Filmās bieži vien redzēts, ka vīna glāzi ir iespējams saplēst ar augstas balss palīdzību, bet kā šis process norit īstenībā? Kas liek glāzei saplīst un kāda fizika šeit darbojas?
Lai rastu atbildi, izmantosim SOLIDWORKS Simulation Professional piedāvātos analīzes rīkus.
Pirms iedziļināties modelēšanas procesā un skaņas viļņu analīzē, ir jāsaprot, kas un kādi lielumi iedarbojas uz glāzi un veicina tās plīšanu. Viens no šiem lielumiem ir skaņa. Tā rada spiediena viļņus ar dažādu frekvenci. Skaņas frekvence ir parametrs, kas nosaka saplīšanu. Šajā gadījumā, tā ir skaņas spiediena ’’viļņu’’ svārstības sekundē jeb herci (Hz).
Lai sīkāk izprastu frekvences būtību, kā piemēru minam būvkonstrukciju struktūras, kurām ir visvieglāk ietekmējamas rezonanses frekvences. Piemēram, Tacoma Narrows Bridge, kas plašāk pazīstams kā Galloping Gertie. Tilta celtniecības procesā netika ņemts vērā, ka konstrukcija var rezonēt ar vēja slodzēm, kas savukārt veicināja tilta sabrukšanu.
Šis ir izteikts gadījums, kad konstrukcijas pašfrekvence sakrita ar uzspiesto, šajā gadījumā vēja plūsmas radīto, uzspiesta spēka frekvenci.
Atgriežoties pie aktuālā jautājuma – glāzes sabiršanu ietekmē gaisa svārstību intensitāte (līdzīgi kā vēja stiprums Tacoma Narrow Bridge gadījumā) un skaņas viļņu frekvence jeb tonis, kuru ietekmē atrodas glāze. Tādēļ, svarīgi ir ne tikai cik skaļa būs skaņa (virs 100dB), bet arī kāda būs šīs skaņas frekvence.
Ieskanēts 3D glāzes modelis
Lai noteiktu, ar kādu skaņas frekvenci ir iespējams saplēst glāzi mums ir jānoskaidro glāzes pašfrekvence. Veiksim frekvenču analīzi SOLIDWORKS Simulation Professional programmatūrā. Lai uzsāktu modelēšanu iegūsim 3D glāzes modeli to ieskanējot. Par virsmas skenēšanas iespējām ar Geomagic, lasiet šeit >>
Frekvences analīze
Izveidoto 3D glāzes modeli, atveram to SOLIDWORKS programmatūrā.
No Simulation moduļu saraksta izvēlamies Frequency (frekvenču analīzes rīks). Ar šo rīku var noteikt modeļu – detaļu gan kopsalikumu, pašfrekvences.
Kā glāzes materiālu izvēlamies stiklu no SOLIDWORKS materiālu datubāzes.
Reālā pasaulē glāze stāv uz galda un tai ir fiksēta berzes un gravitācijas spēku ietekme. Arī aprēķinā fiksēsim glāzes pamatni telpā, lai imitētu glāzes atrašaos uz galda un modelis būtu pēc iespējas pietuvināts reālajam objektam.
Veicot frekvenču analīzi un vērojot glāzes svārstību formas, varam secināt, ka mēs meklējam pirmo pašsvārstību frekvenci, kuras ietekmē glāzes augšējā daļa novirzās diagonāli tādējādi radot pārvietojumus.
YouTube: Wine glass resonance in slow motion
Ir zināms, ka visām struktūrām ir bezgalīgs skaits ar rezonanses frekvencēm jeb pašfrekvencēm, bet aprēķinā noteiksim pirmās 10. Inženieraprēķinos parasti tiek analizētas šīs zemākās pašfrekvences, lai uzspiestie ārējie spēki, piemēram, kāds rotējošs elements, nedarbotos šajā frekvencē.
Iegūstot modelēšanas rezultātu varam apskatīt, kādas svārstību formas mūsu modelim ierosina frekvences, piemēram, glāzes šupošanos no vienas uz otru pusi. Secinam, ka pirmās 3 pašfrekvences nav kritiskās frekvences, lai glāze saplīstu.
Tikai pie 4. pašfrekvences (500Hz) ir novērojami formas radoši pārvietojumi, kas būtiski deformē glāzes augšējo malu, līdzīgi, kā iepriekš redzētajā video.
Citiem vārdiem sakot, ja mēs iedarbojamies ar skaņas toni ap 500Hz un intensitāti virs 100dB, tad glāzē veidosies šādas deformācijas, kas visticamāk novedīs pie sabrukšanas.
Frekvences analīze, kuru izmantojām šajā piemērā ir pieejama SOLIDWORKS Simulation Professional pakotnē.
Komentāri
Lūdzu ieejiet lai varētu pievienot komentāru.