Aeroelasticitate
Aeroelasticitate este o disciplină care se ocupă cu studiul fenomenelor ce derivă din interacțiunea reciprocă dintre structurile elastice solide (cum ar fi aripi, suspendate sau de cablu a rămas poduri , etc.), și fluid curenții care le investi.
Mai precis, ne putem referi la definiția excelentă a Collar (1947): „Aeroelasticitatea este studiul interacțiunii reciproce dintre forțele inerțiale, elastice și aerodinamice care acționează într-un solid expus la un curent fluid și influența acestui studiu asupra proiectarea structurii ". [1]
Fenomenele aeroelastice afectează două domenii majore ale ingineriei structurale:
- aeronautică și aerospațială
- civile și mecanice.
Introducere
Deși importanța interacțiunii fluid-structură nu a fost înțeleasă mult timp, consecințele sale au fost evidente de la începutul istoriei zborului și, de asemenea, în construcții precum Podul Tacoma. În esență, a fost o chestiune de defecțiuni datorate oscilațiilor din ce în ce mai mari care au dus structura să se prăbușească din cauza unor deformări mari și, prin urmare, a depășirii limitelor de rezistență ale materialelor.
Un sistem aeroelastic poate fi exprimat în general în formă matricială cu ecuația :
în care vectorul coloană x reprezintă setul de variabile structurale ale problemei și cu indicele (s, a) se înțelege suma contribuțiilor care derivă din modelul structural și aerodinamic.
Diferența dintre fenomenele aerodinamice și aeroelastice
Acțiunea vântului asupra clădirilor poate fi luată în considerare în funcție de diferite abordări, în care unele fenomene sunt considerate sau nu:
- fenomene strict aerodinamice: în care acțiunea de răspuns a structurii asupra câmpului dinamic fluid este neglijabilă;
- fenomene aeroelastice: în care acțiunea de răspuns a structurii asupra câmpului dinamic fluid nu este neglijabilă.
În primul caz, mișcarea structurii cauzată de vântul incident nu modifică caracteristicile fluxului de aer.
În al doilea caz, însă, caracteristicile vântului sunt complet modificate de mișcarea structurii cauzată de fluxul de aer, deoarece deformarea determină apariția mișcărilor în fluidul solicitant.
Mai mult, odată cu deformarea, expunerea structurii la flux este modificată.
Prin urmare, aceste două efecte determină o variație substanțială și în acțiunile induse de vânt asupra structurii.
Modelarea acțiunilor datorate vântului se efectuează în general ca suma a:
- forțe aerodinamice: datorate turbulențelor atmosferice incidente
- forțe aeroelastice sau autoexcitate: datorită mișcării corpului.
În mod similar, mișcările unei structuri lovite de un flux de vânt sunt împărțite în:
- oscilații forțate în prezența forțelor aerodinamice
- oscilații auto-excitate în prezența forțelor aeroelastice.
În primul caz, o forță externă acționează asupra structurii (forțe excitante aerodinamice) și, prin urmare, independentă de mișcarea corpului în sine.
În acest caz, dacă forțarea are o frecvență egală cu frecvența naturală a sistemului mecanic oscilant, există fenomenul de rezonanță care implică amplificarea tensiunilor și a deplasărilor (care în cazul teoretic al factorului de amortizare nul au o valoare infinită ).
În al doilea caz forțarea (forțe excitante aeroelastice sau autoexcitate) depinde de mișcarea sistemului (cum ar fi forțele elastice, inerțiale și vâscoase), precum și de unele valori critice care delimitează regiunea stabilității, în care mișcarea este amortizată, de la cea a instabilității în care mișcarea este amplificată.
Forțele auto-excitate, de natură aeroelastică, modifică comportamentul structurii modificându-i frecvențele naturale și factorii de amortizare.
Vitezele vântului sunt definite ca fiind critice atunci când depășirea lor face ca amortizarea să fie negativă și / sau structura instabilă.
Conform Decretului ministerial din 14.01.2008, prima situație dă naștere unor fenomene aeroelastice denumite în mod obișnuit:
- galop (galop): tipic elementelor structurale necirculare
- flutter : tipic suspensiei sau podurilor cu suspensie sau a profilelor aeriene.
A doua situație dă naștere unui fenomen aeroelastic numit în mod obișnuit divergență torsională , tipic plăcilor foarte subțiri, cum ar fi panourile publicitare.
În general, în ingineria civilă structurală, fenomenele aeroelastice sunt clasificate în patru categorii:
- Fenomene de aeroelasticitate dinamică:
- fenomene de eliminare și sincronizare a vortexului ( blocare )
- oscilațiile galopante (galopante)
- flutter (inclusiv și tamponarea )
- Fenomene de aeroelasticitate statică:
- divergenta torsionala
Fiecare dintre fenomenele de mai sus poate provoca prăbușirea unei structuri, așa cum sa întâmplat, de exemplu, pentru podul Tacoma Narrows din cauza instabilității aeroelastice datorate fenomenului de flutter .
Din punct de vedere real, deoarece fenomenele aerodinamice și aeroelastice se influențează reciproc, este practic imposibil să se identifice limita de separare a acestora.
Notă
- ^ AR Collar, Primii cincizeci de ani de aeroelasticitate , în Aerospace , 2, vol. 5, 1978, pp. 12-20.
Bibliografie
- Bisplinghoff, RL, Ashley, H. și Halfman, H., Aeroelasticitate . Dover Science, 1996, ISBN 0-486-69189-6 , 880 pag;
- Collar, AR, „Primii cincizeci de ani de aeroelasticitate”, Aerospace, vol. 5, nr. 2, pp. 12-20, 1978
- Dowell, EH, Un curs modern despre aeroelasticitate . ISBN 90-286-0057-4 ;
- Fung, YC, Introducere în teoria Aeroelasticității . Dover, 1994, ISBN 978-0-486-67871-9 ;
- Garrick, IE și Reed WH, „Dezvoltarea istorică a flutterului avioanelor”, Journal of Aircraft, vol. 18, pp. 897-912, noiembrie 1981.
- Hodges, DH și Pierce, A., Introduction to Structural Dynamics and Aeroelasticity , Cambridge, 2002, ISBN 978-0-521-80698-5 ;
- Hoque, ME, "Active Flutter Control", LAP Lambert Academic Publishing, Germania, 2010, ISBN 978-3-8383-6851-1 .
- Wright, JR și Cooper, JE, Introduction to Aircraft Aeroelasticity and Loads , Wiley 2007, ISBN 978-0-470-85840-0 .
Alte proiecte
-
Wikționarul conține dicționarul lema « aeroelasticitate »
