CN108170643B - 一种免拆分的子结构频响函数识别方法 - Google Patents

Abstract

一种基于原位测量频响函数且免拆分的子结构频响函数识别方法，首先将机械系统中的部件分类为主动件、被动件和弹性元件并建立耦合频响函数矩阵，然后基于被动件频响函数预测公式得到解耦机械系统的频响函数。本发明基于“源‑路径‑接受体”模型，采用耦合机械频响函数预测解耦机械频响函数，克服现有技术无法计算机械子结构任意自由度之间频响函数的问题，提高频响函数的计算精度，并为机械系统振动传递路径分析奠定了基础。

Description

一种免拆分的子结构频响函数识别方法

技术领域

本发明涉及的是一种机械振动分析检测领域的技术，具体是一种基于原位测量频响函数且免拆分的子结构频响函数识别方法。

背景技术

传递路径分析方法(TPA)广泛用于分析和处理复杂机械系统的振动与噪声问题，通过TPA能够识别和量化激励源，分析能量从激励源传递至目标点的路径，准确评估和排序不同传递路径对目标点的贡献量，通过控制和改进这些路径可以使噪声和振动控制在预定的目标值内。经典TPA因考虑信息全面、分析精度高等优点已成为汽车NVH领域中的标准TPA。经典TPA主要包含两个步骤：工况力的识别和被动部件频响函数的测量。其中被动部件频响函数的测量需要拆掉主动部件，这导致经典TPA消耗大量的人力和时间。后续发展的TPA虽然可以提高分析效率，但是以牺牲精度为代价。如何既能实施经典TPA分析，又能避免拆分系统一直是TPA的一个研究难点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于原位测量频响免拆分的子结构频响函数识别方法，基于“源-路径-接受体”模型，采用耦合机械频响函数预测解耦机械频响函数，克服现有技术无法计算机械子结构任意自由度之间频响函数的问题，提高频响函数的计算精度，并为机械系统振动传递路径分析奠定了基础。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明首先将机械系统中的部件分类为主动件、被动件和弹性元件并建立耦合机械系统的频响函数矩阵，然后基于被动件频响函数预测公式得到解耦机械系统的频响函数。

本发明具体包含以下步骤：

步骤一：机械系统划分，具体为：根据机械系统的结构特点和受力情况，将直接受到激励作用的部件定为主动件，非直接受到激励作用的定为被动件，主动件和被动件之间通过弹性元件连接。

步骤二：测量耦合机械系统的频响函数矩阵，具体为：根据关注的响应位置和振动噪声频率范围，确定被动件上的目标点及分析频率范围，以弹性元件两端点和目标点为测量点，测量弹性元件的主动件一侧端点、弹性元件的被动件一侧端点及目标位置点之间的频响函数，组成耦合机械系统的频响函数矩阵。

步骤三：解耦机械系统频响函数预测，具体为：以测量得到的耦合机械系统频响函数为输入，根据子结构频响函数预测公式得到解耦机械系统的频响函数。

所述的耦合机械系统是指包含主动件和被动件的机械系统。

所述的解耦机械系统是指去除主动件后，只包含被动件的机械系统。

所述的解耦机械系统的频响函数是指被动件的频响函数。

所述的子结构频响函数预测公式为：H_d,tp＝H_c,tp-H_c,ta(H_c,aa-H_c,pa)^-1(H_c,ap-H_c,pp)，其中：H_c，aa为弹性元件的主动件一侧端点频响函数矩阵，H_c，pp为弹性元件的被动件一侧端点频响函数矩阵，H_c，ap为弹性元件的被动件一侧端点到主动件一侧端点的频响函数矩阵，H_c，pa为弹性元件的主动件一侧端点到被动件一侧端点的频响函数矩阵，H_c，tp为弹性元件的被动件一侧端点到目标点的频响函数矩阵，H_c，ta为弹性元件的主动件一侧端点到目标点的频响函数矩阵，H_d，tp为待求的弹性元件的被动件一侧端点到目标点的解耦频响函数矩阵。

技术效果

与现有技术相比，本发明的技术效果包括：

1)本发明基于子结构频响函数预测公式，避开了对解耦机械系统频响函数的直接实验测量，实现了解耦机械系统任意自由度之间频响函数的预测，提高了机械系统振动传递路径分析效率。

2)本发明所提的子结构频响函数预测公式，包含矩阵求逆操作少，受噪声等因素影响较小，提高了解耦频响函数的预测精度。

3)本发明的工程应用性强。利用本发明计算出的解耦机械系统频响函数，结合系统工况数据，可以很方便计算出悬置安装点的工况耦合力，得到振动传递路径贡献度，大大提高了传递路径分析方法在机械振动问题中的可操作性和分析效率，虽然本发明是针对解耦频响函数提出的，但本发明的理论成果具有很强的应用前景，稍加扩展便可应用于悬置动刚度的识别与优化。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为离散机械系统图；

图3为被动件解耦频响函数预测值和真实值的比较图；

图4为简易车身实验测试图；

图5为悬置示意图；

图6为简易车身解耦频响函数预测值和真实值的比较图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例包括如下步骤：

步骤一、以图2所示的离散机械系统，其包含主动件和被动件，主动件由4个质量块M₅、M₆、M₈、M₉组成，被动件由5个质量块M₁～M₄、M₇组成，主动件与被动件之间有3条传递路径K₃₅、K₄₆、K₇₈，质量块M₃、M₄和M₇为被动件一侧耦合点，而质量块M₅、M₆、M₈为主动件一侧耦合点，质量块M₁的位移为目标响应，一共有7个测量点，分析频率范围为1-250Hz。

步骤二、测量耦合机械系统频响函数：测量耦合点主动件一侧频响函数矩阵H_c，aa、耦合点被动件一侧频响函数矩阵H_c，pp、耦合点被动件一侧到主动件一侧频响函数矩阵H_c，ap、耦合点主动件一侧到被动件一侧频响函数矩阵H_c，pa，耦合点被动件一侧到目标点频响函数矩阵H_c，tp，耦合点主动件一侧到目标点频响函数矩阵H_c，ta。

以上耦合机械系统的频响函数矩阵展开为：

H_c,tp＝[H_c,13 H_c,14 H_c,17]，H_c,ta＝[H_c,15 H_c,16 H_c,18]，其中：H_c，ij为施力点i到响应点j的耦合频响函数。

步骤三、解耦机械系统频响函数预测：以步骤二中测量的耦合机械系统的频响函数矩阵作为输入，用被动件频响函数预测公式计算解耦频响函数。计算结果如图3所示，由图可知，预测得到的3个解耦频响函数与它们的真实值分别相同，验证了本方法的理论正确性。

实施例2

如图4所示，本实施例展示了简易车身物理模型，该模型包含车身(被动件，如图4(a)所示)和“发动机”支架(主动件，如图4(c)所示)，支架通过3个橡胶悬置与车身连接，实验装置如图4(b)所示。

本实施例包括如下步骤：

步骤一、确定测量点和分析频率段：将主动件一侧悬置点记为a1、a2和a3，被动件一侧悬置点记为p1、p2和p3，悬置示意图及全局坐标系如图5所示。目标点为车身右侧一点(单向)振动响应，记为t。只考虑悬置点的平动自由度，因此共有19个自由度需要关注，分析频率范围为20-400Hz。

步骤二、测量耦合机械系统频响函数：在悬置点用3D加速度传感器拾取加速度信号，在目标点用1D加速度传感器拾取加速度。在同一激励点连续锤击5次，通过LMS系统采集、分析力和加速度信号，取5次测量的平均值，得到耦合系统频响函数矩阵。

为了方便比较，将“发动机”支架去掉，进行车身解耦频响函数测试，如图4(d)所示。

步骤三、解耦机械系统频响函数预测：以步骤二中测得的耦合系统频响函数作为输入，用被动件频响函数预测公式预测被动件解耦频响函数。简易车身解耦频响函数的预测值和测量值比较结果如图6所示，图6(a)为前悬置下点X方向到目标点的解耦频响函数，图6(b)为前悬置下点Y方向到目标点的解耦频响函数，图6(c)为前悬置下点Z方向到目标点的解耦频响函数。由图可知，简易车身解耦频响函数的预测值与测量值在整体上比较吻合。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种基于原位测量频响函数且免拆分的子结构频响函数识别方法，其特征在于，首先将机械系统中的部件分类为主动件、被动件和弹性元件并建立耦合机械系统的频响函数矩阵，然后基于被动件频响函数预测公式得到解耦机械系统的频响函数；

所述的分类是指：根据机械系统的结构特点和受力情况，将直接受到激励作用的部件定为主动件，非直接受到激励作用的定为被动件，主动件和被动件之间通过弹性元件连接；

所述的解耦机械系统的频响函数，以耦合机械系统的频响函数矩阵作为输入，根据被动件频响函数预测公式预测解耦机械系统的频响函数，即去除主动件后的机械系统的频响函数，其中被动件频响函数预测公式为：

，其中：H_c,aa为弹性元件的主动件一侧端点频响函数矩阵，H_c,pp为弹性元件的被动件一侧端点频响函数矩阵，H_c,ap为弹性元件的被动件一侧端点到主动件一侧端点的频响函数矩阵，H_c,pa为弹性元件的主动件一侧端点到被动件一侧端点的频响函数矩阵，H_c,tp为弹性元件的被动件一侧端点到目标点的频响函数矩阵，H_c,ta为弹性元件的主动件一侧端点到目标点的频响函数矩阵，H_d,tp为待求的弹性元件的被动件一侧端点到目标点的解耦频响函数矩阵；

所述的耦合机械系统的频响函数矩阵，根据关注的响应位置和振动噪声频率范围，确定被动件上的目标点及分析频率范围，以弹性元件两端点和目标点为测量点，测量悬置的主动件一侧安装点、悬置的被动件一侧安装点及目标位置点之间的频响函数，组成耦合机械系统的频响函数矩阵；

所述的耦合机械系统是指包含主动件和被动件的机械系统。

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