模態(tài)貢獻(xiàn)量
關(guān)注創(chuàng)建者：ALTAIR 創(chuàng)建時(shí)間：2018-11-09
模態(tài)貢獻(xiàn)量的視頻教程
09-整車NVH優(yōu)化方法及應(yīng)用
第一節(jié)-整車NVH優(yōu)化方法簡(jiǎn)介 第二節(jié)-整車節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量優(yōu)化分析方法 第三節(jié)-整車模態(tài)貢獻(xiàn)量優(yōu)化分析方法 第四節(jié)-整車面板貢獻(xiàn)量優(yōu)化分析方法 第五節(jié)-整車ODS優(yōu)化分析方法 第六節(jié)-基于Nastran的節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量優(yōu)化分析方法 第七節(jié)-整車TPA分析設(shè)置流程及細(xì)節(jié) 第八節(jié)-整車TPA分析后處理細(xì)節(jié)及實(shí)際應(yīng)用 第九節(jié)-整車超單元的分析流程及難點(diǎn)
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動(dòng)力學(xué)分析高級(jí)課程
主要章節(jié)如下： 第1章-模態(tài)分析 頻率和振型，模態(tài)有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)，應(yīng)變能 案例-動(dòng)力鋰電池外殼模態(tài)分析，通過模態(tài)振型和應(yīng)變能，分析結(jié)構(gòu)薄弱部分并做相應(yīng)改善。采用msc apex軟件分析。 第2章-頻率響應(yīng)分析 頻域載荷，頻率采樣點(diǎn)，響應(yīng)峰值曲線 案例-汽車排氣管頻率響應(yīng)分析，通過響應(yīng)峰值曲線，找到模態(tài)最大貢獻(xiàn)量，從而分析薄弱部位，改善結(jié)構(gòu)。采用mscapex分析。
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模態(tài)貢獻(xiàn)量的實(shí)例教程
比方說下面的頻響曲線中，考察33Hz處響應(yīng)的模態(tài)成分時(shí)：
通過模態(tài)貢獻(xiàn)量分析，設(shè)置輸出前10個(gè)最大貢獻(xiàn)量的模態(tài)
這里需要關(guān)注Complex component=Projected/Magnitude。
由于貢獻(xiàn)量是復(fù)數(shù)，所以考慮貢獻(xiàn)時(shí)，不能僅僅考慮其大小數(shù)值，還要考慮相位角。只有在投影到總響應(yīng)時(shí)，才能反應(yīng)該模態(tài)貢獻(xiàn)量對(duì)響應(yīng)的真實(shí)影響。選擇Project即按照不同模態(tài)貢獻(xiàn)量投影到總響應(yīng)上的分量進(jìn)行排序。
在第一種顯示方式即直方圖中：
可以看到圖中直方圖有In phase 和 Out of Phase兩類。其中In phase 指正貢獻(xiàn)量，即該模態(tài)貢獻(xiàn)量方向投影到響應(yīng)的正方向上，增大該模態(tài)貢獻(xiàn)量，響應(yīng)增加，Out of phase 指負(fù)貢獻(xiàn)量，即該模態(tài)貢獻(xiàn)量方向投影到響應(yīng)的負(fù)方向上，增大該模態(tài)貢獻(xiàn)量，響應(yīng)降低。 在本例中，第22階模態(tài) 即 306Hz的模態(tài)對(duì)33Hz處響應(yīng)有最大正貢獻(xiàn)量，而第25階模態(tài)即317Hz處有最大負(fù)貢獻(xiàn)量 。而當(dāng)我們選擇Complex component=Magnitue時(shí)，可以看到他是按照幅值進(jìn)行排序的。
2）全頻段分析
全頻段模態(tài)貢獻(xiàn)量分析與單頻率點(diǎn)相似，常用3D極坐標(biāo)圖等來做后處理，如下：
藍(lán)色曲線對(duì)應(yīng)總響應(yīng)部分，綠色等曲線對(duì)應(yīng)各階模態(tài)貢獻(xiàn)量。從3D極坐標(biāo)圖中，可以明晰地看到哪些模態(tài)對(duì)應(yīng)響應(yīng)有正貢獻(xiàn)，哪些有負(fù)貢獻(xiàn)，也可以通過與響應(yīng)的相位角來分析其對(duì)響應(yīng)的靈敏度，如果模態(tài)貢獻(xiàn)量與響應(yīng)夾角為90°，那么投影到響應(yīng)上的值為0，增減該模態(tài)貢獻(xiàn)量對(duì)響應(yīng)無影響。而下圖右上角顯示的模態(tài)貢獻(xiàn)量的排序則用綜合考慮了所以頻率點(diǎn)上的模態(tài)貢獻(xiàn)量的統(tǒng)計(jì)平方差來表示。
展開 模態(tài)貢獻(xiàn)量分析是基于結(jié)構(gòu)模態(tài)的頻響分析，一般被用來分析診斷低頻振動(dòng)問題，在汽車行業(yè)處理異響、抖動(dòng)問題仿真分析中應(yīng)用尤為顯著，如NTF優(yōu)化問題中等。 通過模態(tài)貢獻(xiàn)量仿真分析我們可以找出問題峰值是哪一階模態(tài)貢獻(xiàn)最大，它是正貢獻(xiàn)還是負(fù)貢獻(xiàn)。對(duì)正貢獻(xiàn)量大的模態(tài)進(jìn)行抑制，對(duì)關(guān)注的峰值頻率進(jìn)行優(yōu)化。
本節(jié)案例重點(diǎn)介紹模態(tài)貢獻(xiàn)量（模態(tài)參與因子MPF）仿真分析。
單個(gè)峰值點(diǎn)模態(tài)貢獻(xiàn)量柱狀圖
單個(gè)峰值點(diǎn)模態(tài)貢獻(xiàn)量極坐標(biāo)圖
全頻段模態(tài)貢獻(xiàn)量曲線圖
全頻段模態(tài)貢獻(xiàn)量沙圖
我們可以根據(jù)響應(yīng)點(diǎn)得到的曲線，分析我們需要關(guān)注的峰值點(diǎn)，看看哪一階模態(tài)的貢獻(xiàn)量最大，然后單獨(dú)對(duì)這一階模態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。本案例模型及相關(guān)操作見附件、收費(fèi)內(nèi)容部分，凡購(gòu)買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型及相關(guān)操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請(qǐng)與我溝通交流。
展開 模態(tài)貢獻(xiàn)量分析是基于結(jié)構(gòu)模態(tài)的頻響分析，一般被用來分析診斷低頻振動(dòng)問題，在汽車行業(yè)處理異響、抖動(dòng)問題仿真分析中應(yīng)用尤為顯著，如NTF優(yōu)化問題中等。通過板件模態(tài)貢獻(xiàn)量仿真分析我們可以找出各個(gè)板塊貢獻(xiàn)量的大小。各個(gè)板塊對(duì)響應(yīng)點(diǎn)的聲壓貢獻(xiàn)不一樣，這就需要識(shí)別出峰值頻率下的各個(gè)板塊的貢獻(xiàn)量，找到對(duì)響應(yīng)點(diǎn)聲壓正貢獻(xiàn)較大的板塊，通過對(duì)這些板件的結(jié)構(gòu)修改，從而降低這些板塊對(duì)響應(yīng)點(diǎn)的輻射能力，以此改善聲學(xué)環(huán)境。對(duì)于負(fù)貢獻(xiàn)的板塊其引起的聲壓與總聲壓相位相反，這些板塊的振動(dòng)對(duì)總聲壓產(chǎn)生負(fù)的貢獻(xiàn)。對(duì)于板塊貢獻(xiàn)量很小的我們認(rèn)為是中性板，意思就是這些板的振動(dòng)對(duì)總聲壓影響不大可以忽略。
本節(jié)案例重點(diǎn)介紹板件貢獻(xiàn)量仿真分析。
單個(gè)峰值點(diǎn)板件貢獻(xiàn)量柱狀圖
單個(gè)峰值點(diǎn)板件貢獻(xiàn)量極坐標(biāo)圖
全頻段模態(tài)貢獻(xiàn)量曲線圖
全頻段模態(tài)貢獻(xiàn)量沙圖
我們可以根據(jù)響應(yīng)點(diǎn)得到的曲線，分析我們需要關(guān)注的峰值點(diǎn)，看看哪些板塊的貢獻(xiàn)量最大，然后單獨(dú)對(duì)這些板塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。本案例模型及相關(guān)操作見附件、收費(fèi)內(nèi)容部分。
展開 - 表示第i塊板在響應(yīng)點(diǎn)產(chǎn)生的聲壓
節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量基本原理與板塊貢獻(xiàn)量相似，只是在后處理中軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)貢獻(xiàn)量的值進(jìn)行正則化處理。
1. 板塊貢獻(xiàn)量
板塊貢獻(xiàn)量分析需要在前處理過程中劃分板塊，基本方法是：
① 將面板包含節(jié)點(diǎn)建立節(jié)點(diǎn)集SET_GRID
② 建立板塊集PANEL，調(diào)用節(jié)點(diǎn)集id號(hào)
③ 使用PFPANEL卡片輸出板塊貢獻(xiàn)量
在輸出板塊貢獻(xiàn)量之后，可以使用HyperView中的NVH專屬后處理工具進(jìn)行板塊貢獻(xiàn)量后處理。通過以下操作我們可以進(jìn)入NVH 后處理界面。
此時(shí)菜單欄出現(xiàn)
選擇Modal/Panel Participation
2. 板塊貢獻(xiàn)量的可視化
板塊貢獻(xiàn)量的后處理方式與模態(tài)貢獻(xiàn)量后處理方式類似，可以參考上一期公眾號(hào)文章—模態(tài)貢獻(xiàn)量。
下圖是一個(gè)簡(jiǎn)化模型示意圖，內(nèi)部包含流體聲腔，激勵(lì)位置與響應(yīng)位置如圖所示，右側(cè)是板塊劃分示意圖。
在結(jié)果中選擇Panel Participation to Fluid Grid（Global），該選項(xiàng)的意思是將流體節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)分解為各個(gè)板塊的貢獻(xiàn)量。
以上圖中的流體節(jié)點(diǎn)頻率響應(yīng)為例，選擇40Hz，輸出該頻率處響應(yīng)的板塊貢獻(xiàn)量如下：
除此之外，也可以在結(jié)果中選擇System Modal Participation to panel(Global)，該選項(xiàng)的意思是將具體某個(gè)板塊的貢獻(xiàn)量分解到模態(tài)。
如下圖為板塊back在整個(gè)頻段上的響應(yīng)。
可以選擇輸出頻率點(diǎn)101Hz處的模態(tài)貢獻(xiàn)量，如下：
3. 板塊貢獻(xiàn)量的響應(yīng)研究
Study響應(yīng)研究中，可以研究將其中某些板塊的貢獻(xiàn)量去除，然后查看整體響應(yīng)的變化。這里我們假設(shè)排除back與bottom兩個(gè)板塊50%的貢獻(xiàn)量之后再查看響應(yīng)曲線。
展開 由于結(jié)構(gòu)體的各板件貢獻(xiàn)度分析中其尺寸大小不一，直接將這些板件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將會(huì)增大設(shè)計(jì)空間，且無法反映板件的局部貢獻(xiàn)，這樣即使得到貢獻(xiàn)度為正的板件，但是這些板件局部區(qū)域貢獻(xiàn)度為正還是為負(fù)不太清楚。節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)度分析就是針對(duì)某些區(qū)域節(jié)點(diǎn)振動(dòng)引起的聲壓占總聲壓的百分?jǐn)?shù)，能夠有效識(shí)別結(jié)構(gòu)局部區(qū)域?qū)憫?yīng)點(diǎn)聲學(xué)貢獻(xiàn)量的一種重要手段。我們可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量分析出來的云圖快速找出正貢獻(xiàn)量較大的結(jié)構(gòu)板件區(qū)域，從而極大的縮小了設(shè)計(jì)優(yōu)化區(qū)域。
本節(jié)案例重點(diǎn)介紹節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量仿真分析。
全頻段響應(yīng)點(diǎn)噪聲響應(yīng)曲線
峰值頻率32Hz處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量云圖
峰值頻率73Hz處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量云圖
峰值頻率199Hz處節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量云圖
我們可以結(jié)合需要選擇關(guān)注的峰值點(diǎn)，并導(dǎo)出相應(yīng)的該峰值頻率下節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量云圖。從節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)量云圖中找到貢獻(xiàn)量為正且較大的區(qū)域進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，從而達(dá)到降低該頻率下響應(yīng)點(diǎn)處的聲壓級(jí)，改善結(jié)構(gòu)體內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境。本案例模型及相關(guān)操作見附件、收費(fèi)內(nèi)容部分，凡購(gòu)買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型及相關(guān)操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請(qǐng)與我溝通交流。
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（5）格林分析將輸出麥克風(fēng)測(cè)點(diǎn)的噪聲響應(yīng)，并一同輸出結(jié)構(gòu)表面各個(gè)單元對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量以及各個(gè)結(jié)構(gòu)模態(tài)對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)量。
（6）噪聲優(yōu)化：基于第五步的聲場(chǎng)貢獻(xiàn)量分析，對(duì)貢獻(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使用反推出的結(jié)構(gòu)載荷進(jìn)行新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下的振動(dòng)和噪聲驗(yàn)算，比如加筋優(yōu)化或阻尼優(yōu)化；也可以對(duì)輻射噪聲較強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行聲學(xué)封裝材料的設(shè)計(jì)，并使用格林分析模型進(jìn)行噪聲驗(yàn)算。
③后處理查看系統(tǒng)模態(tài)
按F8進(jìn)入后處理模塊，將數(shù)據(jù)源Source設(shè)置為System Modes，在Eigen選擇當(dāng)前模態(tài)，便可以觀察到每個(gè)特征值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)部與虛部及其相應(yīng)的頻率
④查看模態(tài)參與因子
將 Source設(shè)為Modal Partcipation，并選擇相應(yīng)的激勵(lì)和模態(tài)，就可以查看某階模態(tài)對(duì)輸出貢獻(xiàn)量的曲線。
<p><br></p><p><strong>主要內(nèi)容</strong></p><p><br></p><p>? BK Connect室內(nèi)Pass-by符合最新的ISO 362-3 和UN/ECE法規(guī)R51，模擬戶外通過噪聲，包括所有強(qiáng)制性元數(shù)據(jù)、操作約束和噪聲計(jì)算，并將標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)內(nèi)置于用戶界面中，操作簡(jiǎn)便，界面友好。</p><p>? SPC分析幫助調(diào)查每個(gè)噪聲源對(duì)總噪聲的貢獻(xiàn)，而不是將測(cè)量的總聲音分解為不同的貢獻(xiàn)
本課題針對(duì)軸向柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域識(shí)別難題，建立了液壓-多體動(dòng)力學(xué)耦合模型以求解結(jié)構(gòu)噪聲激振力，建立了考慮軸向柱塞泵內(nèi)部多組件耦合關(guān)系的有限元/邊界元振聲模型，基于振聲模型開展模態(tài)和板面聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析，精確識(shí)別了柱塞泵殼體降噪?yún)^(qū)域，為柱塞泵殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
其中包含面板聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析、模態(tài)聲學(xué)貢獻(xiàn)量分析、傳遞路徑分析等等。同時(shí)提供快速修改預(yù)測(cè)技術(shù)，允許通過在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置上更改物理特性，如增加集中質(zhì)量、剛度、阻尼等，調(diào)整結(jié)構(gòu)模態(tài)行為，并重新運(yùn)算分析結(jié)果，進(jìn)而判斷修改效果。由于該方法不需要利用有限元求解器對(duì)模態(tài)重新計(jì)算，所以是一個(gè)有效的評(píng)估修改結(jié)果的快速方法。
結(jié)合該轉(zhuǎn)速下的整車ODS和模態(tài)貢獻(xiàn)量可知，該轉(zhuǎn)速頻率與右驅(qū)動(dòng)軸彎曲模態(tài)相接近，從而引起該轉(zhuǎn)速下的轟鳴。
圖11 結(jié)果診斷
3.4 優(yōu)化
對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸模態(tài)問題，本次優(yōu)化思路就是給驅(qū)動(dòng)軸增加damper，圖12為對(duì)驅(qū)動(dòng)軸不同damper設(shè)計(jì)方案的結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在4k-5k轉(zhuǎn)速區(qū)間轟鳴聲都有明顯改善，噪聲降低大致5dB。
模態(tài)貢獻(xiàn)量，此處也是模態(tài)動(dòng)能的貢獻(xiàn)量。第n階的最大模態(tài)動(dòng)能，可表示為
，將其按照自由度分為6個(gè)方向，每個(gè)方向的動(dòng)能為：
3個(gè)平動(dòng)方向：
3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向：
模態(tài)貢獻(xiàn)量即各個(gè)自由度分量占最大值的比例。通過上述可得到6X6的模態(tài)能量貢獻(xiàn)矩陣，稱為基于自由度的模態(tài)能量分布矩陣，即一般Matlab的計(jì)算方法。
4.4 優(yōu)化
對(duì)于單樣本的名義分析，可以通過模態(tài)貢獻(xiàn)量和模態(tài)振型鎖定優(yōu)化區(qū)域，然后直接進(jìn)行優(yōu)化。考慮結(jié)構(gòu)多樣本的影響之后，優(yōu)化策略會(huì)有所改變。首先需要選擇優(yōu)化樣本。
同時(shí),在仿真中可以通過模態(tài)貢獻(xiàn)量分析,板塊貢獻(xiàn)量分析，有效輻射聲功率等分析手段對(duì)電機(jī)噪聲的機(jī)理進(jìn)行深入的解剖。
CAE 分析結(jié)果顯示100 Hz～180 Hz 主要模態(tài)貢獻(xiàn)量為后地板鈑金，均為高階局部模態(tài)，受篇幅限制僅給出后地板145 Hz對(duì)應(yīng)的模態(tài)，見圖14。
