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NVH終極殺器——傳遞路徑分析的過去、現(xiàn)在與未來
2020-03-10 00:35:44· 來源：NVH老槍
前言NVHer或多或少都知道傳遞路徑分析（TransferPath Analysis，簡(jiǎn)稱TPA）這個(gè)概念。TPA所要強(qiáng)調(diào)的模型就是做NVH工作的一個(gè)基本思路：源（Source）路徑（Path）
前 言
NVHer或多或少都知道傳遞路徑分析（TransferPath Analysis，簡(jiǎn)稱TPA）這個(gè)概念。TPA所要強(qiáng)調(diào)的模型就是做NVH工作的一個(gè)基本思路：
源（Source）——路徑（Path）——響應(yīng)（Receiver）
從trouble shooting的角度來說，如果能夠?qū)⒆罱K目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)（Receiver）分解到各個(gè)載荷源（Source）所對(duì)應(yīng)各條傳遞路徑（Path）的貢獻(xiàn)量，那么就可以定量的說明當(dāng)前工況目標(biāo)點(diǎn)噪聲/振動(dòng)主要來自哪里，還可以進(jìn)一步分析主要路徑貢獻(xiàn)量大的根本原因，是由于載荷（Source）過大，還是在路徑（Path）中產(chǎn)生了共振放大現(xiàn)象，亦或者兩者兼而有之。找到原因，再對(duì)比不同解決措施的有效性和經(jīng)濟(jì)型，確定出最終的解決方案。
由此，可以看出傳遞路徑分析在NVH試驗(yàn)工程中的意義和地位，夸張一點(diǎn)來說，如果將NVH試驗(yàn)技術(shù)看作武學(xué)，那么TPA絕對(duì)堪稱一門頂級(jí)武功。也正因如此，多年來NVH工程師都在努力嘗試去掌握它。
相比較常規(guī)NVH評(píng)價(jià)試驗(yàn)，TPA試驗(yàn)往往對(duì)設(shè)備通道數(shù)量、傳感器個(gè)數(shù)、以及分析軟件的后處理功能有較高的要求。也就是說在TPA面前，所謂的NVH評(píng)價(jià)試驗(yàn)、模態(tài)測(cè)試都只是入門級(jí)的武功。但是，沒有這些扎實(shí)的基本功，妄圖直接學(xué)習(xí)頂尖武學(xué)，那么必然很容易走火入魔。
TPA試驗(yàn)系統(tǒng)意味著比較大的投資，因此各大NVH設(shè)備供應(yīng)商都相繼開發(fā)出自己的秘籍（TPA軟件），看上去都很高級(jí)：比如有的說天下武功、唯快不破（工況OTPA）；有的說修煉雖略需時(shí)日，但練成后必然內(nèi)力雄厚（Classical TPA）；還有的說他的功夫不光看上去很美，聽上去也很美（Binaural TPA）。遺憾的是，以上諸多方法目前都局限與troubleshooting，對(duì)于正向開發(fā)設(shè)計(jì)的借鑒意義有很大局限性。
近些時(shí)日，江湖上風(fēng)言又有一本秘籍（Component based TPA）橫空出世，這本秘籍將顛覆傳統(tǒng)，直接打通任（TEST）督（CAE）二脈，奇經(jīng)（系統(tǒng)）八絡(luò)（部件）。放眼未來，大有要一統(tǒng)江湖的氣概。
這些年紛紛擾擾，難得有時(shí)間踏踏實(shí)實(shí)看些東西，趕上瘟疫橫行，只能閑適家中。偶然看到一篇關(guān)于TPA的公眾號(hào)文章，說的云里霧里，最后發(fā)現(xiàn)好像是篇軟文，不禁想趁這些天把TPA技術(shù)理論基礎(chǔ)梳理一二，分享給大家。其中難免疏漏錯(cuò)誤，貽笑大方之處，懇請(qǐng)大家指正！
P.S. 本文將主要著重各路門派的內(nèi)功心法（理論基礎(chǔ)），至于其他一招一式的，目前只能有請(qǐng)各位看官結(jié)合自身行業(yè)去揣摩了。以后會(huì)不會(huì)講到招式，且看緣分~~~
（一）TPA模型的定義及其核心本質(zhì)
給定如下的TPA分析模型，由激勵(lì)源、結(jié)構(gòu)以及減震器三部分組成。
- 激勵(lì)源：可以是電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等等，設(shè)其內(nèi)部產(chǎn)生激勵(lì)為 。下標(biāo)s為source縮寫， 表示激勵(lì)源運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的的初始載荷，通常而言是一個(gè)6自由度列向量，包含三個(gè)方向的力和繞三個(gè)軸的力矩。這個(gè)載荷的位置我們定義為 1 點(diǎn)。 只與激勵(lì)源本身有關(guān)，與邊界條件沒有任何關(guān)系。舉例來說，對(duì)于特定的某一款發(fā)動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部激勵(lì)力只與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能及活塞連桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，在確定的工況下， 是確定的。
- 結(jié)構(gòu)：是激勵(lì)源結(jié)構(gòu)安裝點(diǎn)到目標(biāo)響應(yīng)點(diǎn)的整個(gè)傳遞路徑的示意。圖中以 代表要最終分析的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)向量，下標(biāo)t為target縮寫，當(dāng)然這個(gè)目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)向量中可以包含振動(dòng)響應(yīng)也可以包含聲壓響應(yīng)。目標(biāo)點(diǎn)的位置定義為 4 點(diǎn)。
- 減震器：通常在激勵(lì)源和結(jié)構(gòu)之間會(huì)有一個(gè)減震裝置。如圖所示，通過在激勵(lì)源上的2點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)上的3點(diǎn)安裝減震器，將2個(gè)零件（Component）連接為一個(gè)系統(tǒng)（System）。當(dāng)系統(tǒng)工作運(yùn)行時(shí)，激勵(lì)源在減震器主動(dòng)端2點(diǎn)產(chǎn)生作用力 ，并通過減震器將這個(gè)力傳遞到減震器被動(dòng)端 3 點(diǎn)，并在 2 點(diǎn)和 3 點(diǎn)分別產(chǎn)生振動(dòng) 和 。上標(biāo)a，p分別為active，passive的縮寫，下標(biāo)m為mount的縮寫。當(dāng)然在實(shí)際工程中通常是多點(diǎn)連接，因此無(wú)論是 ，還是 和 ，均為多自由度向量形式。
下面我們分別以上述簡(jiǎn)化模型中的激勵(lì)源、結(jié)構(gòu)、減震器為受力分析對(duì)象，分別列出力與加速度的 4 個(gè)關(guān)系方程（給定坐標(biāo)系向上為正，向下為負(fù)）。
首先基于我們所得到的四個(gè)關(guān)系方程，我們可以進(jìn)一步推導(dǎo)出激勵(lì)源內(nèi)部激勵(lì)力與連接界面載荷及目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)關(guān)系：
①－③，得：
帶入②，得：
從中我們可以看出，連接界面載荷 不僅與從內(nèi)部激勵(lì)點(diǎn)（1點(diǎn)）到連接界面主動(dòng)端（2點(diǎn)）的傳函 有關(guān)，而且還與主動(dòng)端/被動(dòng)端的原點(diǎn)傳函 / 及減震器動(dòng)剛度 有關(guān)。由此說明，連接界面載荷 將隨著激勵(lì)源所安裝的結(jié)構(gòu)變化而改變。
再將連接界面載荷 帶入方程④，即可得到內(nèi)部激勵(lì)力所引起的目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)：
這與眾所周知的頻域子結(jié)構(gòu)理論結(jié)論是一致的。
到這里，我們揭示了傳遞路徑分析的核心本質(zhì)。但問題也隨之而來：激勵(lì)源的內(nèi)部激勵(lì)力通常無(wú)法通過測(cè)試獲取，甚至它的作用點(diǎn)都無(wú)從確定。即使可能通過一些仿真手段得到載荷，通常也難以保證其精度。由此引發(fā)除了諸多方法，首先是嘗試將激勵(lì)源的內(nèi)部激勵(lì)力轉(zhuǎn)化到有確定作用點(diǎn)的力，并能夠嚴(yán)格推導(dǎo)出這個(gè)力（經(jīng)典TPA、部件TPA等各種方法）；覺得這個(gè)力的推導(dǎo)太費(fèi)事兒，那就直接將力等效到其作用點(diǎn)的響應(yīng)（工況OTPA）。覺得前者太復(fù)雜？后者太粗暴？好吧，那我們構(gòu)建一下連接界面的物理模型，通過響應(yīng)點(diǎn)的工況數(shù)據(jù)去推導(dǎo)力（OPAX）。
以上種種，后面我們將予以逐一介紹。世間萬(wàn)物，沒有完美。同樣上述任何一種方法都有其優(yōu)點(diǎn)也必有其缺點(diǎn)，要知道連葵花寶典都還有“欲練神功，必先自宮”這一致命缺點(diǎn)。
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