Hvor høy frekvens må til for å knuse et vinglass? SOLIDWORKS Simulation

frekvens for å knuse glass solidworks simulation 001

Stian Mork
 
Av Stian Mork
03.04.2018

Forleden dag spurt guttungen «Hvor høy lyd må til for å knuse ett glass?», tja sa jeg da.. Dette pirret selvfølgelig nysgjerrigheten min, og jeg vendte meg mot SOLIDWORKS og de analyseproduktene vi har tilgjengelig her for å se hvorvidt noe her kan benyttes til å analysere hvor høy lyden må være før glasset knuser.

Lyd og frekvens

Før vi setter i gang med analysene er det greit å få en forståelse av hva det egentlig er som gjør at glasset knuser. Lyd er som kjent bygget opp bølger med energi. Ved forskjellig nivåer av lyd har vi også forskjellige nivåer av frekvens. Frekvens = antall svingninger pr. sekund (som da lydbølgene svinger med).

På samme måte har alle strukturer sine egne resonansfrekvenser, det vil si de frekvensene strukturer lettest svinger ut med. Et eksempel fra virkeligheten her er Tacoma Narrows Bridge også kjent om Galloping Gertie. Her hadde man glemt å ta høyde for at brukonstruksjonen kunne begynne å resonere med vindlastene som traff den, noe som fikk katastrofale følger:

Det som gjør at glasset sprekker er at det begynner å svinge (på samme måten som Tacoma Narrow Bridge) sammen med frekvensen av lydbølgene som treffer det, det er altså ikke bare snakk om hvor høy lyden er (over 100db), men viktigere hvilken frekvens den har (mørk >< lys).

3D Skann av glass

For å finne ut hvilken lyd man må «belaste» glasset med for å få det til å knuse kan jeg altså kjøre en frekvensanalyse i Simulation Professional. Dette krever at jeg har en 3D modell av glasset, fikk derfor min kollega Tony til å gjennomføre en 3D skann hvor glasset ble transformert fra fysisk form til en 3D modell (passet på å ta et glass med knusegaranti).

Frekvensanalyse i SOLIDWORKS Simulation

Åpnet den skannede modellen i SOLIDWORKS.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 02

 

Fra listen over studier valgte jeg så Frequency (frekvensstudie), ved bruk av frekvensstudier som vi finner i SOLIDWORKS Simulation Professional pakken kan vi enkelt finne egenfrekvenser til både komponenter og sammenstillinger.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 03

Benyttet naturligvis glass som materiale (hentet fra standard materialdatabasen i SW).
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 04
Fikserte undersiden av glasset mot et tenkt bord (betyr at vi også må låse fast undersiden av glasset 100% i fysisk test for at dette skal sammenfalle).
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 05
Etter å ha studert hvordan glass beveger seg rett før det knuser, kom jeg frem til at det vi leter etter er den første frekvensen som får den øverste delen glasset til å svinge ut diagonalt.

Glassbreak(Youtube_Marty33)
YouTube: Wine glass resonance in slow motion

Alle strukturer har et uendelige antall resonansfrekvenser, usikker på hvor frekvensen som det refereres til over oppstår. Prøvde meg derfor med de 10 laveste resonansfrekvensene til glasset.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 06
Fant at svingningene som oppsto ved de laveste frekvensene kom av at glasset svingte sideveis om stetten. Dette er ikke en frekvensen vi er ute etter som får glasset til å sprekke.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 07
Først ved frekvensmode 4 (500Hz) begynner det å skje spennende ting. Dersom vi animerer vibrasjonen her, ser vi at denne sammenfaller bra med videoen høyere opp. Med andre ord, dersom vi skaper en lydfrekvens på 500Hz, sammen med et lydnivå på over 100dB, så skal i teorien dette glasset knuse.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 08

Frekvensanalyser som er benyttet i dette eksempelet er en del av SOLIDWORKS Simulation Professional. På våre produktsider kan du finne mer informasjon rundt Simulation pakkene vi har i SOLIDWORKS og hvilke muligheter som finnes.

Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.