Hur hög frekvens krävs för att spräcka ett vinglas?

Stian Mork

 

Stian Mork &
Eirin Holmstrøm

 

Nyligen fick Stian frågan: ”Hur hög frekvens krävs egentligen för att spräcka ett vinglas?”. En bra fråga tänkte Stian, som vid tillfället inte hade något svar, men som bestämde sig för att ta reda på det. Tillsammans med mig, Eirin, började vi leta efter ett verktyg i SOLIDWORKS Simulation för att ta reda på hur hög ljudfrekvens som krävs för att spräcka ett vinglas.

Ljud och frekvens

Innan vi börjar analysera måste vi förstå exakt vad det är som får vinglaset att gå spricka. Som ni kanske vet består ljud av energivågor. Vid olika ljudnivåer har vi dessutom olika frekvenser. Frekvens = antalet svängningar i en ljudvåg per sekund.

På samma sätt har alla strukturer (eller konstruktioner) sina egna resonansfrekvenser. Detta innebär att strukturer har vissa frekvenser som gör att de kan variera eller svänga – på samma sätt som en ljudvåg gör. Ett exempel från verkligheten är Tacoma Narrows Bridge, som även är känd som Galloping Gertie. Vid utformningen av bron togs ingen hänsyn till att strukturen kan börja svänga på grund av vindens styrka, vilket visade sig ha katastrofala följder. Ta en titt på videon så förstår ni…

 

Det som faktiskt gör att ett glas går sönder är det faktum att strukturen börjar svänga tillsammans med frekvensen för ljudvågen som träffar glaset – på samma sätt som Tacoma Narrows Bridge gjorde när den träffades av vinden. Det betyder att det inte bara handlar om hur högt ljudet är (över 100db), utan ännu viktigare: vilken frekvens ljudet har (låg> <hög).

En 3D-skanning av vinglaset

Vi ville köra en frekvensanalys i SOLIDWORKS Simulation Professional för att ta reda på vilket ljud vi behövde för att ”överbelasta” vinglaset för att spräcka det. För att göra det, behövde vi göra en 3D-modell av vinglaset. Vi fick en av våra kollegor att göra en 3D-skanning där glaset förvandlades från en fysisk modell till en 3D-modell – och naturligtvis såg vi till att använda ett glas som garanterat skulle gå sönder.

Frekvensanalys i SOLIDWORKS Simulation

Vi öppnade den skannade 3D-modellen i SOLIDWORKS.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 02

 

Från listan över studier valde vi ”Frekvensstudie”. Genom att använda frekvensstudien i SOLIDWORKS Simulation Professional kunde vi enkelt hitta frekvenser för både parter och enheter.

frekvens for å knuse glass solidworks simulation 03

Vi valde glas som typ av material (hämtad från standarddatabasen i SOLIDWORKS),
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 04

och fixerade vinglasets botten till ett påhittat bord. Det betydde att vi också på något sätt blev tvugna att låsa glasets botten 100% tätt mot ett bord vid ett fysiskt test, för att de två testerna ska bli jämförbara.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 05

Efter att ha studerat hur vinglaset rör sig innan det spricker drog vi slutsatsen att det vi letade efter var den första frekvensen som får den övre delen av glaset att svänga på ett diagonalt sätt.

Glassbreak(Youtube_Marty33)
YouTube: Vinglasresonans i slow motion

Alla strukturer har ett oändligt antal resonansfrekvenser, men eftersom vi var osäkra på var frekvensen som visas i videon ovan, bestämde vi oss för att prova de tio lägsta resonansfrekvenserna i vinglaset.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 06

Vi drog slutsatsen att svängningarna som inträffade vid de lägsta frekvenserna var ett resultat av att glaset svängde i sidled över botten. Detta var dock inte frekvensen vi letade efter, eftersom detta istället skulle få stammen att brytas.
frekvens for å knuse glass solidworks simulation 07

I frekvensläge 4 (500Hz) började spännande saker hända. När vi animerade vibrationen såg vi att det blir samma resultat som i videon tidigare i inlägget. Med andra ord, om vi skapar en ljudfrekvens på 500Hz tillsammans med en ljudnivå på över 100dB, kommer glaset i teorin att spricka och myten bekräftas.

frekvens for å knuse glass solidworks simulation 08

Frekvensanalys, som används i detta exempel, är en del av SOLIDWORKS Simulation Professional. På våra produktsidor hittar mer information om de olika lösningar vi kan erbjuda inom SOLIDWORKS Simulation samt mer information om hur de kan hjälpa dig att testa din produkt.

Om du har några frågor angående simulering  så är du alltid välkommen att kontakta oss – vi finns bara ett klick bort.