面向传递路径分析的力重构和子结构特性识别的病态逆问题解决方法

Transfer Path Analysis (TPA) is the most common diagnostic tool for vehicle interior structure-borne noise. In order to obtain high efficiency and high-precision of path identification, the new TPA method by integrating classic TPA and inverse substructure technique is becoming the development direction. The key for this method is to solve the different ill-posed inverse problems in force reconstruction and substructure characteristics identification. Therefore, based on numerical simulation of simple typical structure, the Tikhonov regularization method based on genetic algorithm is put forward to solve the ill-posed inverse problems in force reconstruction, and the improved singular value decomposition method is brought forward to solve the problems in substructure characteristics identification. And then, the applicability of the above methods for the complex structure should be examined. Accordingly, the improved algorithms are proposed. Finally, the interior noise caused by vehicle powertrain structural vibration will be taken for example. The improved algorithm will be applied to the transfer path identification of the above example. And the new TPA method is compared with existing TPA methods in identification efficiency and accuracy. Through this project, it is expected that a theoretical model and test process of high-precision and rapid TPA method is established to provide the support for efficient noise and vibration diagnostics in engineering field.

传递路径分析 (TPA)方法是当前最通用的车内结构噪声诊断手段，为了同时取得路径识别的高效率和高精度，综合经典TPA和逆子结构法的传递路径识别方法成为发展方向。该方法的关键在于解决力重构和子结构特性识别中都存在的、又各具特色的病态逆问题。为此，申请者拟首先基于简单典型结构的数值仿真，提出基于遗传算法的Tikhonov正则化方法和改进的奇异值分解法分别解决力重构和子结构特性识别的病态逆问题。然后面向复杂结构，考察上述方法的适用性并进行算法的优化和改进。最后，以汽车动力总成结构振动引起的车内噪声问题为例，进行基于改进算法的传递路径识别，并综合分析识别效率与精度。通过本项目的研究，形成一套具有高精度、快速的TPA方法的理论模型和试验流程，为工程领域准确、高效的声振诊断提供理论支撑。

传递路径分析（TPA）方法是当前诊断车内结构噪声最通用的手段。为了同时取得路径识别的高效率和高精度，综合经典TPA 和逆子结构法的传递路径识别方法成为发展方向。该方法成功应用的关键在于建立准确的传递路径模型，解决力重构和子结构特性识别中都存在的、又各具特色的病态逆问题。本项目对TPA研究中存在的上述三个问题进行了深入研究，以此弥补现有相关研究中的不足，具体完成了以下研究内容并取得了相关研究成果。首先建立了串联式和混联式多级耦合隔振系统的传递路径分析模型。通过对模拟动力总成-副车架-车身模型的仿真和试验研究，证明了传递路径理论模型的准确性，并基于模型完成了误差灵敏度分析及虚拟传递路径贡献量分析，找到了对误差最为敏感的系统级频响函数和对目标系统频响函数峰值起主导作用的传递环节。在力重构病态逆问题方面，通过简单平板的仿真分析，讨论了系统病态性情况不同时，不同数值解法的载荷识别精度和具体适用性，从而提出综合使用Tikhonov正则化法和SVD法的新载荷识别方法，并通过仿真和实验研究证明了相比于单独使用SVD法和Tikhonov方法新方法可提高载荷识别精度。在子结构特性识别病态逆问题研究方面，通过简单耦合结构的仿真，分析了不同噪声等级下不同逆问题解决方法的求解精度，提出了综合使用TSVD法和Tikhonov正则化法的新子结构特性识别方法，并在仿真平台验证了新方法的有效性。最后，以汽车动力总成结构振动引起的车内噪声问题为例，建立了振源耦合虚拟TPA分析流程，并将载荷识别和子结构特性识别的改进算法应用到实际结构中，大幅提高了实验TPA的精度，建立了完整的振源耦合实验TPA分析流程。通过本项目的研究，完善了多级耦合隔振系统的动力学理论，形成了一套具有高精度、快速的TPA 方法的理论模型和试验流程，为工程领域准确、高效的声振诊断提供理论支撑。此外，本项目所提出的传递路径模型、力重构及子结构特性识别新方法可广泛应用于汽车、船舶、航天航空、包装动力学等多个领域。