Transfer Path Analysis
關(guān)注創(chuàng)建者：lxd161 創(chuàng)建時(shí)間：2020-11-28
Transfer Path Analysis的實(shí)例教程
本文介紹了常用的聲學(xué)邊界元分析方法，并基于LMS Virtual.Lab Acoustics軟件，針對(duì)某轎車(chē)進(jìn)行了車(chē)內(nèi)聲模態(tài)、駕駛員耳側(cè)聲壓、面板貢獻(xiàn)量分析PCA(Panel Contribution Analysis)、傳遞路徑分析TPA(Transfer Path Analysis)、接附點(diǎn)導(dǎo)納IPI(Input Point Inertance)等分析。綜合分析結(jié)果，找出了弱點(diǎn)，為車(chē)身等結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供了依據(jù)
基于Virtual.Lab_Acoustics_的轎車(chē)乘員艙結(jié)構(gòu)噪聲分析.doc
傳遞路徑分析（Transfer path analysis）簡(jiǎn)稱(chēng)TPA分析，就是從“源-路徑-接受者”這三者進(jìn)行識(shí)別和分析，常見(jiàn)的源有如路面、發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)、冷卻風(fēng)扇等等，路徑主要包括結(jié)構(gòu)和聲學(xué)路徑，接受者主要是人的聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)（噪聲和振動(dòng)等），可對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲源及傳遞路徑進(jìn)行分解和排序，精準(zhǔn)找到振動(dòng)或噪聲問(wèn)題的根源，可應(yīng)用于整車(chē)開(kāi)發(fā)的整個(gè)流程中。針對(duì)載荷傳遞路徑分析原理部分大家可以查閱相關(guān)資料去了解，本節(jié)案例重點(diǎn)以一個(gè)簡(jiǎn)單的模型為例講述One Step TPA進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明如何在optistruct中進(jìn)行TPA分析。
響應(yīng)點(diǎn)的傳遞路徑分析結(jié)果
TPA響應(yīng)結(jié)果顯示，其中藍(lán)色線(xiàn)為各條路徑疊加計(jì)算的總響應(yīng)，紅色線(xiàn)為直接求解得到的響應(yīng)，一般兩條曲線(xiàn)基本重合。
TPA分析結(jié)果中，包括路徑貢獻(xiàn)、傳遞函數(shù)、接附點(diǎn)作用力以及接附點(diǎn)的剛度等。如需要考察在28Hz時(shí)的TPA分析結(jié)果。
展開(kāi) 傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis， TPA）方法被廣泛應(yīng)用于這個(gè)領(lǐng)域，用于進(jìn)行問(wèn)題診斷及評(píng)估。但傳統(tǒng)TPA方法的激勵(lì)往往都是接觸力，力的大小會(huì)隨著安裝條件而變化，這樣整機(jī)廠就難以就激勵(lì)的目標(biāo)指標(biāo)下達(dá)給供應(yīng)商。供應(yīng)商也難以提供一個(gè)定量指標(biāo)來(lái)評(píng)估其結(jié)構(gòu)聲路徑的激勵(lì)大小。
部件TPA（Component TPA， C-TPA）為這些問(wèn)題提供了解決方案。供應(yīng)商研究自家的激勵(lì)源特征，獲得獨(dú)立于安裝狀態(tài)的不變載荷（對(duì)于結(jié)構(gòu)載荷而言，通常稱(chēng)為約束力Blocked Forces），然后將這個(gè)不變載荷提供給主機(jī)廠，主機(jī)廠將供應(yīng)商提供的不變載荷轉(zhuǎn)化為激勵(lì)源安裝在被動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)上的接觸力（這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)之為虛擬裝配），然后進(jìn)行目標(biāo)預(yù)測(cè)（也就是貢獻(xiàn)量分析），以判斷激勵(lì)源對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的貢獻(xiàn)是否滿(mǎn)足要求。
不變力的計(jì)算方法
有三種方法可用于獲得激勵(lì)源的約束力。第一種方法為直接測(cè)量，使用載荷傳感器直接測(cè)量激勵(lì)源主動(dòng)側(cè)安裝位置的約束力。第二種方法是，我們可以在激勵(lì)源運(yùn)行期間將其以自由-自由邊界條件懸掛起來(lái)。在這種情況下，直接測(cè)量激勵(lì)源主動(dòng)側(cè)安裝位置處的自由加速度或速度。第三種方法更為通用。這種獲得激勵(lì)源不變載荷的方法被稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)TPA方法，可以將激勵(lì)源安裝在試驗(yàn)臺(tái)架或?qū)嵻?chē)上。用逆矩陣法間接估計(jì)約束力，測(cè)量過(guò)程類(lèi)似傳統(tǒng)TPA中的逆矩陣法，但與傳統(tǒng)的逆矩陣法又有差異。
從仿真的角度出發(fā)，第三種方法需要將邊界環(huán)境建模，使用并不方便。因此我們基于西門(mén)子Simcenter 3D軟件結(jié)合前兩種方法進(jìn)行不變力（Blocked Forces）計(jì)算，并進(jìn)行對(duì)比。
展開(kāi) 在國(guó)外，有車(chē)輛使用傳輸路徑分析器TPA(Transfer Path Analysis)來(lái)進(jìn)行識(shí)別主要的NVH傳播途徑。值得注意的是，降低NVH不只是噪聲的問(wèn)題，也不僅僅只是振動(dòng)的問(wèn)題，是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題。例如有些轎車(chē)行駛時(shí)車(chē)廂噪聲大，經(jīng)查發(fā)現(xiàn)，源頭在發(fā)動(dòng)機(jī)，那么這一個(gè)噪聲問(wèn)題可能就涉及到三個(gè)部分，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)本身的噪聲大，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)懸置部件減振效果差，一個(gè)是車(chē)廂前圍和地板隔音技術(shù)不好，是一個(gè)互相關(guān)連的系統(tǒng)問(wèn)題。 這個(gè)問(wèn)題要運(yùn)用NVH解決方案，會(huì)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、懸置及車(chē)架等，這就從根本上減少噪聲產(chǎn)生的來(lái)源。因此，NVH問(wèn)題實(shí)質(zhì)是汽車(chē)設(shè)計(jì)中要解決的問(wèn)題，而不是汽車(chē)進(jìn)入市場(chǎng)后要解決的。
遺憾的是，由于國(guó)內(nèi)整車(chē)企業(yè)大都選擇購(gòu)買(mǎi)零部件進(jìn)行組裝，整車(chē)企業(yè)往往不是系統(tǒng)地看待NVH的問(wèn)題，而是普遍關(guān)注某一個(gè)具體問(wèn)題的解決方法。還只是局限在解決某一突出的問(wèn)題上，沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)化的概念。
目前，NVH問(wèn)題不僅影響到汽車(chē)公司，也影響到了汽車(chē)零部件企業(yè)。外國(guó)各大公司是從上世紀(jì)70年代中期開(kāi)始重視車(chē)輛的NVH問(wèn)題的。原先，都是各整車(chē)廠自己獨(dú)立解決有關(guān)問(wèn)題，但是近年來(lái)，隨著行業(yè)分工細(xì)化，整車(chē)企業(yè)已經(jīng)逐漸將大部分的工作移交給零部件企業(yè)來(lái)做了。盛行的“模塊化”生產(chǎn)方式把汽車(chē)裝配生產(chǎn)線(xiàn)上的部分裝配勞動(dòng)轉(zhuǎn)移到裝配生產(chǎn)線(xiàn)以外的地方去進(jìn)行。對(duì)于不少零部件企業(yè)而言，設(shè)計(jì)者考慮的問(wèn)題也不單純是零部件本身，而是零部件與零部件之間，零部件與整車(chē)之間的關(guān)系。能否有效地消除自己產(chǎn)品的NVH負(fù)面影響，已經(jīng)成為影響他們生存的第一大問(wèn)題。對(duì)國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)也是已經(jīng)無(wú)法回避的問(wèn)題。以汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置總成為例，國(guó)內(nèi)企業(yè)很難進(jìn)入歐美日大企業(yè)的供貨圈。原因就是這個(gè)部件牽涉到發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH問(wèn)題。如果懸置總成不能夠有效地減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，則振動(dòng)會(huì)傳到車(chē)體上，然后再進(jìn)入車(chē)廂，車(chē)內(nèi)噪聲就會(huì)升高。
展開(kāi) 試驗(yàn)室試驗(yàn)獲得的噪聲源載荷通?；趥鬟f路徑分析法(Transfer Paths Analysis, TPA)，而飛行實(shí)測(cè)獲得的噪聲源載荷，通?；诠r傳遞路徑分析法(Operational Transfer Paths Analysis, OTPA)，是傳統(tǒng)TPA法的優(yōu)化改進(jìn)。但OTPA法仍然完全基于真實(shí)試驗(yàn)，無(wú)法適用于處于設(shè)計(jì)階段或不具備進(jìn)行實(shí)測(cè)條件下的艙內(nèi)噪聲分析。為解決該問(wèn)題，可以采用統(tǒng)計(jì)能量法(Statistical Energy Analysis, SEA)分析噪聲源載荷，將試驗(yàn)測(cè)得的振動(dòng)或聲場(chǎng)信息作為輸入，從能量的角度定性分析影響艙內(nèi)噪聲響應(yīng)的主要能量傳遞途徑和貢獻(xiàn)度。
圖２ 噪聲源貢獻(xiàn)量分析模型
分析得到的結(jié)構(gòu)噪聲源貢獻(xiàn)量和空氣噪聲源貢獻(xiàn)量分別如圖3和4所示，可以看出，主減振動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)是主要的結(jié)構(gòu)噪聲源，主減／發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)聲場(chǎng)和油箱艙內(nèi)聲場(chǎng)是主要的空氣噪聲源，貢獻(xiàn)量都達(dá)到了20％以上。
圖３ 結(jié)構(gòu)噪聲源貢獻(xiàn)量
圖４ 空氣噪聲源貢獻(xiàn)量
2.
展開(kāi) 
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Transfer Path Analysis的最新內(nèi)容
工況傳遞路徑分析（Operational Transfer Path Analysis,OTPA)[11]是一種用來(lái)確定和評(píng)估不同組件和子系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)總體噪聲和振動(dòng)水平的貢獻(xiàn)的技術(shù)。它通過(guò)測(cè)量能量在系統(tǒng)中的傳遞來(lái)工作，并通過(guò)分析數(shù)據(jù)來(lái)確定噪聲和振動(dòng)的來(lái)源和傳播途徑。這種信息可以用來(lái)設(shè)計(jì)減少噪聲和振動(dòng)的系統(tǒng)，或者用來(lái)診斷和解決現(xiàn)有系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題。
試驗(yàn)室試驗(yàn)獲得的噪聲源載荷通?；趥鬟f路徑分析法(Transfer Paths Analysis, TPA)，而飛行實(shí)測(cè)獲得的噪聲源載荷，通?；诠r傳遞路徑分析法(Operational Transfer Paths Analysis, OTPA)，是傳統(tǒng)TPA法的優(yōu)化改進(jìn)。但OTPA法仍然完全基于真實(shí)試驗(yàn)，無(wú)法適用于處于設(shè)計(jì)階段或不具備進(jìn)行實(shí)測(cè)條件下的艙內(nèi)噪聲分析。
楊志偉[10]等針對(duì)汽車(chē)真空泵的車(chē)內(nèi)傳遞噪聲進(jìn)行研究，通過(guò)TPA（Transfer Path Analysis）技術(shù)定位主要傳遞路徑，并對(duì)其進(jìn)行隔振優(yōu)化。A Spille-Kohoff等人考慮熱變形對(duì)真空泵的影響并進(jìn)行研究[11]，主要通過(guò)CFD仿真模擬泵體發(fā)生熱變形后對(duì)真空泵壓力、速度、溫度的影響。
傳遞路徑分析（Transfer Path Analysis， TPA）方法被廣泛應(yīng)用于這個(gè)領(lǐng)域，用于進(jìn)行問(wèn)題診斷及評(píng)估。但傳統(tǒng)TPA方法的激勵(lì)往往都是接觸力，力的大小會(huì)隨著安裝條件而變化，這樣整機(jī)廠就難以就激勵(lì)的目標(biāo)指標(biāo)下達(dá)給供應(yīng)商。供應(yīng)商也難以提供一個(gè)定量指標(biāo)來(lái)評(píng)估其結(jié)構(gòu)聲路徑的激勵(lì)大小。
部件TPA（Component TPA， C-TPA）為這些問(wèn)題提供了解決方案。
目前，常用的傳遞路徑分析方法主要有兩種：一種是工況下的傳遞路徑分析方法，OTPA（Operationl Transfer Path Analysis)；另一種是傳統(tǒng)的傳遞路徑分析方法，TPA（TransferPath Analysis）。
傳遞路徑分析（Transfer path analysis）簡(jiǎn)稱(chēng)TPA分析，就是從“源-路徑-接受者”這三者進(jìn)行識(shí)別和分析，常見(jiàn)的源有如路面、發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)、冷卻風(fēng)扇等等，路徑主要包括結(jié)構(gòu)和聲學(xué)路徑，接受者主要是人的聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)（噪聲和振動(dòng)等），可對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲源及傳遞路徑進(jìn)行分解和排序，精準(zhǔn)找到振動(dòng)或噪聲問(wèn)題的根源，可應(yīng)用于整車(chē)開(kāi)發(fā)的整個(gè)流程中。
西門(mén)子最新推出的C-TPA（component-based transfer path analysis）基于部件的傳遞路徑分析技術(shù)在此背景下應(yīng)運(yùn)而生，它能很好的滿(mǎn)足和應(yīng)對(duì)目前汽車(chē)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和需求。C-TPA技術(shù)促使主機(jī)廠不需要等待每一個(gè)車(chē)型的樣車(chē)試制就能在實(shí)現(xiàn)早期NVH性能預(yù)測(cè)，在汽車(chē)研發(fā)的初期更快速的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。
本文介紹了常用的聲學(xué)邊界元分析方法，并基于LMS Virtual.Lab Acoustics軟件，針對(duì)某轎車(chē)進(jìn)行了車(chē)內(nèi)聲模態(tài)、駕駛員耳側(cè)聲壓、面板貢獻(xiàn)量分析PCA(Panel Contribution Analysis)、傳遞路徑分析TPA(Transfer Path Analysis)、接附點(diǎn)導(dǎo)納IPI(Input Point Inertance)等分析。
在國(guó)外，有車(chē)輛使用傳輸路徑分析器TPA(Transfer Path Analysis)來(lái)進(jìn)行識(shí)別主要的NVH傳播途徑。值得注意的是，降低NVH不只是噪聲的問(wèn)題，也不僅僅只是振動(dòng)的問(wèn)題，是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題。
