinden.

Viele Menschen waren am 7. November 1940 diesen wichtigen Aspekt der Aeroelastizität, als die Tacoma im US -Bundesstaat Washington wegen starker Winde vibrierte.Die Eigenfrequenz der Brücke, die sich darauf bezieht, wie schnell die Brücke vibrieren wird, ähnelt der Rate, die der Wind verändert hat.In diesem Fall kann der Wind dazu führen, dass die Brücke immer mehr vibriert.Im Fall von Tacoma eng Bridge führte die außer Kontrolle geratene strukturelle Schwingung zur Zerstörung der Brücke.Diese Veranstaltung führte zu einem Anstieg des Aeroelastizitätsinteresses und der Forschung.