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气动弹性是研究气动应力、惯性和弹性响应在物理结构中的相互作用。这种相互作用可以产生静态和动态响应。在某些情况下，部件的不稳定动态响应可能导致结构失效。气动弹性通常与设计有关当受到动态气流的影响时，结构应保持稳定。这些结构通常是飞机，但也可以包括桥梁、风力涡轮机和其他基于陆地的构件。科学家用烧杯盛装大多数材料，包括金属，当对外部应力作出反应时，表现出弹性行为。如果弹性材料的变形量不超过临界值，则弹性材料将恢复其原始尺寸和形状。变形时，它们将根据施加的应力水平进行拉伸或收缩。金属弹簧在边缘拉伸时会伸出，但不会保留释放后会永久变形。事实上，即使是固体金属也会这样。在飞机上，外部空气动力会对机翼和机身施加机械应力。就气动弹性而言，这种应力类似于直接施加在材料上的应力，在飞机上放置重物。作为响应，飞机的结构将轻微变形。这将轻微改变飞机的形状，进而影响准确的空气动力应力。在静态情况下，飞机的结构响应将在新的气动应力作用下达到平衡。当一个结构由于气动应力而开始变形时，它会随着其变形而获得惯性或动量。一旦达到新的"平衡"位置，它不会立即停止；而是，它超过这个位置是因为它获得了惯性气动应力可能会使结构恢复到平衡形状，但有时也会发生振动。它需要摩擦力或某种阻尼力来减缓这种振荡。换句话说，结构可能有一个平衡形状，但如果它每次朝那个形状移动时都会产生过多的惯性，它就会处于平衡状态一种不稳定的平衡。1940年11月7日，当美国华盛顿州的塔科马海峡大桥因大风而开始振动时，许多人目睹了气动弹性的这一重要方面。这座桥的固有频率与桥梁的振动速度有关，风改变方向的速率恰好与风改变方向的速率相似，当这种情况发生时，风会引起桥梁的振动越来越大，在塔科马大桥变窄的情况下，失控的结构振动导致了桥梁的破坏，这一事件引起了人们对气动弹性的兴趣和研究的增加。

发表于 2020-09-18 01:52
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分类：科学教育

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