模態貢獻量的案例
【OptiStruct要領】模態貢獻量
比方說下面的頻響曲線中，考察33Hz處響應的模態成分時：
通過模態貢獻量分析，設置輸出前10個最大貢獻量的模態
這里需要關注Complex component=Projected/Magnitude。
由于貢獻量是復數，所以考慮貢獻時，不能僅僅考慮其大小數值，還要考慮相位角。只有在投影到總響應時，才能反應該模態貢獻量對響應的真實影響。選擇Project即按照不同模態貢獻量投影到總響應上的分量進行排序。
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 指正貢獻量，即該模態貢獻量方向投影到響應的正方向上，增大該模態貢獻量，響應增加，Out of phase 指負貢獻量，即該模態貢獻量方向投影到響應的負方向上，增大該模態貢獻量，響應降低。 在本例中，第22階模態 即 306Hz的模態對33Hz處響應有最大正貢獻量，而第25階模態即317Hz處有最大負貢獻量 。而當我們選擇Complex component=Magnitue時，可以看到他是按照幅值進行排序的。
2）全頻段分析
全頻段模態貢獻量分析與單頻率點相似，常用3D極坐標圖等來做后處理，如下：
藍色曲線對應總響應部分，綠色等曲線對應各階模態貢獻量。從3D極坐標圖中，可以明晰地看到哪些模態對應響應有正貢獻，哪些有負貢獻，也可以通過與響應的相位角來分析其對響應的靈敏度，如果模態貢獻量與響應夾角為90°，那么投影到響應上的值為0，增減該模態貢獻量對響應無影響。而下圖右上角顯示的模態貢獻量的排序則用綜合考慮了所以頻率點上的模態貢獻量的統計平方差來表示。
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模態貢獻量分析是基于結構模態的頻響分析，一般被用來分析診斷低頻振動問題，在汽車行業處理異響、抖動問題仿真分析中應用尤為顯著，如NTF優化問題中等。 通過模態貢獻量仿真分析我們可以找出問題峰值是哪一階模態貢獻最大，它是正貢獻還是負貢獻。對正貢獻量大的模態進行抑制，對關注的峰值頻率進行優化。
本節案例重點介紹模態貢獻量（模態參與因子MPF）仿真分析。
單個峰值點模態貢獻量柱狀圖
單個峰值點模態貢獻量極坐標圖
全頻段模態貢獻量曲線圖
全頻段模態貢獻量沙圖
我們可以根據響應點得到的曲線，分析我們需要關注的峰值點，看看哪一階模態的貢獻量最大，然后單獨對這一階模態進行優化。本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
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模態貢獻量分析是基于結構模態的頻響分析，一般被用來分析診斷低頻振動問題，在汽車行業處理異響、抖動問題仿真分析中應用尤為顯著，如NTF優化問題中等。通過板件模態貢獻量仿真分析我們可以找出各個板塊貢獻量的大小。各個板塊對響應點的聲壓貢獻不一樣，這就需要識別出峰值頻率下的各個板塊的貢獻量，找到對響應點聲壓正貢獻較大的板塊，通過對這些板件的結構修改，從而降低這些板塊對響應點的輻射能力，以此改善聲學環境。對于負貢獻的板塊其引起的聲壓與總聲壓相位相反，這些板塊的振動對總聲壓產生負的貢獻。對于板塊貢獻量很小的我們認為是中性板，意思就是這些板的振動對總聲壓影響不大可以忽略。
本節案例重點介紹板件貢獻量仿真分析。
單個峰值點板件貢獻量柱狀圖
單個峰值點板件貢獻量極坐標圖
全頻段模態貢獻量曲線圖
全頻段模態貢獻量沙圖
我們可以根據響應點得到的曲線，分析我們需要關注的峰值點，看看哪些板塊的貢獻量最大，然后單獨對這些板塊的結構進行優化。本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分。
展開 【OptiStruct要領】板塊/節點貢獻量
- 表示第i塊板在響應點產生的聲壓
節點貢獻量基本原理與板塊貢獻量相似，只是在后處理中軟件會自動對貢獻量的值進行正則化處理。
1. 板塊貢獻量
板塊貢獻量分析需要在前處理過程中劃分板塊，基本方法是：
① 將面板包含節點建立節點集SET_GRID
② 建立板塊集PANEL，調用節點集id號
③ 使用PFPANEL卡片輸出板塊貢獻量
在輸出板塊貢獻量之后，可以使用HyperView中的NVH專屬后處理工具進行板塊貢獻量后處理。通過以下操作我們可以進入NVH 后處理界面。
此時菜單欄出現
選擇Modal/Panel Participation
2. 板塊貢獻量的可視化
板塊貢獻量的后處理方式與模態貢獻量后處理方式類似，可以參考上一期公眾號文章—模態貢獻量。
下圖是一個簡化模型示意圖，內部包含流體聲腔，激勵位置與響應位置如圖所示，右側是板塊劃分示意圖。
在結果中選擇Panel Participation to Fluid Grid（Global），該選項的意思是將流體節點的響應分解為各個板塊的貢獻量。
以上圖中的流體節點頻率響應為例，選擇40Hz，輸出該頻率處響應的板塊貢獻量如下：
除此之外，也可以在結果中選擇System Modal Participation to panel(Global)，該選項的意思是將具體某個板塊的貢獻量分解到模態。
如下圖為板塊back在整個頻段上的響應。
可以選擇輸出頻率點101Hz處的模態貢獻量，如下：
3. 板塊貢獻量的響應研究
Study響應研究中，可以研究將其中某些板塊的貢獻量去除，然后查看整體響應的變化。這里我們假設排除back與bottom兩個板塊50%的貢獻量之后再查看響應曲線。
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基于optistruct模態貢獻量仿真分析-03 ￥60
由于結構體的各板件貢獻度分析中其尺寸大小不一，直接將這些板件進行優化設計，將會增大設計空間，且無法反映板件的局部貢獻，這樣即使得到貢獻度為正的板件，但是這些板件局部區域貢獻度為正還是為負不太清楚。節點貢獻度分析就是針對某些區域節點振動引起的聲壓占總聲壓的百分數，能夠有效識別結構局部區域對響應點聲學貢獻量的一種重要手段。我們可以根據節點貢獻量分析出來的云圖快速找出正貢獻量較大的結構板件區域，從而極大的縮小了設計優化區域。
本節案例重點介紹節點貢獻量仿真分析。
全頻段響應點噪聲響應曲線
峰值頻率32Hz處節點貢獻量云圖
峰值頻率73Hz處節點貢獻量云圖
峰值頻率199Hz處節點貢獻量云圖
我們可以結合需要選擇關注的峰值點，并導出相應的該峰值頻率下節點貢獻量云圖。從節點貢獻量云圖中找到貢獻量為正且較大的區域進行局部優化，從而達到降低該頻率下響應點處的聲壓級，改善結構體內的聲學環境。本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
展開 某型純電動大客車NVH性能分析及優化
圖2.1 電機右前懸置點在最后一排座椅處的噪聲傳遞函數
3板件、模態貢獻量分析
針對大客車最后一排位置在頻率80Hz處產生較高的峰值，進行板件貢獻量分析和模態貢獻量分析。模態貢獻量在OptiStruct中基于模態法的頻響分析通過CONTROL CARD - PFMODE輸出；板件貢獻量分析需要先進行板件的劃分，依據車身板件實際的布置情況將車身劃分為30個不同的板塊，再使用CONTROL CARD - PFPANEL卡片輸出板塊貢獻量，板件劃分如下圖所示。
圖3.1 板件劃分
HyperView有NVH的專屬后處理分析工具，其中包含模態貢獻量和板件貢獻量分析。由板件貢獻量可知在激勵電機右前懸置點在最后一排位置80Hz處，板件貢獻量最大的前三個是地板中后部分，階梯及右邊第三個玻璃，頂棚后部的貢獻量為負值，其他板件的貢獻量較小不再一一描述；
圖3.2 電機右前懸置點在最后一排的板件貢獻量、模態貢獻量
再根據模態貢獻量分析可得到，在82Hz處模態貢獻量最大的是356階、265階、347階等為正貢獻量，對正貢獻量大的模態進行抑制，將更有效的解決峰值過大問題。如下圖所示，聯合板件貢獻量和模態貢獻量我們可以確定需要優化的板件。
展開 汽車底盤風噪及對車內噪聲貢獻量分析
來源：汽車試驗與測試
技術評論 | 室內Pass-by的源路徑貢獻量分析與盲源分離
</p><p>? SPC分析幫助調查每個噪聲源對總噪聲的貢獻，而不是將測量的總聲音分解為不同的貢獻。當我們對貢獻的總和與原始總測量數據做比較時，該方法給與我們更大的信心，是對模型的真正的驗證。</p><p>? HBK體積速度聲源使用專利的雙傳聲器方法，準確測量現場的體積速度而無需自由聲場假設，保證任何測量條件下聲學傳遞函數的準確性。</p><p><br></p><p><strong>室內車輛通過噪聲</strong>（Pass-by）測試模擬真實路面的Pass-by測試。測試在在受控環境中進行，測量結果具有可重復性，不受天氣條件的影響。在車輛開發過程中，室內Pass-by測試可以對設計修改進行快速驗證，以確定其對車輛整體噪聲水平的直接影響。除了Pass-by測試，車輛改進還需要了解車輛不同噪聲源的貢獻。</p><p><br></p><p>本文介紹了一種<strong>源路徑貢獻量（SPC）</strong>概念，包括在室內車輛測試中對Pass-by的主要噪聲源進行建模。這種方法的一個特點是，它完全<strong>在時域內進行處理</strong>，為每個考慮到的噪聲源估計聲源強度。然后對估計值進行合成，得出車輛和各個噪聲源的Pass-by估計值。這些估計值基于指示點麥克風近場數據和聲學傳遞函數。因此，可以確定車輛在Pass-by測試期間特定位置的主要噪聲源。</p><p><br></p><p>將該方法得出的結果與<strong>盲源分離（BSS）方法</strong>進行比較，以提取與車輛運行期間不同噪聲過程相關的源信號。提取的源信號與遠場測量值相關聯，以估算Pass-by噪聲貢獻。使用揚聲器對 BSS 方法進行了驗證，結果顯示輪胎噪聲和發動機噪聲的分離效果很好。最后，在底盤轉鼓上對這兩種方法進行測試和評估。
展開 【技術帖】多樣本分析在汽車內飾異響仿真中的應用
4.4 優化
對于單樣本的名義分析，可以通過模態貢獻量和模態振型鎖定優化區域，然后直接進行優化。考慮結構多樣本的影響之后，優化策略會有所改變。首先需要選擇優化樣本。通常有兩種選擇方式：
圖11 優化方案5 ～8 示意圖
圖12 名義設計樣本優化方案多樣本分析結果
圖13 最惡劣樣本優化方案多樣本分析結果
■ 選擇性能最惡劣的樣本：這種選擇方式從性能的角度出發比較保險，但是可能會過設計，增加產品成本；
■ 選擇名義設計樣本或者性能平均的樣本；這種方式性價比較高，能夠以較少的成本達到比較好的性能。但是可能出現部分產品異響性能較差，或者車輛長期行駛之后異響性能下滑明顯等情況。
實際上，選取優化樣本的時候兩種方式可以同時選取，分別提出優化方案。項目組再根據產品異響性能的定位以及優化方案所需的成本綜合評判。
對需要優化的樣本進行模態貢獻量及模態振型分析，據此提出優化方案。針對名義樣本的方案如下：
■ 方案1：縮小紅圈位置卡扣與邊緣的距離；
■ 方案2：將紅圈內下端卡扣盡量向下走，上端卡扣相應的向下移動；
■ 方案3：白圈內增加一個卡扣；
■ 方案4：增加白圈內卡扣的安裝臺面，縮短卡扣長度（圖10）。
針對最惡劣的樣本，除了方案1 ～4 之外，還需要方案5 ～7：
■ 方案5：縮短卡扣之間距離，將圖示位置一個卡扣換成兩個卡扣；
■ 方案6：增加手套箱緩沖塊干涉量，以加大對于手套箱關閉狀態運動的約束；
■ 方案7：增加儀表板上本體右側與CCB 連接（圖11）。
展開 Adams vibration中解耦率的計算
9個分量及6個分量，可以看出分成9個分量時，更易出現模態貢獻量為負的情況。
車身模態分析理論 ￥2
對車身進行模態分析，可以：
（1）了解車身結構的動態性能，與行業同等級車型進行對標，了解自己產品與競爭對手產品的差別，進行調整，設計出一輛具有市場競爭力的車型；
（2）在開發汽車NVH性能時，要保證車身模態與相連系統模態解耦（動力系統，排期系統等），車身整體模態與局部模態解耦（前橫梁局部，前圍板局部，地板局部，頂棚局部等），否則將會發生共振。車身模態分析為相連部件與各系統提供了模態設計基準；
（3由于振動噪音的響應是有許多不同的模態響應疊加而來，通過模態貢獻量計算，可以知道對于某一處振動噪音峰值，主要參與振動的模態有哪些，可以針對性的進行模態優化，降低振動噪音峰值。
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【OptiStruct要領】之NVHD模塊
OptiStruct的NVHD模塊進行整車建模時可以基于有限元網格模型，模態模型，頻響函數模型等等，并可隨意切換，所以在OptiStruct的NVHD環境中用戶可以基于網格模型進行完全正向設計，也可以結合實驗數據進行基于混合模型的NVH性能研究開發。
OptiStruct的NVHD中獨特的設計靈敏度分析及OptiStruct強大的優化求解器幫助分析人員更有效地辨識問題源頭，并從尋找到關鍵的解決辦法，及更好的設計方案。
此外，NVHD包含了若干NVH的相關后處理工具，如模態貢獻量，板件貢獻量，節點貢獻量，能量分析，傳遞路徑分析，模態對標等等。具有廣泛而強大的繪圖選項，可以實現從繪圖到模態動畫的無縫連接。
主要流程如下：
應用范圍：
特點：
1.在面向對象的環境中啟用模塊化的子系統處理
§切換詳細與簡化的表示方法，并且采用混合的表示方法來執行分析。模型表示方式可以是有限元模型或者集中參數模型，頻響模型，動力縮聚模型，模態模型等等；
§在裝配模型中管理ID的沖突 ；
§在嵌套的.XML文件中存儲子系統的裝配數據 ；
§使建立多學科建模與優化的框架成為可能。
展開 研究推薦 | 軸向柱塞泵殼體降噪區域識別
基于聲學傳遞向量及模態聲學貢獻量的分析結果，確定板面劃分區域，然后開展輻射噪聲板面貢獻量分析，確定對關鍵頻率下輻射噪聲貢獻量突出的板面，識別柱塞泵殼體降噪優化區域。
聲學模型和輻射噪聲聲壓級曲線
聲學傳遞向量云圖和模態聲學貢獻量
板面劃分區域和聲學貢獻量
課題總結和展望
高功率密度電液驅動是航天航空應用領域高可靠驅動和傳動系統的優選方案，本課題將發揮機械和航天航空學科交叉融合發展的優勢，面向工程機械、航空飛機等大國重器對軸向柱塞泵嚴苛指標的需求，深入開展軸向柱塞泵輻射噪聲建模及降噪控制研究，為高速高壓軸向柱塞泵穩定性和可靠性設計提供技術支撐。
展開 什么是工作變形分析ODS？
但我們明白結構所受的工作載荷是寬頻激勵，能激起多階模態時，通過理解每一階模態對工作數據有怎樣的貢獻，明白所有模態對系統總響應的貢獻就相當容易了。因此，實際上，工作變形與模態振型之間有很大的差別：工作變形是模態振型以某種線性方式的組合。
發動機激勵整車結構噪聲混合仿真分析
結合該轉速下的整車ODS和模態貢獻量可知，該轉速頻率與右驅動軸彎曲模態相接近，從而引起該轉速下的轟鳴。
圖11 結果診斷
3.4 優化
對于驅動軸模態問題，本次優化思路就是給驅動軸增加damper，圖12為對驅動軸不同damper設計方案的結果對比，發現在4k-5k轉速區間轟鳴聲都有明顯改善，噪聲降低大致5dB。
圖12 優化結果曲線
4.結論
1）整車NVH問題是一個整車匹配問題，單獨優化車身或單獨優化底盤，有不是解決NVH問題最好的途徑；
2）該方法提供了無樣車狀態下，整車開發前期如何準確預測發動機激勵噪聲問題。
3）該方法提供了一種較為準確的整車模擬仿真分析方法，可綜合考慮車身與動力底盤之間的匹配關系；
4）從整車角度進行模擬仿真，根據傳遞路徑貢獻量結果對車身與動力底盤系統進行整車匹配，可有效指導優化方向，避免盲目設計；
5）該方法即可用于前期的NVH問題預測也可用于后期的NVH改進。
參考文獻：
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