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內(nèi)容提要

傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)TPA）技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)激勵(lì)源到目標(biāo)點(diǎn)的貢獻(xiàn)量進(jìn)行定量的評(píng)估，其中基于部件的TPA技術(shù)（Componentbased TPA）是一項(xiàng)相比較新的技術(shù)。部件TPA中所得到的激勵(lì)源載荷，獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)，代表著激勵(lì)源自身的載荷屬性。基于激勵(lì)源的自身載荷特性，而后將激勵(lì)源虛擬裝配到不同的被動(dòng)端結(jié)構(gòu)上，就可以對(duì)激勵(lì)源到目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的貢獻(xiàn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)和對(duì)比分析。通過(guò)這種方法，可以對(duì)大量變種型號(hào)產(chǎn)品的NVH性能，進(jìn)行快速地預(yù)測(cè)和評(píng)估。因此在產(chǎn)品研發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，研發(fā)人員都可以時(shí)刻主動(dòng)地掌控產(chǎn)品的噪聲振動(dòng)性能表現(xiàn)，在產(chǎn)品的早期設(shè)計(jì)階段，盡早發(fā)現(xiàn)潛在的噪聲振動(dòng)問(wèn)題，完成設(shè)計(jì)的優(yōu)化改進(jìn)。1 引言在當(dāng)前電動(dòng)及混合動(dòng)力得以大力發(fā)展的大趨勢(shì)下，機(jī)械系統(tǒng)在噪聲與振動(dòng)性能方面的要求越來(lái)越高。以汽車(chē)行業(yè)為例，內(nèi)燃機(jī)噪聲的減少使得原本的次級(jí)噪聲源（如：傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲、輔助系統(tǒng)噪聲、路噪和風(fēng)噪等）成為了影響駕駛舒適性的主要噪聲源。另外，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短、變種產(chǎn)品數(shù)量增加、產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜化的背景下，機(jī)械行業(yè)急需一種先進(jìn)的技術(shù)，希望能夠在產(chǎn)品研發(fā)的早期階段，就可以對(duì)零部件的NVH性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)既耗時(shí)又費(fèi)力，因此整機(jī)廠(chǎng)正在尋找這種技術(shù)：如何能夠直接基于單個(gè)零部件的臺(tái)架試驗(yàn)或仿真數(shù)據(jù)，去預(yù)測(cè)最終整機(jī)的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)特性。過(guò)去，基于頻域子結(jié)構(gòu)和模態(tài)綜合等技術(shù)，可以對(duì)各種承受外部載荷的“被動(dòng)端”結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行虛擬組裝，但這些結(jié)構(gòu)部件中并不包含任何激勵(lì)源，例如：電機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)器等。對(duì)于噪聲振動(dòng)問(wèn)題而言，這些激勵(lì)源被視為“主動(dòng)端”部件。然而，近年來(lái)出現(xiàn)了一種新技術(shù)，它使用“剛性約束力（Block Force）”這一概念來(lái)描述這些激勵(lì)源，這個(gè)剛性約束力獨(dú)立于激勵(lì)源所集成“被動(dòng)端”結(jié)構(gòu)，代表激勵(lì)源自身的載荷特性?；诓考腡PA技術(shù)明確地使用了這一概念，從而可以實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)端”零部件和“被動(dòng)端”零部件的虛擬裝配，以進(jìn)一步分析各激勵(lì)源對(duì)整機(jī)噪聲振動(dòng)性能的影響。

2 什么是部件TPA？通過(guò)基于部件的TPA技術(shù)，可以得到獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的激勵(lì)源載荷特性，并可以預(yù)測(cè)將該激勵(lì)源裝配到不同被動(dòng)端結(jié)構(gòu)上的NVH表現(xiàn)。

圖 1: 部件TPA概念的原理示意圖
圖1示意性地展示了基于部件的TPA技術(shù)的背后理念。在產(chǎn)品的整個(gè)開(kāi)發(fā)流程中，這種模塊化的方法可以將NVH性能的研發(fā)工作大幅度前置，并大大增加了研發(fā)工作中的靈活性。通過(guò)這種方法，零部件供應(yīng)商可以在系統(tǒng)裝配前就了解到自己產(chǎn)品對(duì)整個(gè)系統(tǒng)NVH特性的影響，預(yù)測(cè)該零部件對(duì)最終目標(biāo)評(píng)價(jià)點(diǎn)NVH性能的貢獻(xiàn)量。由于各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)特性數(shù)據(jù)既可以來(lái)自于試驗(yàn)，也可以來(lái)源于仿真分析，因此，可以在產(chǎn)品研發(fā)的任何環(huán)節(jié)，都隨時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)的虛擬裝配和NVH性能預(yù)測(cè)。

3 如何通過(guò)部件TPA技術(shù)改進(jìn)產(chǎn)品的研發(fā)？

對(duì)于涉及許多零部件的復(fù)雜產(chǎn)品(如汽車(chē)、卡車(chē)、挖掘機(jī)、直升機(jī)、飛機(jī)、衛(wèi)星和白色家電等)，在產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，噪聲振動(dòng)問(wèn)題往往只是在設(shè)計(jì)后期才被發(fā)現(xiàn)。由于難以對(duì)不同部件（機(jī)械、電氣等）之間復(fù)雜的相互作用進(jìn)行建模，因此很難預(yù)測(cè)系統(tǒng)的噪聲及振動(dòng)響應(yīng)。基于部件的TPA技術(shù)可以幫助克服這些困難，從而提供一種能夠應(yīng)用于早期設(shè)計(jì)階段的噪聲振動(dòng)性能研發(fā)方法。

3.1 基于零部件的噪聲振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)級(jí)性能研發(fā)工作前置

對(duì)于整機(jī)廠(chǎng)而言，大量變種型號(hào)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，會(huì)從各方面給工程師帶來(lái)很大的壓力，包括試驗(yàn)的工作量、能夠獲取到樣機(jī)的時(shí)間、開(kāi)發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的要求等等。因此整機(jī)廠(chǎng)試圖去尋找一種解決方案，以幫助他們既能夠?qū)崿F(xiàn)所有型號(hào)產(chǎn)品的NVH性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，又可以有效控制開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本。因此，基于部件的TPA技術(shù)被認(rèn)為是一種非常有前景的技術(shù)，可以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，前置地實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)性能的驗(yàn)證。研發(fā)過(guò)程中的虛擬樣機(jī)概念如圖2所示，能夠快速評(píng)估大量的設(shè)計(jì)變體，并對(duì)噪聲振動(dòng)性能進(jìn)行有效地、主動(dòng)地控制。該技術(shù)可以在產(chǎn)品研發(fā)的初期便發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并在更改設(shè)計(jì)所需成本和影響都可控的階段，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.2 切實(shí)有效的零部件目標(biāo)設(shè)定

切實(shí)有效的目標(biāo)設(shè)定對(duì)于最終產(chǎn)品噪聲振動(dòng)性能的控制至關(guān)重要，可以避免設(shè)計(jì)更改帶來(lái)的附加成本，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)末期也不再需要和零部件供應(yīng)商進(jìn)行的大量討論。然而，定義好的設(shè)計(jì)目標(biāo)并不容易，尤其是對(duì)于新的零部件和新的系統(tǒng)架構(gòu)而言。在零部件目標(biāo)設(shè)定過(guò)程中，使用激勵(lì)源自身獨(dú)立特性的載荷數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)最終產(chǎn)品噪聲振動(dòng)性能的控制。對(duì)于生產(chǎn)動(dòng)力系統(tǒng)（激勵(lì)源）零部件的供應(yīng)商而言，能夠通過(guò)僅與動(dòng)力系統(tǒng)自身相關(guān)，而獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，來(lái)驗(yàn)證零部件的性能是否滿(mǎn)足要求；而對(duì)于主機(jī)廠(chǎng)而言，從動(dòng)力系統(tǒng)零部件供應(yīng)商那里，獲得激勵(lì)源的自身載荷信息后，就可以實(shí)現(xiàn)各種產(chǎn)品變種的虛擬裝配、進(jìn)行各種駕駛場(chǎng)景下的目標(biāo)點(diǎn)性能仿真預(yù)測(cè)。此外，在產(chǎn)品量產(chǎn)階段，質(zhì)檢部門(mén)也可以利用這些激勵(lì)源的自身載荷數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的質(zhì)量管控。對(duì)于傳統(tǒng)的工況試驗(yàn)，受邊界條件的影響，以及背景噪聲的干擾，響應(yīng)信號(hào)的頻譜/量級(jí)數(shù)據(jù)都會(huì)有噪聲污染。而如果使用各零部件經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的頻響函數(shù)（Frequency Response Function，簡(jiǎn)稱(chēng)FRF）數(shù)據(jù)，以及動(dòng)力系統(tǒng)供應(yīng)商提供的激勵(lì)源自身載荷數(shù)據(jù)，則可以降低完全依賴(lài)整機(jī)工況試驗(yàn)的不確定性。這樣工程師就可以縮小保守設(shè)計(jì)的范圍，減小合格或容差限值標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，降低產(chǎn)品合格判定的決策風(fēng)險(xiǎn)。

圖2：車(chē)輛工程中的虛擬樣車(chē)概念

4 經(jīng)典TPA VS. 部件TPA經(jīng)典TPA識(shí)別的是激勵(lì)源和被動(dòng)端結(jié)構(gòu)之間傳遞的接觸力。接觸力取決于裝配系統(tǒng)，通常不能用于不同的被動(dòng)端結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻佑|力同時(shí)取決于激勵(lì)源和被動(dòng)端結(jié)構(gòu)（完整裝配系統(tǒng)）。因此，接觸力不能用于預(yù)測(cè)工程分析，尤其是在強(qiáng)耦合系統(tǒng)中。另一方面，基于部件的TPA通過(guò)獨(dú)立的激勵(lì)源識(shí)別，得到的激勵(lì)源載荷不依賴(lài)于特定被動(dòng)端結(jié)構(gòu)：比如剛性約束力。這些載荷可以用于另一個(gè)被動(dòng)端結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，圖3通過(guò)示例進(jìn)行了說(shuō)明。假設(shè)一家供應(yīng)商使用經(jīng)典TPA來(lái)識(shí)別零部件測(cè)試臺(tái)上電機(jī)的接觸力，并將其提供給整機(jī)廠(chǎng)（OEM），試圖對(duì)系統(tǒng)裝配后的目標(biāo)點(diǎn)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。從結(jié)果中可以看到，預(yù)測(cè)得到的目標(biāo)響應(yīng)明顯偏離實(shí)測(cè)結(jié)果，因?yàn)橥ǔ＝佑|力依賴(lài)于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的特性，安裝到不同的被動(dòng)端結(jié)構(gòu)上的接觸力會(huì)發(fā)生變化。但如果激勵(lì)源自身的載荷特性能夠被獨(dú)立地表征（如通過(guò)稍后將要介紹的剛性約束力或自由振速來(lái)表征），那么結(jié)合激勵(lì)源和被動(dòng)端結(jié)構(gòu)在連接點(diǎn)的阻抗特性，就可以對(duì)裝配起來(lái)的系統(tǒng)響應(yīng)點(diǎn)，進(jìn)行符合實(shí)際情況的預(yù)測(cè)。

5 部件TPA技術(shù)的分析流程基于部件的TPA是一種相對(duì)較新的TPA技術(shù)，通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，我們可以通過(guò)一組剛性約束力，來(lái)表征獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的激勵(lì)源載荷，并預(yù)測(cè)激勵(lì)源與不同被動(dòng)端結(jié)構(gòu)耦合時(shí)的響應(yīng)結(jié)果，從而可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)評(píng)價(jià)的虛擬裝配。圖4對(duì)這個(gè)理念進(jìn)行了說(shuō)明，之后我們將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)討論。

5.1 激勵(lì)源載荷特性的獨(dú)立表征自由振速法和剛性約束力都可以用于噪聲振動(dòng)問(wèn)題中載荷特性的獨(dú)立表征。下面將討論獲得激勵(lì)源自身載荷特性的三種可能方法。以下各種方法，都假定激勵(lì)源自身產(chǎn)生載荷的機(jī)理（理想的力或位移特性載荷）不受被動(dòng)端結(jié)構(gòu)任何修改的影響。剛性約束力（Blocked Force）第一種方法是直接測(cè)量剛性約束力。部件的界面接觸點(diǎn)必須如圖5所示被夾緊，實(shí)現(xiàn)剛性約束。這是通過(guò)將激勵(lì)源連接到無(wú)限剛性的邊界來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該邊界在所關(guān)心的頻帶內(nèi)沒(méi)有諧振。然而，實(shí)際上，想要在這樣的剛性邊界條件下，獲取激勵(lì)源的工況載荷是頗具挑戰(zhàn)的，甚至是不可能的。

圖3：使用接觸力和剛性約束力預(yù)測(cè)的目標(biāo)響應(yīng)和測(cè)試結(jié)果對(duì)比

圖4：通過(guò)虛擬裝配進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)性能評(píng)價(jià)

圖5：直接測(cè)量剛性約束力

圖7：激勵(lì)源-接收端系統(tǒng)裝配示意圖自由振速（Free Velocity）激勵(lì)源自身載荷獨(dú)立表征的另一種方法是自由振速法。如文獻(xiàn)和圖6所示，自由振速法所表征的是：將激勵(lì)源懸吊于自由-自由邊界，在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，界面連接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際工程中，這種載荷獲取的試驗(yàn)方法并不能應(yīng)用于所有類(lèi)型的激勵(lì)源，僅適合于相對(duì)較小的動(dòng)力部件（例如轉(zhuǎn)向電機(jī)等）。而對(duì)于較重的動(dòng)力部件（例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)），自由-自由邊界條件可以通過(guò)一定的彈性安裝邊界來(lái)試驗(yàn)性地實(shí)現(xiàn)，在一定的頻率之上保證發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與支撐結(jié)構(gòu)的完全隔離。結(jié)合激勵(lì)源結(jié)構(gòu)自身的自由傳函矩陣

, 可以由自由振速推導(dǎo)出剛性約束力，如公式1所示：

圖6：激勵(lì)源安裝界面上的點(diǎn)可以自由運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)TPA（In-situ TPA）剛性約束力如果無(wú)法將激勵(lì)源獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)單獨(dú)表征，那么可以采用“現(xiàn)場(chǎng)”TPA方法來(lái)進(jìn)行剛性約束力的識(shí)別。這種方法可以應(yīng)用于臺(tái)架上或某種裝配下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。如圖7所示，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：激勵(lì)源A和被動(dòng)端結(jié)構(gòu)B，我們可以通過(guò)矩陣求逆的方法，間接估算得到剛性約束力。將指示加速度傳感器安裝在被動(dòng)端結(jié)構(gòu)上，測(cè)試得到工況數(shù)據(jù)和FRF；然后，通過(guò)公式2就可以計(jì)算出兩個(gè)部件在界面連接處的剛性約束力：

其中，

是：在A(yíng)B耦合系統(tǒng)中，從激勵(lì)源A的界面連接點(diǎn)各自由度，到被動(dòng)端結(jié)構(gòu)B上各個(gè)指示點(diǎn) j 的FRF所構(gòu)成的矩陣。

圖7：激勵(lì)源-接收端系統(tǒng)裝配示意圖這里請(qǐng)注意現(xiàn)場(chǎng)TPA與經(jīng)典TPA的區(qū)別。經(jīng)典TPA識(shí)別的是接觸力，是在激勵(lì)源與被動(dòng)端結(jié)構(gòu)斷開(kāi)連接的情況下，針對(duì)被動(dòng)端結(jié)構(gòu)B自身，通過(guò)公式3，對(duì)B結(jié)構(gòu)上連接點(diǎn)到指示點(diǎn)的FRF矩陣求逆，計(jì)算得到AB兩部件間的接觸力 (F3,c)：

其中，

是被動(dòng)端結(jié)構(gòu)B在解耦自由狀態(tài)下，其自身結(jié)構(gòu)上的界面連接點(diǎn)與指示點(diǎn) j 之間的FRF矩陣。

5.2 虛擬裝配將識(shí)別出的剛性約束力與虛擬裝配系統(tǒng)的FRF相結(jié)合，就可以對(duì)各激勵(lì)到系統(tǒng)目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的貢獻(xiàn)量直接進(jìn)行預(yù)測(cè)，而無(wú)需真實(shí)地在物理樣機(jī)上將激勵(lì)源裝配到被動(dòng)端結(jié)構(gòu)上。如果裝配起來(lái)的物理樣機(jī)已經(jīng)獲得，當(dāng)然也可以通過(guò)試驗(yàn)手段，測(cè)試得到系統(tǒng)的FRF。而如果只有單個(gè)零部件的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)可用，甚至僅僅只有一部分的零部件數(shù)據(jù)時(shí)，就需要通過(guò)頻域子結(jié)構(gòu)方法（Frequency based Substructuring，簡(jiǎn)稱(chēng)FBS），基于激勵(lì)源和被動(dòng)端結(jié)構(gòu)各自單獨(dú)的FRF數(shù)據(jù)，計(jì)算出虛擬裝配體的系統(tǒng)耦合FRF。原理上，F(xiàn)BS方法可以把不同部件（激勵(lì)源和被動(dòng)端結(jié)構(gòu)）的FRF組合為新的裝配體結(jié)構(gòu)的FRF。這些FRF既可以通過(guò)試驗(yàn)獲取，也可以由數(shù)值仿真模型計(jì)算得到。將部件A和B裝配起來(lái)得到耦合系統(tǒng)AB，需要每個(gè)部件自由邊界條件下的FRF矩陣，因?yàn)镕BS理論的假設(shè)前提要求部件為完全解耦狀態(tài)。如果將部件A和B剛性的連接起來(lái)，基于對(duì)偶裝配（Dual Assembly）/拉格朗日乘子的耦合系統(tǒng)表達(dá)形式，通過(guò)頻域子結(jié)構(gòu)方法，可以得到耦合系統(tǒng)FRF的計(jì)算過(guò)程，如公式4所示：

利用單個(gè)零部件的試驗(yàn)FRF進(jìn)行虛擬裝配是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的過(guò)程，因?yàn)樽咏Y(jié)構(gòu)FRF的測(cè)試誤差將會(huì)在計(jì)算過(guò)程中被放大，尤其是當(dāng)FRF矩陣的條件數(shù)不夠好的情況下。如果結(jié)構(gòu)是小阻尼結(jié)構(gòu)，其FRF矩陣的秩在共振頻率附件將會(huì)接近于1，對(duì)于界面連接點(diǎn)的剛度系數(shù)估計(jì)，即使很小的試驗(yàn)誤差也會(huì)導(dǎo)致比較大的誤差。為了減小這些誤差帶來(lái)的影響，措施之一是對(duì)連接界面的相容性（Interface Compatibility）條件進(jìn)行弱化，此外對(duì)稱(chēng)化（互易性）的模態(tài)參數(shù)擬合技術(shù)也經(jīng)常被用于改善這個(gè)問(wèn)題。

5.3 目標(biāo)點(diǎn)性能預(yù)測(cè)一旦利用公式1或者公式2得到了激勵(lì)源在界面連接位置的剛性約束力，再結(jié)合頻域子結(jié)構(gòu)方法得到的系統(tǒng)FRF矩陣，就可以預(yù)測(cè)出被動(dòng)端結(jié)構(gòu) (ur) c上任何位置的響應(yīng)。如方程5所示：

聯(lián)立方程3和5，可以推導(dǎo)出剛性約束力和接觸力之間的關(guān)系。如方程6所示：

對(duì)于使用自由振速來(lái)表征激勵(lì)源特性，如果將方程1代入方程6，就可以由自由振速推導(dǎo)得到接觸力，如方程7所示：

此外，在ISO / CD 21955.27標(biāo)準(zhǔn)中，描述了確定接觸力的另外一種方法。 即如何通過(guò)激勵(lì)源在臺(tái)架上的接觸力(F3,Bench) ，來(lái)確定激勵(lì)源在最終目標(biāo)裝配體上預(yù)期的接觸力(F3,c) ，具體計(jì)算如公式8所示。計(jì)算過(guò)程中需要：所有部件（包括激勵(lì)源A，臺(tái)架Bench，以及目標(biāo)裝配體的被動(dòng)端結(jié)構(gòu)B）各自的解耦FRF矩陣（H）、臺(tái)架上的懸置剛度特性（KBench），以及目標(biāo)裝配體中的懸置剛度特性（K）。

6 ISO標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于激勵(lì)源自身與被動(dòng)端結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的載荷特性，為了滿(mǎn)足行業(yè)對(duì)載荷識(shí)別流程標(biāo)準(zhǔn)化的需求，目前已發(fā)布的相關(guān)ISO標(biāo)準(zhǔn)如圖8所示。具體選擇要采用哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格取決于實(shí)際應(yīng)用的情況。西門(mén)子開(kāi)發(fā)的基于部件的TPA技術(shù)支持所有的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，關(guān)于部件TPA和頻域子結(jié)構(gòu)技術(shù)的相關(guān)發(fā)表論文已經(jīng)證明了這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性，確實(shí)可以從激勵(lì)源零部件自身載荷特性開(kāi)始，應(yīng)用于預(yù)測(cè)性的工程分析。接下來(lái)，我們將就激勵(lì)源自身載荷特性識(shí)別的不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。

圖8：ISO 標(biāo)準(zhǔn)

6.1 ISO 9611: 彈性安裝邊界條件，機(jī)械安裝點(diǎn)的振速測(cè)試

對(duì)于安裝在彈性隔振器上的激勵(lì)源，ISO 9611:1996標(biāo)準(zhǔn)定義了激勵(lì)源自身結(jié)構(gòu)聲載荷識(shí)別的試驗(yàn)流程。該方法以激勵(lì)源安裝點(diǎn)的自由振速作為載荷源的特征描述。當(dāng)激勵(lì)源安裝在足夠軟的隔振器上時(shí)，這種測(cè)試方法是有效，此時(shí)在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)，激勵(lì)源和支撐結(jié)構(gòu)之間可以被認(rèn)為是解耦的。

6.2 ISO 20270: 剛性約束力的間接測(cè)試已發(fā)布的ISO 20270：2019標(biāo)準(zhǔn)，定義了激勵(lì)源自身載荷特性的另外一種表征方法。標(biāo)準(zhǔn)中描述了如何利用一種矩陣求逆的方法實(shí)現(xiàn)激勵(lì)源自身屬性的表征，即一組剛性約束力。如5.1中所述，間接方法適用于激勵(lì)源安裝到任何被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的情況（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法）。因此，被動(dòng)端結(jié)構(gòu)可以是真實(shí)系統(tǒng)（例如整車(chē)）的一部分，但也可以是設(shè)計(jì)好的測(cè)試臺(tái)架，以確保激勵(lì)源的典型動(dòng)態(tài)載荷特性可以表現(xiàn)出來(lái)。

6.3 ISO/CD 21955: 臺(tái)架邊界到整車(chē)邊界，激勵(lì)源動(dòng)態(tài)載荷轉(zhuǎn)換的試驗(yàn)方法之前提到的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所描述的都是如何表征激勵(lì)源的載荷特性，然而并未特別提及如何實(shí)現(xiàn)目標(biāo)裝配體的聲音和振動(dòng)的性能預(yù)測(cè)。目前，ISO / CD 21955標(biāo)準(zhǔn)仍在制定過(guò)程中，在該標(biāo)準(zhǔn)中，將定義如何通過(guò)試驗(yàn)手段，將測(cè)試臺(tái)架上的激勵(lì)源部件所產(chǎn)生的激勵(lì)力，轉(zhuǎn)換為傳遞到另一個(gè)被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的激勵(lì)力。該標(biāo)準(zhǔn)將提供如何有效完成此試驗(yàn)過(guò)程的指南和建議。

7 虛擬測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù) (VPT)為了使用頻域子結(jié)構(gòu)方法，將各零部件進(jìn)行正確的耦合裝配，同時(shí)也為了計(jì)算得到準(zhǔn)確的剛性約束力，在所需要的FRF中，均牽涉到精確的連接位置幾何中心點(diǎn)自由度，而且不僅要有平動(dòng)自由度，還需要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。然而在實(shí)際工程中，這些數(shù)據(jù)往往很難直接精確地測(cè)試得到。例如，某些連接位置的中心點(diǎn)，并不存在于實(shí)際的物理結(jié)構(gòu)上，如輪輞的幾何中心點(diǎn)；此外，中心點(diǎn)的某些自由度方向也無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)試，如空間不夠而無(wú)法施加激勵(lì)。虛擬測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)（Virtual point transformation，簡(jiǎn)稱(chēng)VPT），又稱(chēng)為幾何縮聚技術(shù)（Geometrical Reduction），可以幫助我們克服這些局限。VPT技術(shù)可以將可測(cè)試自由度的力、加速度和FRF數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換到滿(mǎn)足局部剛性假設(shè)條件下的其他任意幾何位置點(diǎn)上，并同時(shí)得到這個(gè)點(diǎn)的平動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的FRF。所謂局部剛性假設(shè)條件，是指實(shí)際測(cè)點(diǎn)與虛擬測(cè)點(diǎn)間的結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是完全剛性的，即在這些點(diǎn)之間不存在局部的變形。轉(zhuǎn)換后的FRF只包含局部剛體位移信息，而這對(duì)于頻域子結(jié)構(gòu)算法是有利的。其余那些無(wú)法通過(guò)連接點(diǎn)周?chē)植縿傮w位移來(lái)描述的界面行為，將不會(huì)被用于虛擬裝配，這樣可以弱化連接界面的相容性條件。如5.2中所述，弱化界面的相容性可以改善子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。如5.2中所述，弱化界面的相容性可以改善子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。

7.1 VPT技術(shù)的應(yīng)用案例在圖9中，我們使用仿真數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明，在采用In-situ 現(xiàn)場(chǎng)TPA方法計(jì)算約束剛性力時(shí)，如果使用了有位置偏差的FRF數(shù)據(jù)，將會(huì)得到錯(cuò)誤的剛性約束力計(jì)算結(jié)果。In-situ TPA方法，要求激勵(lì)源保持安裝狀態(tài)，這樣一來(lái)，我們就無(wú)法從連接位置的中心點(diǎn)進(jìn)行激勵(lì)和測(cè)試，在實(shí)際工程中，實(shí)際激勵(lì)點(diǎn)往往偏離中心點(diǎn)一定的距離。圖中，藍(lán)色曲線(xiàn)是使用存在位置偏差的FRF計(jì)算得到的錯(cuò)誤剛性約束力，而紅色曲線(xiàn)是正確的剛性約束力，可見(jiàn)二者的差異明顯。VPT虛擬測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)將非連接位置中心點(diǎn)的實(shí)測(cè)FRF，轉(zhuǎn)換到虛擬中心測(cè)點(diǎn)位置的FRF。

圖9：采用in-situ TPA方法，有位置偏差的FRF會(huì)造成剛性約束力的計(jì)算誤差VPT的另一個(gè)典型應(yīng)用是在路噪分析中，識(shí)別輪胎軸頭所受到的力和力矩，然后使用FBS方法，將輪胎和懸架系統(tǒng)耦合裝配起來(lái)，進(jìn)行車(chē)內(nèi)路噪性能的預(yù)測(cè)。如圖10所示，為了分析軸頭的載荷，首先利用VTP技術(shù)，將輪心周?chē)恢脤?shí)測(cè)的FRFs，轉(zhuǎn)換為輪心位置的原點(diǎn)FRF（包括力及力矩）。

圖10 ：使用VPT技術(shù)，獲得輪心位置處剛性約束力與力矩因此，對(duì)于FBS而言，可以通過(guò)VPT技術(shù)得到兩個(gè)部件在精確耦合點(diǎn)的FRF數(shù)據(jù)。對(duì)于車(chē)輪，將FRF轉(zhuǎn)換到輪心位置；而對(duì)于懸架，則是將FRF轉(zhuǎn)換到軸心位置。

圖11：使用VPT技術(shù)獲得車(chē)輪與懸架耦合點(diǎn)的FRF，進(jìn)行基于FBS技術(shù)的系統(tǒng)虛擬裝配

8 試驗(yàn)所面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于傳遞路徑分析和頻域子結(jié)構(gòu)綜合來(lái)說(shuō)，F(xiàn)RF的測(cè)試是工作中關(guān)鍵的一環(huán)。因?yàn)楹罄m(xù)的方程求解，最終實(shí)際上歸結(jié)為FRF矩陣的求逆運(yùn)算。數(shù)據(jù)上微小的誤差和噪聲干擾，在求逆后都會(huì)被放大。此外，在高頻段，頻譜噪聲干擾大，信號(hào)相干性降低，成為T(mén)PA分析的一個(gè)棘手問(wèn)題。

8.1 數(shù)據(jù)精度的要求

整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的不確定性來(lái)源于多個(gè)方面，其中一個(gè)經(jīng)常被忽視的誤差來(lái)源，就是FRF測(cè)試中的激勵(lì)信號(hào)。在FRF測(cè)量過(guò)程中，激振器的對(duì)準(zhǔn)以及保證激振器和測(cè)試對(duì)象間的最小耦合是至關(guān)重要的。為了確保高質(zhì)量的FRF測(cè)量，西門(mén)子專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一系列的專(zhuān)用激振器Simcenter? Qsources。先進(jìn)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)，可以確保：? 體積小，易安裝，不受空間限制? 激勵(lì)位置和角度精準(zhǔn)? 信噪比高，重復(fù)性好? 激勵(lì)能量充分

圖12: Simcenter Qsources激振器系列

8.2 數(shù)據(jù)的檢查驗(yàn)證

TPA模型很容易包含上千個(gè)FRF數(shù)據(jù)。手動(dòng)檢查所有FRF的數(shù)據(jù)質(zhì)量幾乎是不可能的，不僅工作量大，而且某些小錯(cuò)誤也很難被發(fā)現(xiàn)，比如方向設(shè)錯(cuò)。為了快速評(píng)估FRF數(shù)據(jù)的質(zhì)量，西門(mén)子專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件功能——如圖13所示的矩陣熱力圖（Matrix Heatmap）。將所有FRF直接拖拽到圖中，就可以立即識(shí)別出可能存在的異常，進(jìn)行包括自由度方向、附加質(zhì)量影響、驅(qū)動(dòng)點(diǎn)特性、互易性檢查等各方面的數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

圖13: 矩陣熱力圖 - 高效檢查FRF數(shù)據(jù)質(zhì)量9 試驗(yàn)案例本章將基于雨刷電機(jī)的應(yīng)用案例解釋部件TPA的各個(gè)步驟，試驗(yàn)設(shè)置如圖14所示。第一步，根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行激勵(lì)源自身載荷特性的識(shí)別：? ISO 20270: 剛性約束力的間接測(cè)試方法? ISO 9611: 自由振速方法第二步，識(shí)別出激勵(lì)源剛性約束力后，與新的“源-接受點(diǎn)”目標(biāo)裝配體（“電機(jī)+被動(dòng)端結(jié)構(gòu)A”）的系統(tǒng)FRF相結(jié)合。

圖 14: 試驗(yàn)的布置最后，通過(guò)以下方法對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以評(píng)估電機(jī)在新的裝配體中的性能表現(xiàn)：? 剛性約束力法? 自由振速法? ISO/CD 21955 臺(tái)架試驗(yàn)轉(zhuǎn)換法

9.1 試驗(yàn)設(shè)置

雨刷電機(jī)部件TPA分析整個(gè)流程如圖15所示。所需要的頻響函數(shù)及噪聲傳函（Noise Transfer Functions，簡(jiǎn)稱(chēng)NTFs）均是通過(guò) Simcenter? Testlab? MIMO FRF 測(cè)試軟件結(jié)合QSource高頻迷你激振器Q-HSH測(cè)試得到的。Q-HSH迷你激振器可以應(yīng)用于高頻（300Hz-10kHz）結(jié)構(gòu)/聲振傳函的測(cè)試，非常適合于電動(dòng)部件或電驅(qū)總成。另外，迷你激振器不需要外部支撐，可以任意角度地安裝，實(shí)現(xiàn)單軸寬頻的激勵(lì)。對(duì)于工況數(shù)據(jù)的測(cè)試，則使用Simcenter Testlab Signature Acquisition信號(hào)特征采集軟件及SCADAS硬件，完成電機(jī)從300 rpm到3,000 rpm加速過(guò)程的測(cè)試。如圖16所示，雨刷電機(jī)有兩種不同的裝配形式，包括初始用于剛性約束力識(shí)別的“電機(jī)+臺(tái)架”裝配形式，以及最終進(jìn)行性能預(yù)測(cè)的“電機(jī)+接收端目標(biāo)結(jié)構(gòu)”的裝配體。雨刷電機(jī)是振動(dòng)的激勵(lì)源，電機(jī)有3個(gè)剛性安裝點(diǎn)，每個(gè)安裝點(diǎn)考慮3個(gè)平動(dòng)自由度（x，y，z）。在被動(dòng)端結(jié)構(gòu)上的多個(gè)指示點(diǎn)及2個(gè)目標(biāo)評(píng)價(jià)點(diǎn)（t1和t2）位置，布置振動(dòng)加速度傳感器，進(jìn)行FRF和工況振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試。

圖15：雨刷電機(jī)部件TPA分析步驟

圖16：初始裝配形式和目標(biāo)裝置體

9.2 激勵(lì)源載荷特性的確定剛性約束力計(jì)算質(zhì)量的交叉驗(yàn)證（現(xiàn)場(chǎng)檢查）首先，根據(jù)ISO / DIS 20270標(biāo)準(zhǔn)，在初始的臺(tái)架裝配形式上。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)剛性約束力的識(shí)別和驗(yàn)證。根據(jù)公式2，使用現(xiàn)場(chǎng)TPA矩陣求逆算法計(jì)算得到剛性約束力，然后將目前裝配狀態(tài)下結(jié)構(gòu)上的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，與實(shí)測(cè)結(jié)果做對(duì)比。圖17表明，在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)的階次頻譜很好的吻合。通過(guò)這種驗(yàn)證，可以對(duì)裝配體剛性約束力的計(jì)算質(zhì)量進(jìn)行檢查。

圖17：目標(biāo)點(diǎn)t1，90階成分，與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證      上圖：在初始的臺(tái)架裝配狀態(tài)下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)TPA技術(shù)識(shí)別剛性約束力，預(yù)測(cè)得到的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)結(jié)果（綠色）和實(shí)測(cè)結(jié)果（紅色）的對(duì)比。    下圖：各載荷路徑的貢獻(xiàn)量預(yù)測(cè)分析剛性約束力的可傳遞性驗(yàn)證下一步，將初始的臺(tái)架裝配狀態(tài)（電機(jī)+臺(tái)架）下識(shí)別出的剛性約束力，結(jié)合實(shí)測(cè)的目標(biāo)裝配體的耦合FRFs，來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)裝配體（電機(jī)+被動(dòng)端結(jié)構(gòu)）的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)。如圖18所示，在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)和實(shí)測(cè)結(jié)果取得了很好的一致性。

圖18：剛性約束力的可傳遞性驗(yàn)證（目標(biāo)點(diǎn)t1，90階成分的振動(dòng)響應(yīng)）上圖：三種目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)結(jié)果的對(duì)比：實(shí)測(cè)結(jié)果（紅色），目標(biāo)裝配體現(xiàn)場(chǎng)TPA識(shí)別剛性約束力所得到的預(yù)測(cè)結(jié)果（綠色），初始臺(tái)架裝配狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)TPA識(shí)別剛性約束力所得到的預(yù)測(cè)結(jié)果（藍(lán)色）。   下圖：各載荷路徑的貢獻(xiàn)量預(yù)測(cè)分析自由振速法表征根據(jù)ISO9611所述的自由振速法，將電機(jī)放置在彈性界面上（如圖19所示），對(duì)各工況下所有連接點(diǎn)的振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試。

圖19：自由振速法試驗(yàn)布置圖20展示了將自由振速法應(yīng)用到目標(biāo)裝配體時(shí)，預(yù)測(cè)得到的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)階次譜和實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比。雖然預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的頻譜趨勢(shì)基本一致，但可以注意到，在比較高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)二者的一致性更好，而在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的較大差異應(yīng)該是來(lái)自于頻域子結(jié)構(gòu)的計(jì)算誤差。

圖20：自由振速法的預(yù)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證，目標(biāo)裝配體（電機(jī)+被動(dòng)端結(jié)構(gòu)A），目標(biāo)點(diǎn)t1振動(dòng)響應(yīng)   上圖：三種目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)結(jié)果的對(duì)比：實(shí)測(cè)結(jié)果（紅色），自由振速法預(yù)測(cè)結(jié)果（綠色），初始臺(tái)架裝配狀態(tài)現(xiàn)場(chǎng)TPA識(shí)別剛性約束力所得到的預(yù)測(cè)結(jié)果（藍(lán)色）；   下圖：各載荷路徑的貢獻(xiàn)量預(yù)測(cè)分析

9.3 裝配到實(shí)際的目標(biāo)被動(dòng)端結(jié)構(gòu)

FBS: FRFs 的對(duì)比對(duì)頻域子結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證的第一個(gè)直接的方法是對(duì)比實(shí)測(cè)的系統(tǒng)耦合FRF與采用頻域子結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的系統(tǒng)耦合FRF。采用公式4中所描述的對(duì)偶裝配（Dual Assembly）/拉格朗日乘子的耦合系統(tǒng)FBS技術(shù)，計(jì)算出目標(biāo)裝配體的系統(tǒng)耦合FRF。例如在圖21中，就目標(biāo)點(diǎn)t1與某個(gè)連接點(diǎn)x方向激勵(lì)的系統(tǒng)耦合FRF，進(jìn)行了頻域子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比。FBS: 界面接觸力的對(duì)比對(duì)頻域子結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證的第二個(gè)方法是對(duì)比界面接觸力。通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)TPA計(jì)算得到的界面接觸力與按照公式6采用剛性約束力和頻域子結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的界面接觸力，驗(yàn)證頻域子結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。通過(guò)圖21以及圖22對(duì)比分析，說(shuō)明了不同方法所得到結(jié)果的一致性很好，從而證實(shí)通過(guò)試驗(yàn)手段，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出各個(gè)零部件的動(dòng)力學(xué)特性。

圖21：系統(tǒng)耦合FRF對(duì)比：實(shí)測(cè)結(jié)果（紅），F(xiàn)BS計(jì)算結(jié)果（綠）

圖22：界面接觸力對(duì)比：經(jīng)典TPA實(shí)測(cè)結(jié)果（紅），F(xiàn)BS計(jì)算結(jié)果（綠）

9.4 目標(biāo)點(diǎn)性能預(yù)測(cè)基于FBS和剛性約束力將計(jì)算得到的剛性約束力，以及通過(guò)頻域子結(jié)構(gòu)獲取的耦合FRF相結(jié)合，就可以對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。采用公式5計(jì)算得到的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比如圖23所示。ISO/CD 21955 基于臺(tái)架試驗(yàn)的界面接觸力目標(biāo)點(diǎn)預(yù)測(cè)的另一種方法是基于試驗(yàn)臺(tái)架的界面接觸力，結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)架、激勵(lì)源和目標(biāo)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)特性（各部件原點(diǎn)與跨點(diǎn)的FRF）。采用公式8將臺(tái)架的界面接觸力轉(zhuǎn)化為實(shí)際安裝目標(biāo)結(jié)構(gòu)上的界面接觸力。

9.5 時(shí)域預(yù)測(cè)：支持聲音回放目標(biāo)點(diǎn)的預(yù)測(cè)也可以在時(shí)域進(jìn)行。通過(guò)響應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)與有限沖擊響應(yīng)濾波器（FIR Filters），計(jì)算得到時(shí)域剛性約束力，而后再合成得到實(shí)際裝配結(jié)構(gòu)的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)。時(shí)域方法計(jì)算得到的數(shù)據(jù)不僅可以用于客觀(guān)指標(biāo)的計(jì)算，還可以對(duì)聲學(xué)響應(yīng)進(jìn)行聲音回放。圖25展示了采用Simcenter Testlab的時(shí)域TPA（Time domain TPA）功能進(jìn)行時(shí)域響應(yīng)預(yù)測(cè)的分析結(jié)果。為了對(duì)TPA結(jié)果精度進(jìn)行驗(yàn)證，分別對(duì)TPA合成的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的時(shí)域數(shù)據(jù)后處理頻譜分析，可以看到，預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的三維頻譜非常相似。

圖23：目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)對(duì)比：實(shí)測(cè)結(jié)果（紅），基于剛性約束力的預(yù)測(cè)結(jié)果（綠）

圖24：目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)對(duì)比：實(shí)測(cè)結(jié)果（紅），基于臺(tái)架界面接觸力轉(zhuǎn)換的預(yù)測(cè)結(jié)果（綠），基于剛性約束力的預(yù)測(cè)結(jié)果（藍(lán)）

9.6 基于混合建模的結(jié)構(gòu)修改預(yù)測(cè)

如前所述，基于部件傳遞路徑分析方法，可以進(jìn)行高級(jí)預(yù)測(cè)性研究分析。例如，結(jié)合Simcenter? 3D仿真軟件，生成各種新的被動(dòng)端結(jié)構(gòu)有限元模型（例如對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化）。將優(yōu)化后的有限元模型，與試驗(yàn)計(jì)算得到的電機(jī)的激勵(lì)源自身載荷特性（如剛性約束力）相結(jié)合，就可以進(jìn)行早期的設(shè)計(jì)優(yōu)化評(píng)估。通過(guò)頻域子結(jié)構(gòu)技術(shù)，計(jì)算出電機(jī)裝配到新的目標(biāo)被動(dòng)端結(jié)構(gòu)后的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，然后結(jié)合電機(jī)的自身載荷特性數(shù)據(jù)，就可以對(duì)新的裝配結(jié)構(gòu)的噪聲振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。得益于激勵(lì)源獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的自身載荷特性，可以把它裝配到任意被動(dòng)端結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。這樣，就可以對(duì)產(chǎn)品不同的迭代設(shè)計(jì)進(jìn)行快速的性能評(píng)估，在設(shè)計(jì)研發(fā)的各個(gè)階段，對(duì)產(chǎn)品的噪聲振動(dòng)性能進(jìn)行管控。這個(gè)研發(fā)流程還可以幫助工程師給各個(gè)零部件設(shè)定出切實(shí)合理的設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了充分發(fā)揮部件TPA技術(shù)的潛力，需要保證數(shù)據(jù)在仿真和試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，供應(yīng)商和集成商之間的高效而準(zhǔn)確的傳遞。為此，西門(mén)子開(kāi)發(fā)了一套專(zhuān)門(mén)的模型化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，幫助用戶(hù)對(duì)各種零部件模型數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的管理，自動(dòng)地完成虛擬裝配，進(jìn)行噪聲振動(dòng)性能的預(yù)測(cè)及目標(biāo)分解。

圖25：時(shí)域TPA預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)結(jié)果的對(duì)比

圖26：將目標(biāo)被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的有限元模型與電機(jī)自身的載荷特性數(shù)據(jù)相結(jié)合，混合建模實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)的性能預(yù)測(cè)

總結(jié)

基于部件的傳遞路徑分析技術(shù)是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，能夠在設(shè)計(jì)初期，僅基于各個(gè)激勵(lì)源部件的臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)貢獻(xiàn)量的評(píng)估?；诓考膫鬟f路徑分析技術(shù)的目的是：通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)識(shí)別出激勵(lì)源的獨(dú)立載荷特性，再通過(guò)頻域子結(jié)構(gòu)計(jì)算或?qū)崪y(cè)得到系統(tǒng)的FRF，而后虛擬裝配，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品振動(dòng)噪聲性能的預(yù)測(cè)。通過(guò)這種基于虛擬原型產(chǎn)品的分析方法，可以對(duì)大量變種型號(hào)產(chǎn)品的性能進(jìn)行快速地預(yù)測(cè)和評(píng)估；在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，研發(fā)人員可以時(shí)刻地主動(dòng)掌控產(chǎn)品的噪聲振動(dòng)性能表現(xiàn)。在產(chǎn)品的早期設(shè)計(jì)階段，盡早發(fā)現(xiàn)潛在的噪聲振動(dòng)問(wèn)題，完成設(shè)計(jì)的優(yōu)化改進(jìn)。相比產(chǎn)品研發(fā)中后期的設(shè)計(jì)更改，能夠大大降低成本。通過(guò)電機(jī)的應(yīng)用案例，展示了部件TPA分析流程中的各種潛在可能。在第一步中，采用了不同的技術(shù)（例如：剛性約束力和自由振速法），對(duì)電機(jī)（激勵(lì)源）獨(dú)立于被動(dòng)端結(jié)構(gòu)的自身載荷特性進(jìn)行了識(shí)別；在第二步中，采用了頻域子結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行虛擬裝配預(yù)測(cè)。部件TPA技術(shù)有助于加速研發(fā)工程中的設(shè)計(jì)決策。

參考文獻(xiàn)1. Van der Auweraer, H. Wyckaert, K. Hendricx, W. and van der Linden,P., “Noise and vibration transfer path analysis,” Lecture series-vanKareman Institute for fluid dynamics, 2, pp.I1-I22.2. P. Van de Ponseele, H. Van der Auweraer, K. Janssens, “Source-Transfer-Receiver approaches: a review of methods,” Proceedings ofISMA2012, International Conference on Noise and VibrationEngineering, Leuven, Belgium, 2012, Leuven (2012).3. H. Van der Auweraer, P. Mas, S. Dom, A. Vecchio, K. Janssens and P.Van de Ponseele, “Transfer path analysis in the critical path of vehiclerefinement: the role of fast, hybrid and operational path analysis,”P(pán)roceedings of SAE N&V Conference 2007, May 14-17, paper2007-01-2352.4. B. Jetmundsen, R. L. Bielawa, W. G. Flannelly, “Generalized FrequencyDomain Substructure Synthesis,” Journal of the American HelicopterSociety 33.1 (1988), pp. 55–64.5. M. H. A. Janssens and J. W. Verheij, “A pseudo-forces methodology tobe used in characterization of structure-borne sound sources,” AppliedAcoustics, Vol. 61, pp. 285-308, 2000.6. D. de Klerk, D. Rixen, and J. D. Jong, “The frequency based substructuring(FBS) method reformulated according to the dual domaindecomposition method,” International Modal Analysis Conference(IMAC), Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series,2006.7. J. Vaudelle, F. Godard, F. Odelot, and A. Sanon, “Wiper systemDynamic Forces: from the Test Bench to the Vehicle,” SAE InternationalJournal of Passenger Cars - Mechanical Systems, 2016.8. F. Bianciardi, J. Ortega Almirón, E. Risaliti, P. Corbeels, “Road noiseassessment using component-based TPA for a tire assembly,” SIA-CTTMAutomotive NVH Comfort, 20189. J. Ortega Almirón, F. Bianciardi, P. Corbeels, W. Desmet, “Predictingvibration levels on an experimental test case by using invariant loads(e.g. blocked forces) as source characterization,” Proceedings ISMAUSD,201810. H. A. Bonhoff, B. A. T. Petersson, “Towards a structure-borne soundsource characterization for low-noise design,” Institute of FluidMechanics and Engineering Acoustics, TU Berlin, Berlin, Germany,D-10587, 2010.11. Wienen, K., Sturm, M., Moorhouse, A., and Meggitt, J., “Robust NVHEngineering Using Experimental Methods - Source CharacterizationTechniques for Component Transfer Path Analysis and Virtual AcousticPrototyping,” SAE International Journal of Advances and CurrentPractices in Mobility 1(4):1766-1778, 201912. M. Sturm, T. Alber, A. T. Moorhouse, D. Zabel and Z. Wang, “The in-situblocked force method for characterization of complex automotivestructure-borne sound sources and its use for virtual acoustic prototyping,”P(pán)roceedings of the International Conference on Noise & VibrationEngineering (ISMA), Leuven, Belgium, 2016.13. M. V. van der Seijs, E. A. Pasma, D. de Klerk and J. R. Rixen, “A robusttransfer path analysis method for steering gear vibrations on a testbench,” Proceedings of the International Conference on Noise &Vibration Engineering (ISMA), Leuven, Belgium, 2014.14. D. J. Rixen: “How measurement inaccuracies induce spurious peaks inFrequency based Substructuring,” International Modal AnalysisConference (IMAC), 2008.15. D. J. Ewins and P. T. Gleeson: “Experimental determination of multidirectionalmobility data for beams,” Shock and Vibration Bulletin, pp.153-173, 1975.16. S. Helderweirt, H. Van der Auweraer, P. Mas, L. Bregant, and D.Casagrande, “Application of accelerometer-based rotational degree offreedom measurements for engine subframe modelling,” Proceedingsof the International Modal Analysis Conference (IMAC), 2001.17. M. V. van de Seijs, D. D. van den Bosch, D. J. Rixen, and D. de Klerk:“An improved methodology for the virtual point transformation ofmeasured frequency response functions in dynamic substructuring,”M. Papadrakakis, V. Papadopoulos, V. Plevris (Eds.), 4th ECCOMASThematic Conference on Computational Methods in StructuralDynamics and Earthquake Engineering, pp. 4334-4347, 2013.18. Wyckaert K., McAvoy G., Mas P., “Flexible Substructuring based onMixed Finite Element and Experimental Models: A step ahead ofTransfer Path Analysis,” Proceedings of the 14th International ModalAnalysis Conference, Michigan, 1996.19. Sakai T., Terada M., Ono S., et al., “Development procedure for interiornoise performance by virtual vehicle refinement, combining experimentaland numerical component models,” SAE International,Warrendale, Pennsylvania, 2001.20. D. de Klerk, D. J. Rixen, S. N. Voormeeren, “General framework fordynamic substructuring: history, review and classification of techniques,”AIAA Journals 46 (5) (2008) pp. 1169-1181.21. Van der Seijs, MV, de Klerk, D & Rixen, D. J., “General framework fortransfer path analysis: History, theory and classification of techniques,”Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 68-69, pp. 217-244,2016.22. D. J. Rixen, A. Boogard, M. V. van der Seijs, G. van Schothorst, and T.van der Poel, “Vibration source description in Substructuring: A theoreticaldepiction,” Mechanical Systems and Signal Processing, vol.60-61, pp. 498-511, 2015.23. A. T. Moorhouse, A. S. Elliott, T. A. Evans, “In situ measurement of theblocked force of structureborne sound sources,” Journal of Sound andVibration, Vol. 325, pp. 679-685, 2009.24. Elliott, J. W. R. Meggitt, A. T. Moorhouse, “Blocked forces for the characterisationof structure borne noise,” Institute of Noise ControlEngineering, Internoise and Noise-Con Congress and ConferenceProceedings, Vol. 250, No. 1, pp. 5798-5805, 2015.25. A. S. Elliott, A. T. Moorhouse, “A quarter vehicle transfer path analysisby in-situ measurements.” Proceedings of November 2012 Noise andVibration: Emerging Methods, pp. 009 1-7, Sorrento, Italy, 2012.26. ISO9611:1996, “Characterization of structure-borne sound withrespect to sound radiation from connected structures. Measurementsof velocity at the contact points of machinery when resilientlymounted.”27. ISO/CD 21955, “Experimental method for transposition of dynamicforces generated by an active component from a test bench to a vehicle,”committee draft, 2019.28. ISO 20270:2019, “Acoustics – Characterization of sources of structurebornesound and vibration –“ Indirect measurement of blocked forces.”29. M.S. Allen, D. Rixen, M. van der Seijs, P. Tiso, T. Abrahamsson, R. L.Mayes, “Substructuring in Engineering Dynamics, Emerging Numericaland Experimental Techniques,” CISM International Centre forMechanical Sciences Courses and Lectures, Springer (2019)30. B. Peeters, H. Van der Auweraer, P. Guillaume and J. Leuridan, “ThePolyMAX frequency-domain method: a new standard for modal parameterestimation?,” Shock and Vibration 11 (2004) 395–409.31. M. El-Kafafy, B. Peeters, P. Guillaume, T. De Troyer, “Constrained maximumlikelihood modal parameter identification applied to structuraldynamics,” Mechanical Systems and Signal Processing, Volumes72–73, pp. 567-589, May 2016.32. P.J.G. Van Der Linden, K. Wyckaert, H. Van der Auweraer, “Applicationof a Modular Vehicle Noise and Vibration Development Approach,”SIAT Conference (2001), SAE, doi: 10.4271/2001-26-0037

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