LMS CADA-X传递路径分析模块后处理功能简介

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　　声强测量是当今噪声研究和控制中一种重要的测量手段，与声压测量相比，其显著特点是不仅适用于远场测量，也适用于近场测量，对测量环境要求较低。目前声强测量已广泛地应用于机器声功率的测量、声源识别、故障诊断、材料的吸声系数和隔声量的测量等。

　　CADA-X是比利时LMS公司的商品化软件，主要用于振动和声学方面的测试、分析和优化，整个软件涉及面很广，包括数字信号处理、模态分析、声强分析等等。本文主要对其中的传递路径分析模块后处理功能作一简单介绍。

　　TPA的数据管理
　　传递路径分析过程会产生大量的数据，包括工作数据(振动、声压或力)、频率响应函数(声学响应或振动响应)以及复动态刚度数据。

　　一般典型情况下，需要针对发动机激励的不同阶次和不同的接收位置对很多路径进行评价。举一个实际例子：通过10个悬置联结，共有36条传递路径，需要在4个乘员位置作为接收点评价，并包括3个评价工况。由于存在刚性联结，必须采用复动态刚度法结合逆矩阵法来计算工作力。这个过程导致的数据包括：

　　36×4 = 144 ;接收点的FRFs
　　36×36 = 1296 ;加速度FRFs
　　30×1 = 30 ;复动态刚度
　　30×2×3 = 180; 悬置两端位移差
　　6×1×3 = 18 ;逆矩阵的附加振动数据
　　4×3 = 12 ;接收点测量的声压
　　1680 全部数据总和

　　总共有1680个测量数据，来自不同的源，可能使用了不同的频率分辨率及包括不同的方向……。这个例子还是非常局限的，其中还没有包括矩阵求逆希望的超定数据，也没有考虑到很多情况所需要的更多的评价工况：滑行减速、3挡、4挡…、全负荷、道路负荷、部分负荷、怠速等等。

　　因此，在LMS CADA-X传递路径分析中，包括了许多自动化的工具，目的是为了减少数据管理中的错误，并使数据处理的过程尽可能高效。例如，用户可以选择多工况按照需要进行自动处理，然后选择需要研究的频率或转速范围。

　　图1 选择工况数据

　　用户可以在一次操作中选择所有的FRFs，并一次性定义所有的悬置联结。

　　图2 选择悬置联结

　　随后LMS CADA-X传递路径分析模块将自动过滤出所有有效数据，并给出有效传递路径和接收点的完整定义。同时还将针对具体的路径提示可以采用那些确定工作力的方法。即使没有测量全部加速度FRFs，仍然可以使用逆矩阵法 --- 软件会自动将矩阵中缺失的项用0充填。如图3所示，用户能够观察和修改矩阵。

　　图3 灵活的矩阵编辑功能

　　用户只需要简单地选择希望使用的计算方法和接收点，点击一个按钮后软件将按批处理方式计算所有的工况和所有接收点。软件会自行处理频率分辨率匹配、符号修正、积分等所有的步骤。根据矩阵规模、频率分辨率、计算的工况数和处理器速度的不同，典型的计算过程需要几秒钟到几分钟不同的时间。总之，所需要的手工干预只有在开始时对数据集的选择。

　　图4 工作力计算方法、接收位置等的选择都是非常直观的

　　进行板贡献分析时，需要对大量测试数据，经常会有500个以上的工作加速度测量数据，的特殊操作。LMS的传递路径分析中提供了一个专门的工具对这些大量的数据进行特殊的处理，该模块称之为Panel，ContributionAnalysis(板贡献分析)

　　板贡献模块使用户能够将大量的测试数据分类到易于管理的数据集中，同时可以定义操作选项，包括平均值算法、结果类型(体积速度或体积加速度)和面片尺寸等。在此基础上，软件将进行所需的计算。板贡献分析模块的界面参考图5。

　　图5 板贡献分析

　　后处理功能
　　传递路径分析将产生大量的分析结果。在LMS CADA-X传递路径分析中，对每个工况和每条传递路径，都可以进行工作力计算。此外，可以计算每条路径对各接收点的分贡献。软件甚至可以自动识别最重要的路径。

　　为了可视化快速表达不同路径的重要性，针对所有的路径，采用了一个色标图将路径部分贡献的幅值特性表示为转速或频率的函数。从图6可以看出，《传递路径分析(TPA)的结果是怎样的?何时需要使用?》一文中例子所讨论的3阶boom噪声，主要是由两条路径的贡献所导致的，即body: 1和body:7。其中body: 1在4500-5000rpm是主导的贡献路径，而在5300rpm，两条路径都是很重要的。

　　图6 路径贡献表达为转速的函数

　　专门的向量和线条图可以使用户观察向量贡献，并由所选择不同路径计算测量的接收点函数。向量图由在特定频率或转速下表达向量贡献的向量显示和一个与计算或测量的接收点总响应相比较的特定路径局部贡献的显示所组成。

　　为了使特定路径的显示更加明显，向量图中的向量可以选择不同的颜色来表达。用户可以选择向量图自动在频率域或转速域上滚动，也可以用光标选择手动选择步长，或者输入需要显示的频率值。图7给出了3阶和4800rpm时的向量显示，很明显，booy: 1:Z表现为重要的路径。

　　图7 路径body:1:+Z的3阶贡献在4825rpm时为主导贡献。绿色：路径贡献;红色：测量的总声压;黄色：所有路径贡献求和

　　用户还可以使用强大的后处理功能分析为何某个路径成为主导贡献路径。只要进行简单的选择操作，即可将与某个特定路径的全部相关数据导入。通常情况下，这些特定路径的数据包括工作数据(力或振动)、加速度数据、悬置的复动态刚度数据以及测量的部分或整体接收点响应结果。

　　图8显示的是基于复动态刚度法的结果。其中左上部分的显示包括了工作数据以及所选路径悬置两侧测量的加速度数据。悬置的特性显示在图形的左下部分。所选路径到接收点的声学FRF显示在图形的又上部分，而工作力的结果则显示在图形的右中位置。通过工作力和声学FRF获得的结果最终显示在图形的右下位置。在此图形上，用户可以将所选路径的部分贡献(绿色)与接收点试验总响应(红色)及计算总响应(黄色)进行比较。可以看出问题主要发生在4825rpm(即214Hz)。

　　图8 在同一个用户界面上显示与特定路径相关的所有数据

　　路径body: 1: +Z贡献的峰值对应于声学FRF的峰值，因此该路径的问题是纯声学问题。

　　其它一些后处理功能，例如部分rms或路径子集向量求和，以及将路径部分贡献向计算的接收点总响应上投影等，都使得对结果的分析更加有效。其中最有效的工具是能够将数据减少到一个位置，而不是分别观察x、y、z方向的贡献。如图9所示，对两个贡献最大的路径body: 1: Z和body: 7: Z的向量求和，即可以确定对于3阶的响应这两条路径是主导路径。

　　图9 绿色：路径body: 1: Z和路径body:7: Z在接受点麦克风处声压贡献的向量和;黄色：所有路径在接收点麦克风处贡献的总合;红色：接收点麦克风测量的总声压

　　在板贡献分析中，用户必须面对大量的传递路径(一般在500个以上)，因为必须将表面分割为能够测量的面片(patches)。由此将产生大量的结果。直接分析这些结果尽管不是不可能，至少是非常困难的。所以我们需要一个工具对来自各个路径的结果进行分组，然后考察这些路径组的贡献，而不是研究每个单独路径的贡献。这个过程可以参考以下图10。

　　图10 各路径的分组贡献

　　本文内容摘录自通力(上海)有限公司翻译《传递路径分析TRANSFER PATH ANALYSIS》一文，英文原文为LMS CADA-X的应用说明。