设计仿真 | MSC Nastran 新增功能：一步法传递路径分析及后处理

01功能介绍

在NVH（噪声、振动和声音粗糙度）研究中，传递路径分析（TPA）是一种的实验和基于仿真的成熟技术被用于评估和排序结构或声固耦合系统中不同结构传输路径引起的噪声和振动贡献。传递路径分析（TPA）涉及三个要素：

01

系统的振源（主动振动部件），如发动机、齿轮传动或动力系统，或车轮悬架/底盘系统，激励从这些源头部件发出并传递到系统。

02

系统的无源部分，其中某些选定响应点或接受者的位置，可以是结构或声学响应点（例如方向盘处的速度或乘客耳朵附近的声压）是值得关注的。

03

传递路径，通常与所谓的连接点、接口点或连接点相关联，将接受系统连接到激励源系统。例如，发动机支架通常被选为诊断发动机产生的振动和噪音的传递路径。传递路径是表示振动能量流从界面或连接点到接收点的传播路径。

传递路径分析（TPA）允许工程师通过接收侧（无源侧）界面点的力和振动来表示源激励。接口/连接点的每个自由度 （DOF） 表示一条路径，施加来自主动侧（激励侧）的作用力。在大多数工程实践中，只考虑了三个平移自由度，而忽略了三个旋转自由度。来自单个路径的接收点的响应构成来自该路径的贡献。

02基于MSC Nastran传递路径分析益处

MSC Nastran的单步传递路径分析功能（TPA）简化了多步骤仿真过程，是一个标准的MSC Nastran分析作业，它在一个分析中自动完成模型剖分，激励侧和接收侧外部超单元定义、生成和装配计算，支持自动模态部件综合法（ACMS），用户只需要准备一个输入文件，即可完成传递路径分析，作业完成后，所有与 TPA 相关的结果都存储在 HDF5 文件中，方便绘制和显示，用户可以利用Python语言读取结果、编制后处理报告或结果评价。

03传递路径分析工作流程：

如下图，说明了典型车身底盘系统中传递路径分析（ TPA） 分析的模型设置。车身/空腔子系统（接收或无源侧）在悬置点或接口点连接到底盘/悬架/动力总成子系统（激励侧或有源侧），其中源激励（工作负载）从车轮/发动机支架进入车辆，并通过底盘/悬架/发动机支架进入界面点传递到车身/空腔。

执行模型分解，整个模型分为激励侧、被动侧，定义标准的MSC Nastran求解文件，根据界面点、响应点定义，生成被动侧单位激励传递特性分析FRF/NTF，同时，将生成被动侧外部超单元模型文件；

装配被动侧超单元模型，做整体分析，根据源激励计算界面点处的节点力 Fi，并计算某些点处的响应Ui。

执行传递路径分析（TPA），基于第一步中外部超单元模型和接收所有界面点处的节点力。使用路径 i 的 FRF/NTF 和界面力 Fi （GPFORCE），计算路径 i 的贡献 Ui，并利用计算的单个路径的贡献合成总体响应，如图 3-1 的公式所示。

其中：

U_t-振动响应点总响应；

U_i-各个路径响应

H_i-传递函数FRF或NTF；

F_i-界面点力，节点力（GPFORCE）。

04基于MSC Nastran传递路径分析过程

定义TPASET卡片，声明要进行TPA分析；

TPA分析中支持定义一个载荷工况，即一SUBCASE；

激励载荷需要保存在主模型文件中；

通过定义 BEGIN BULK ACTIVE (或PASSIVE) 将模型重组为主动侧和被动侧；

在主模型中，定义TPADEFN卡片，该卡片定义传递路径分析的激励源，界面点的组ID，响应类型、响应点SET ID等，如下图。

其中：

SETID字域定义，TPADEFN标识号，在工况定义段被引用；

GRIDSET字域定义，界面点组ID表示号，组类型SET3；

UNIT字域定义传递路径分析中的分析通道数目，默认为24通道；

RESPTYP1/2/3字域为响应类型，支持类型有：ACCE、DISP、VECL、PRESSE，即加速度、速度、位移、声压

OUTSET1/2/3字域为响应点类型，对应输入组标识号，组类型为SET3；

定义h5格式文件输出为：HDF5OUT PRCISIO INPUT YES

图：示例模型

传递路径分析（TPA ）的结果计算被存储在 HDF5 数据库文件中。用户可以使用熟悉的 GUI 工具用于结果显示和绘图。为了方便用户使用，MSC Nastran提供了用于 TPA 结果显示的 Python 的代码和处理 TPA HDF5 文件。

图：传递路径分析结果文件H5，可以直接读取

图：TPA分析，各个通道对响应点X的贡献度

图：传递路径分析，整体计算与基于各个传递通道合成结果对比

图：传递路径分析，响应峰值点处，贡献率最大的前五个通道分布图