在噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）工程領(lǐng)域，傳遞路徑分析（TPA）是定位振動噪聲源頭、量化路徑貢獻的核心技術(shù)。傳遞路徑分析可量化各種振動與噪聲源及其傳播路徑，發(fā)現(xiàn)振動與噪聲問題貢獻量最大的來源。根據(jù)TPA指示的問題關(guān)鍵路徑點，使得優(yōu)化系統(tǒng)的NVH性能變得有的放矢。

漢航NTS.LAB TPA軟件模塊基于成熟理論模型，結(jié)合堅實的工程落地能力，為多行業(yè)提供從“問題診斷”到“優(yōu)化指導(dǎo)”的全流程解決方案。

一、理論基礎(chǔ)：TPA的核心原理與數(shù)學模型

TPA的本質(zhì)是通過“激勵—傳遞—響應(yīng)”的物理關(guān)系，拆解復(fù)雜系統(tǒng)中振動噪聲的傳播路徑，其理論核心圍繞“噪聲源—載荷”與“傳遞函數(shù)”展開，關(guān)鍵數(shù)學模型如下：

圖1 TPA核心物理模型

1.1核心物理邏輯

任何振動噪聲問題都遵循“響應(yīng)（接收者）=載荷（振動/噪聲源）×傳遞函數(shù)”的基本關(guān)系：

? 載荷（振動/噪聲源）：系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生振動噪聲的源頭（如發(fā)動機燃燒力、輪胎接地沖擊力、風機旋轉(zhuǎn)的氣流空氣聲）等；

? 傳遞函數(shù)：描述激勵從 “源頭”到“接收點”的傳遞特性（如力傳遞、聲輻射傳遞），反映結(jié)構(gòu)或介質(zhì)對振動噪聲的傳遞特性；

? 響應(yīng)（接收者）：接收點的最終振動或噪聲表現(xiàn)（如車身加速度、車內(nèi)聲壓）。

1.2 關(guān)鍵計算公式

漢航NTS.LAB傳遞路徑分析模塊可解決結(jié)構(gòu)聲TPA和空氣聲TPA兩類傳遞路徑分析問題，軟件模塊已封裝核心計算邏輯，計算方法包經(jīng)典的直接法、懸置剛度法、單路徑分析法、逆矩陣法、工況TPA和高階分析方法—組件TPA。下面以逆矩陣法介紹結(jié)構(gòu)聲TPA和空氣聲TPA兩類計算模型以及最新研發(fā)的組件TPA分析方法。

（1）結(jié)構(gòu)聲TPA（逆矩陣法）

針對固體結(jié)構(gòu)傳遞的振動（如發(fā)動機通過懸置傳至車身），通過測量響應(yīng)與傳遞函數(shù)反求等效激勵，再計算路徑貢獻。

圖2 TPA結(jié)構(gòu)聲傳播模型

A. 傳遞函數(shù)定義：

上式中Xi(ω)為接收點響應(yīng)， Fj(ω)為激勵力，ω為角頻率。

B. 等效激勵求解

上式通過偽逆矩陣處理多路徑數(shù)據(jù)。

C. 路徑貢獻量化

單路徑貢獻量：

貢獻量占比：

（2）空氣聲TPA（體積加速度法）

針對空氣傳播的噪聲（如風噪、發(fā)動機表面輻射聲），以“體積加速度”描述聲源輻射強度。

圖3 TPA空氣聲傳播模型

傳遞函數(shù)定義：

上式中P(ω)為接收點聲壓，Qq(ω)為聲源體積加速度，路徑貢獻計算邏輯同結(jié)構(gòu)聲，僅將“力激勵”替換為“體積加速度激勵”即可。

（3）部件TPA（CTPA方法）

?  基于部件的TPA技術(shù)（Component-based TPA）可以獲取獨立的激勵源載荷，此載荷獨立于被動端結(jié)構(gòu)，代表著激勵源自身的載荷屬性。基于激勵源的自身載荷特性—等效力，將其虛擬裝配至不同的被動端結(jié)構(gòu)上，快速完成激勵源搭配不同載體（如車身、整機等）的響應(yīng)點預(yù)測，從而在產(chǎn)品開發(fā)階段完成相關(guān)NVH性能的優(yōu)化。

? CTPA的最大特點在于載荷求解方式不同。經(jīng)典TPA通過傳遞函數(shù)直接求解3點處的接觸載荷fc，存在兩個弊端：1）測試時主動端和被動端必須實物連接（因此經(jīng)典TPA多用于實物診斷和驗證）；2）受限于加速度傳感器的方向，只能求解三個方向的載荷。

? CTPA首先求解2點處的等效力，然后通過連接件的剛度參數(shù)進行虛擬裝配，求解3點處的接觸力，無需被動端的真實參與，這樣在設(shè)計階段即可進行主動端（例如發(fā)動機或電機）等效力的測試、然后與不同的被動端（例如車體）進行虛擬裝配，完成目標點的相應(yīng)預(yù)測，并進行相應(yīng)的優(yōu)化工作。

? 其次結(jié)合虛擬點轉(zhuǎn)換（VPT）功能，在主動端實物測試階段，可多布置測點，根據(jù)不同位置處的幾何和受力關(guān)系求解出6自由度的載荷力，后續(xù)用于接觸點處，解決經(jīng)典TPA方法的第二弊端，在進行CTPA分析時，需要的數(shù)據(jù)包括：主動端測試數(shù)據(jù)、連接件動剛度、被動段有限元數(shù)據(jù)。

二、工程應(yīng)用：多領(lǐng)域的問題解決場景

TPA軟件模塊可適配不同行業(yè)的NVH痛點，核心應(yīng)用領(lǐng)域常見的問題及利用TPA的解決方案舉例如下：

2.1汽車行業(yè)（核心應(yīng)用場景）

? 動力總成振動控制

問題舉例：發(fā)動機振動通過懸置傳遞到車身，導(dǎo)致車內(nèi)低頻共振（如20-50Hz轟鳴）。

解決思路：通過結(jié)構(gòu)聲TPA量化各懸置路徑的貢獻（如某懸置貢獻占比達70%），指導(dǎo)懸置剛度優(yōu)化或添加阻尼材料，降低共振響應(yīng)。

? 車內(nèi)噪聲分離

問題舉例：高速行駛時車內(nèi)噪聲混雜胎噪、風噪、發(fā)動機噪聲，無法定位主要噪聲源頭。

解決思路：用空氣聲TPA分離胎噪（輪胎接地輻射）與風噪（車身表面氣流輻射）的貢獻，若胎噪貢獻占比60%，可針對性優(yōu)化輪胎花紋或輪拱隔音。

? 底盤振動優(yōu)化

問題舉例：不平路面導(dǎo)致懸架振動傳遞到方向盤，產(chǎn)生“打手”現(xiàn)象；

解決思路：通過TPA識別懸架擺臂、穩(wěn)定桿等路徑的傳遞特性，優(yōu)化襯套剛度或懸架幾何，降低方向盤振動加速度。

圖4 汽車TPA測試

2.2 航空航天行業(yè)

? 座艙舒適度提升

問題舉例：航電設(shè)備振動通過支架傳遞到座艙，影響乘客舒適度（如加速度＞0.1m/s2）。

解決思路：用組件級TPA（子結(jié)構(gòu)法）預(yù)測航電設(shè)備的振動傳遞路徑，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)或添加隔振墊，將座艙振動控制在0.05m/s2以內(nèi)。

圖5 航空發(fā)動機TPA測試

2.3 機械制造行業(yè)

? 機床精度保障

問題舉例：機床主軸高速旋轉(zhuǎn)時，振動通過導(dǎo)軌傳遞到工作臺，導(dǎo)致加工件尺寸誤差（如 ±0.02mm超差）；

解決思路：通過結(jié)構(gòu)聲TPA分析“主軸—導(dǎo)軌—工作臺”的傳遞路徑，優(yōu)化導(dǎo)軌潤滑或主軸動平衡，將振動導(dǎo)致的誤差控制在規(guī)定值以內(nèi)。

圖6 機床TPA測試

2.4 家用電器行業(yè)

? 冰箱噪聲控制

問題舉例：壓縮機運行噪聲通過殼體輻射到室內(nèi)（如夜間噪聲＞38dB）；

解決思路：用空氣聲TPA量化壓縮機殼體各區(qū)域的聲輻射貢獻，對高貢獻區(qū)域（如殼體頂部）進行阻尼涂層處理，降低噪聲2-3dB，達到規(guī)定的靜音標準。

圖7 家電TPA測試

三、功能及特點：軟件模塊的核心優(yōu)勢

本TPA軟件模塊在理論基礎(chǔ)上強化工程實用性，功能及特點可概括為“高效、精準、靈活、易用”四大核心：

3.1 全流程自動化計算（高效）

自動生成TPA計算模型：軟件自動完成“傳遞函數(shù)計算→等效激勵求解→貢獻量化”全流程，支持批量導(dǎo)入多通道測量數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)預(yù)處理自動化：自動完成頻率分辨率匹配（如傳遞函數(shù)頻率分辨率與工況數(shù)據(jù)頻率分辨率不同時進行頻率分辨率數(shù)據(jù)自動匹配）、符號修正（消除傳感器安裝方向誤差）、積分/微分（如加速度轉(zhuǎn)速度、速度轉(zhuǎn)位移）。

3.2 高精度計算引擎（精準）

多路徑耦合處理：支持100+路徑的同時分析（如整車20個激勵點、5個接收點），通過矩陣病態(tài)性優(yōu)化算法，避免多路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)致的計算偏差。

3. 多場景適配能力（靈活）

分析模式切換：支持“頻域分析”（常規(guī)穩(wěn)態(tài)問題，如勻速行駛噪聲）與“時域分析”（瞬態(tài)問題，如發(fā)動機啟停振動），時域分析通過 IFFT 將頻域貢獻轉(zhuǎn)換為時域波形，可聆聽各路徑的聲音（如輪胎摩擦聲）；

數(shù)據(jù)來源兼容：支持導(dǎo)入試驗數(shù)據(jù)（如unv，uff，matlab等格式傳遞函數(shù)）或CAE仿真數(shù)據(jù)（如ABAQUS、ANSYS計算的傳遞函數(shù)），滿足研發(fā)早期（CAE仿真）與后期（試驗驗證）的不同需求。

4. 可視化與易用性（易用）

路徑可視化呈現(xiàn)：通過3D模型標注各路徑的貢獻占比，直觀展示能量傳遞軌跡；

報告自動生成：支持導(dǎo)出Word/PDF格式分析報告，包含傳遞函數(shù)曲線、路徑貢獻柱狀圖、優(yōu)化建議（如“建議優(yōu)化懸置剛度至200N/mm”），減少工程師報告撰寫時間。

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