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氣動彈性是研究氣動應力、慣性和彈性響應在物理結構中的相互作用。這種相互作用可以產生靜態和動態響應。在某些情況下，部件的不穩定動態響應可能導致結構失效。氣動彈性通常與設計有關當受到動態氣流的影響時，結構應保持穩定。這些結構通常是飛機，但也可以包括橋梁、風力渦輪機和其他基于陸地的構件。科學家用燒杯盛裝大多數材料，包括金屬，當對外部應力作出反應時，表現出彈性行為。如果彈性材料的變形量不超過臨界值，則彈性材料將恢復其原始尺寸和形狀。變形時，它們將根據施加的應力水平進行拉伸或收縮。金屬彈簧在邊緣拉伸時會伸出，但不會保留釋放后會永久變形。事實上，即使是固體金屬也會這樣。在飛機上，外部空氣動力會對機翼和機身施加機械應力。就氣動彈性而言，這種應力類似于直接施加在材料上的應力，在飛機上放置重物。作為響應，飛機的結構將輕微變形。這將輕微改變飛機的形狀，進而影響準確的空氣動力應力。在靜態情況下，飛機的結構響應將在新的氣動應力作用下達到平衡。當一個結構由于氣動應力而開始變形時，它會隨著其變形而獲得慣性或動量。一旦達到新的"平衡"位置，它不會立即停止；而是，它超過這個位置是因為它獲得了慣性氣動應力可能會使結構恢復到平衡形狀，但有時也會發生振動。它需要摩擦力或某種阻尼力來減緩這種振蕩。換句話說，結構可能有一個平衡形狀，但如果它每次朝那個形狀移動時都會產生過多的慣性，它就會處于平衡狀態一種不穩定的平衡。1940年11月7日，當美國華盛頓州的塔科馬海峽大橋因大風而開始振動時，許多人目睹了氣動彈性的這一重要方面。這座橋的固有頻率與橋梁的振動速度有關，風改變方向的速率恰好與風改變方向的速率相似，當這種情況發生時，風會引起橋梁的振動越來越大，在塔科馬大橋變窄的情況下，失控的結構振動導致了橋梁的破壞，這一事件引起了人們對氣動彈性的興趣和研究的增加。

發表于 2020-09-18 01:52
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分類：科學教育

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