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颤振(短条)

已有 1307 次阅读 2025-9-28 06:30 |个人分类:科研科普|系统分类:科普集锦

颤振是由于弹性结构从气流中汲取能量而导致的结构振动。颤振是一种特殊的自激振动，是结构在气流中因为流固耦合产生的负阻尼运动现象。颤振出现在不同的工程问题中。最典型的是机翼颤振，即飞行器高速飞行时，机翼由于气动力与弹性变形耦合产生的自激振动。其他工程实例还有叶轮机叶片颤振等。有时把一些机制尚不清楚的流固耦合导致结构失稳、振动、发散都统称为颤振。

早期人们高度关注颤振主要是航空工业的需求。1916年，一家英国双引擎轰炸机因为机翼颤振而坠毁。1929年H. G. 库斯纳建立了机翼颤振理论。1934年T. 狄奥多森得到了具有舵面的折线翼型在简谐振动下非定常气动力学问题的精确解。随后超音速飞行产生新的颤振问题，而计算机的发展极大地提高了人们分析颤振的能力。时至今日，颤振仍威胁着飞行安全，抑制颤振一直是飞行器研发迫切需要解决的难题。

传统的颤振通常涉及在流体作用下两个或多个结构模态耦合所导致一个模态上发生自激振动。例如机翼自激振动就是弯曲振动和扭转振动的耦合，这种耦合使得飞机匀速飞行所蕴含的空气动力能量得以交变地向机翼振动系统输入，激发并维持机翼的周期性振动。塔科马大桥的坍塌，也是由于风载导致弯曲振动和扭转振动耦合产生自激振动。在超音速和钝体绕流等问题中，也可能出现单模态的颤振，这是流体本身起到耦合模态的作用。不同流固耦合振动问题中颤振的机制和控制仍是具有挑战性的基础性科学问题。