仿真中的Blocked Forces计算

背景

仿真中的Blocked Forces计算的图1
随着产品集成度的提高和性能要求的严苛,其NVH性能也越来越被关注。大多数情况下工业产品都是由多个零部件组成,不同类型的零部件可能是由不同的零部件供应商提供。而整机NVH性能就变成一个系统性的问题,需要对每个零部件NVH激励及传递进行把控。传递路径分析(Transfer Path Analysis, TPA)方法被广泛应用于这个领域,用于进行问题诊断及评估。但传统TPA方法的激励往往都是接触力,力的大小会随着安装条件而变化,这样整机厂就难以就激励的目标指标下达给供应商。供应商也难以提供一个定量指标来评估其结构声路径的激励大小。
部件TPA(Component TPA, C-TPA)为这些问题提供了解决方案。供应商研究自家的激励源特征,获得独立于安装状态的不变载荷(对于结构载荷而言,通常称为约束力Blocked Forces),然后将这个不变载荷提供给主机厂,主机厂将供应商提供的不变载荷转化为激励源安装在被动侧结构上的接触力(这个过程也称之为虚拟装配),然后进行目标预测(也就是贡献量分析),以判断激励源对目标点的贡献是否满足要求。
仿真中的Blocked Forces计算的图2

不变力的计算方法

仿真中的Blocked Forces计算的图3
有三种方法可用于获得激励源的约束力。第一种方法为直接测量,使用载荷传感器直接测量激励源主动侧安装位置的约束力。第二种方法是,我们可以在激励源运行期间将其以自由-自由边界条件悬挂起来。在这种情况下,直接测量激励源主动侧安装位置处的自由加速度或速度。第三种方法更为通用。这种获得激励源不变载荷的方法被称为现场TPA方法,可以将激励源安装在试验台架或实车上。用逆矩阵法间接估计约束力,测量过程类似传统TPA中的逆矩阵法,但与传统的逆矩阵法又有差异。
仿真中的Blocked Forces计算的图4
从仿真的角度出发,第三种方法需要将边界环境建模,使用并不方便。因此我们基于西门子Simcenter 3D软件结合前两种方法进行不变力(Blocked Forces)计算,并进行对比。
为了简化,本文取一个平板模型来进行验证。如下图,该结构有三个约束点,分别是点2,3,4。有一个激励点,作用位置为点1。我们在点1加白噪声激励,获得点2的Blocked Forces。
仿真中的Blocked Forces计算的图5
仿真中的Blocked Forces计算的图6

Simcenter 3D直接Blocked Forces计算

仿真中的Blocked Forces计算的图7
直接Blocked Forces计算选择SOL108直接法频率响应或者SOL111模态法频率响应求解器。在1点加载激励,2,3,4点添加SPC约束。
仿真中的Blocked Forces计算的图8
在输出设置中选择启用SPCFORCES请求,输出2点的支反力。
仿真中的Blocked Forces计算的图9
仿真中的Blocked Forces计算的图10
仿真中的Blocked Forces计算的图11

Simcenter 3D自由振速法Blocked Forces计算

仿真中的Blocked Forces计算的图12
自由振速法Blocked Forces计算分三步完成。
第一步,计算2点自由状态下的振动速度。选择SOL108直接法频率响应或者SOL111模态法频率响应求解器。在1点加载激励, 3,4点添加SPC约束。
仿真中的Blocked Forces计算的图13
在输出设置中选择启用ACCELERATION请求,输出2点的加速度。
仿真中的Blocked Forces计算的图14
仿真中的Blocked Forces计算的图15
第二步,计算2点自由状态下的原点传函。选择SOL108直接法频率响应函数或者SOL111模态法频率响应函数求解器。在3,4点添加SPC约束,2点激励查看2点响应。
仿真中的Blocked Forces计算的图16
仿真中的Blocked Forces计算的图17
仿真中的Blocked Forces计算的图18
第三步,基于2点加速度及2点原点传函,求解2点的力。
仿真中的Blocked Forces计算的图19
仿真中的Blocked Forces计算的图20

两种方法结果对比

仿真中的Blocked Forces计算的图21
两种方法对比结果如下图所示,两种方法的结果一致。操作上,仿真采用第一种方法更方便。
仿真中的Blocked Forces计算的图22


文章来源:Simcenter 3D

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