1940年，塔科马海峡大桥以戏剧性的方式坍塌，在风中扭曲并坠入水中。当风吹过跨度时，流动导致侧向力的摆动，这有助于降低桥梁 - 仅在开启几个月后。这种侧向力振荡也会损坏天线，塔架和其他结构。
现在，来自首尔国立大学和韩国Ajou大学的研究人员发现，具有扭曲的螺旋形状和椭圆形横截面的结构 - 受到水仙花茎的启发 - 可以减少阻力并消除侧向力的波动。
研究人员本周在AIP出版社的“流体物理学”中描述了他们的发现。
每当风吹过细长的物体时，侧面力就会发挥作用 - 就像你将手臂伸出一辆移动的汽车一样。当空气在你的手臂周围流动时，它会以交替的方式形成从手臂顶部和底部脱落的漩涡。这种涡旋脱落，就像它所说的那样，会给你的手臂带来周期性的力量。
“你会立刻觉得你的手臂会被迫上下移动，”首尔国立大学的Haecheon Choi解释道。
这种称为vonKármán涡旋脱落的现象影响任何被风或水流捕获的细长结构，例如灯柱，高层建筑和用于在海上钻油的长垂直管道。
在塔科马海峡大桥的情况下，这些周期性力的频率恰好达到其共振频率。
“这种涡旋脱落引发了桥梁的扭曲模式，”崔说，“最后桥梁倒塌了。”
为了找到减少这些力量的方法，研究人员向大自然寻求灵感。具体来说，他们研究了水仙花茎的形状，其扭曲的柠檬形横截面使其能够远离风并保护其花瓣。
研究人员使用计算机模拟来探索水仙花茎形状周围的流体动力学：一个螺旋扭曲的椭圆柱体。他们测试了不同的变化 - 例如，在平滑的层流气流或更湍流的风中，一些具有更多的椭圆形横截面或更多的扭曲。
在这两种情况下，水仙花的形状都有很大的不同。
“一些螺旋扭曲的圆柱体消除了涡旋脱落，导致阻力减小和零侧力波动，”Choi说。与圆形圆柱相比，黄水晶形状分别减少了18%和23%的阻力，用于层流和湍流。
水仙花茎的独特几何形状可用于设计更稳定的结构。虽然这种形状可能对桥梁没有意义，但它可以用于天线，灯柱，烟囱，水下石油钻探管道，刮土机甚至高尔夫球杆等。事实上，Choi说，研究人员已经获得了螺旋高尔夫球杆的专利。
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