Co to jest aeroelastyczność?

Aeroelastyczność to badanie interakcji naprężeń aerodynamicznych, bezwładności i elastycznych odpowiedzi w strukturach fizycznych.Takie interakcje mogą powodować reakcje statyczne i dynamiczne.Niestabilne reakcje dynamiczne w komponentach mogą prowadzić do awarii strukturalnej pod pewnymi warunkami.Aeroelastyczność jest zazwyczaj zainteresowana projektowaniem konstrukcji, aby były stabilne, gdy są poddawane dynamicznemu przepływowi powietrza.Struktury te są często samolotami, ale mogą również obejmować mosty, turbiny wiatrowe i inne elementy lądowe.

Większość materiałów, w tym metale, wykazuje elastyczne zachowanie podczas reagowania na naprężenia zewnętrzne.Materiały sprężyste powrócą do pierwotnego rozmiaru i kształtu, jeśli nie zostaną odkształcone poza krytyczną ilością.Podczas deformacji będą się rozciągać lub kurczą się zgodnie z zastosowanym poziomem stresu.Metalowa sprężyna rozciąga się po ciągnięciu krawędzi, ale nie pozostaje trwale zdeformowana po jej uwolnieniu.W rzeczywistości zachowują się nawet solidne kawałki metalu.

W samolocie zewnętrzne siły aerodynamiczne stosują naprężenie mechaniczne na skrzydłach i głównym korpusie.Jeśli chodzi o aeroelastyczność, naprężenie to jest podobne do naprężenia stosowanego bezpośrednio do materiału i mdash; na przykład z umieszczania ciężarów w samolocie.W odpowiedzi struktura samolotu nieznacznie odkształci się.To nieznacznie zmieni kształt płaszczyzny, co z kolei wpłynie na dokładne naprężenie aerodynamiczne.W statycznym scenariuszu odpowiedź strukturalna samolotu osiągnie równowagę z nowymi naprężeniami aerodynamicznymi.

Gdy struktura zaczyna się deformować z powodu naprężeń aerodynamicznych, zyska bezwładność lub pęd, gdy porusza się w celu zmiany kształtu.Po osiągnięciu nowej pozycji „równowagi” nie od razu zatrzymuje się;Zamiast tego przekracza tę pozycję, ponieważ zyskała bezwładność.Naprężenia aerodynamiczne mogą mieć tendencję do przywracania struktury do kształtu równowagi, ale czasami może wystąpić oscylacja.Wymaga tarcie lub jakiejś siły tłumienia, aby spowolnić tę oscylację.Innymi słowy, struktura może mieć kształt równowagi, ale jeśli wybierze zbyt dużo bezwładności za każdym razem, gdy będzie się poruszał w tym kształcie, będzie w niestabilnej równowagi.

Wiele osób było świadków tego ważnego aspektu aeroelastyczności w dniu 7 listopada 1940 r., Kiedy most Tacoma zwęża się w stanie USA w stanie Waszyngton z powodu silnych wiatrów.Częstotliwość naturalna mostu, która jest związana z tym, jak szybko wibruje most, okazał się podobny do szybkości zmienił kierunki wiatru.Kiedy tak się dzieje, wiatr może powodować wibrację mostu coraz bardziej.W przypadku Mostu Tacoma Narrows niekontrolowane wibracje strukturalne doprowadziły do zniszczenia mostu.To wydarzenie doprowadziło do wzrostu zainteresowania aeroelastycznością i badań.