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NVH终极杀器——传递路径分析的过去、现在与未来

2020-03-10 00:35:44·  来源：NVH老枪  
　
前言NVHer或多或少都知道传递路径分析（TransferPath Analysis，简称TPA）这个概念。TPA所要强调的模型就是做NVH工作的一个基本思路：源（Source）路径（Path）
前 言

NVHer或多或少都知道传递路径分析（TransferPath Analysis，简称TPA）这个概念。TPA所要强调的模型就是做NVH工作的一个基本思路：

源（Source）——路径（Path）——响应（Receiver）

从trouble shooting的角度来说，如果能够将最终目标点的响应（Receiver）分解到各个载荷源（Source）所对应各条传递路径（Path）的贡献量，那么就可以定量的说明当前工况目标点噪声/振动主要来自哪里，还可以进一步分析主要路径贡献量大的根本原因，是由于载荷（Source）过大，还是在路径（Path）中产生了共振放大现象，亦或者两者兼而有之。找到原因，再对比不同解决措施的有效性和经济型，确定出最终的解决方案。

由此，可以看出传递路径分析在NVH试验工程中的意义和地位，夸张一点来说，如果将NVH试验技术看作武学，那么TPA绝对堪称一门顶级武功。也正因如此，多年来NVH工程师都在努力尝试去掌握它。

相比较常规NVH评价试验，TPA试验往往对设备通道数量、传感器个数、以及分析软件的后处理功能有较高的要求。也就是说在TPA面前，所谓的NVH评价试验、模态测试都只是入门级的武功。但是，没有这些扎实的基本功，妄图直接学习顶尖武学，那么必然很容易走火入魔。

TPA试验系统意味着比较大的投资，因此各大NVH设备供应商都相继开发出自己的秘籍（TPA软件），看上去都很高级：比如有的说天下武功、唯快不破（工况OTPA）；有的说修炼虽略需时日，但练成后必然内力雄厚（Classical TPA）；还有的说他的功夫不光看上去很美，听上去也很美（Binaural TPA）。遗憾的是，以上诸多方法目前都局限与troubleshooting，对于正向开发设计的借鉴意义有很大局限性。

近些时日，江湖上风言又有一本秘籍（Component based TPA）横空出世，这本秘籍将颠覆传统，直接打通任（TEST）督（CAE）二脉，奇经（系统）八络（部件）。放眼未来，大有要一统江湖的气概。

这些年纷纷扰扰，难得有时间踏踏实实看些东西，赶上瘟疫横行，只能闲适家中。偶然看到一篇关于TPA的公众号文章，说的云里雾里，最后发现好像是篇软文，不禁想趁这些天把TPA技术理论基础梳理一二，分享给大家。其中难免疏漏错误，贻笑大方之处，恳请大家指正！

P.S. 本文将主要着重各路门派的内功心法（理论基础），至于其他一招一式的，目前只能有请各位看官结合自身行业去揣摩了。以后会不会讲到招式，且看缘分~~~
 

（一）TPA模型的定义及其核心本质

给定如下的TPA分析模型，由激励源、结构以及减震器三部分组成。

- 激励源：可以是电机、发动机、压缩机等等，设其内部产生激励为 。下标s为source缩写，  表示激励源运转所产生的的初始载荷，通常而言是一个6自由度列向量，包含三个方向的力和绕三个轴的力矩。这个载荷的位置我们定义为 1 点。  只与激励源本身有关，与边界条件没有任何关系。举例来说，对于特定的某一款发动机，其内部激励力只与发动机燃烧性能及活塞连杆等机械结构有关，在确定的工况下，  是确定的。

- 结构：是激励源结构安装点到目标响应点的整个传递路径的示意。图中以  代表要最终分析的目标点响应向量，下标t为target缩写，当然这个目标点响应向量中可以包含振动响应也可以包含声压响应。目标点的位置定义为 4 点。

- 减震器：通常在激励源和结构之间会有一个减震装置。如图所示，通过在激励源上的2点以及结构上的3点安装减震器，将2个零件（Component）连接为一个系统（System）。当系统工作运行时，激励源在减震器主动端2点产生作用力  ，并通过减震器将这个力传递到减震器被动端 3 点，并在 2 点和 3 点分别产生振动  和  。上标a，p分别为active，passive的缩写，下标m为mount的缩写。当然在实际工程中通常是多点连接，因此无论是  ，还是  和  ，均为多自由度向量形式。


下面我们分别以上述简化模型中的激励源、结构、减震器为受力分析对象，分别列出力与加速度的 4 个关系方程（给定坐标系向上为正，向下为负）。

 
首先基于我们所得到的四个关系方程，我们可以进一步推导出激励源内部激励力与连接界面载荷及目标点响应关系：

①－③，得：


带入②，得：


从中我们可以看出，连接界面载荷  不仅与从内部激励点（1点）到连接界面主动端（2点）的传函  有关，而且还与主动端/被动端的原点传函  /  及减震器动刚度  有关。由此说明，连接界面载荷  将随着激励源所安装的结构变化而改变。

再将连接界面载荷  带入方程④，即可得到内部激励力所引起的目标点响应： 



这与众所周知的频域子结构理论结论是一致的。

到这里，我们揭示了传递路径分析的核心本质。但问题也随之而来：激励源的内部激励力通常无法通过测试获取，甚至它的作用点都无从确定。即使可能通过一些仿真手段得到载荷，通常也难以保证其精度。由此引发除了诸多方法，首先是尝试将激励源的内部激励力转化到有确定作用点的力，并能够严格推导出这个力（经典TPA、部件TPA等各种方法）；觉得这个力的推导太费事儿，那就直接将力等效到其作用点的响应（工况OTPA）。觉得前者太复杂？后者太粗暴？好吧，那我们构建一下连接界面的物理模型，通过响应点的工况数据去推导力（OPAX）。

以上种种，后面我们将予以逐一介绍。世间万物，没有完美。同样上述任何一种方法都有其优点也必有其缺点，要知道连葵花宝典都还有“欲练神功，必先自宫”这一致命缺点。
 
 
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