NVH 根本原因分析——分步指南
根本原因分析通常在发现问题后进行。对于用于 NVH 分析的仿真模型，建议主动查找振动和共振增加的情况，以便在制造第一个原型之前优化模型。
本 NVH 根本原因分析指南将引导您完成必要的步骤，以全面评估可能导致不良 NVH 现象的关键频率或速度。为了说明这些 NVH 动力总成基础知识，我们将以电动驱动的两级变速器模型为例进行说明。
我们示例中的模型是从零开始设计的，首先确定了齿轮和轴的初始布局。随后进行了壳体设计，包括针对刚度和特定固有频率的基本拓扑优化。我们遵循典型流程，优化了齿轮的微观几何形状，以减少噪声、振动和不平顺性（NVH）的来源。
下一步是进行多体动力学仿真，以确定轴动力学、结构噪声和噪声辐射方面的关键运行条件。一旦确定了这些条件，它们将成为后续优化的目标。
我们如何识别和理解关键工况？这就需要用到根本原因分析。基于分析结果，我们可以对动力总成壳体进行新的优化，力求降低噪声排放。新的设计方案还可以通过多体动力学仿真和声学分析再次进行验证。
模型完成后，您需要将其导入多体动力学程序，以执行根本原因分析的四个步骤，从而在潜在的 NVH 问题发生之前将其检测出来。其中一项任务是分析共振的变形形状。共振和模态形状之间的交叉影响只能在时域求解中得到正确处理。在时域中执行此分析，使工程师能够观察不同模态形状之间的相互作用。这对于电动动力总成尤为重要，因为设计人员必须处理更高的频率。
根本原因分析的过程包括提出一系列问题。
首先，您必须回答以下问题： 您希望在哪些关键速度下应用根本原因分析？
目标是降低噪声峰值。为此，需要进行运行变形形状分析 (ODS)。图 1 中的示例展示了本次分析所涉及的两种转速。图 1 中的仿真结果说明了壳体振动和差动（弯曲模态）振动之间的相互影响。在第二种情况下，图中展示了轴系和扭转系统。
接下来考虑第二个问题，针对已确定的速度： 什么激励路径会引起共振？
这需要进行数值传递路径分析 (NTPA)。在第一步中，我们发现存在交叉影响。这种振动会传递到壳体表面，并由壳体向外辐射噪声。目标是找出激励通过哪个轴承传递到壳体。请查看图 2， 提供的分析可视化输出。在我们的示例中，轴承 4 和 6 将最强的振动传递到壳体。
这种分析看似微不足道，但在轴承数量较多的复杂系统中，它却能挽救生命。
接下来进入根本原因分析的第三步，问问自己： 在共振频率下会出现什么工作固有模式？
现在我们更详细地考察不同运行模式下的 NVH 性能。对于我们确定的关键频率，需要分析物体的动能。动能百分比越低，表明单个物体的本征模之间的耦合越强；动能百分比越高，则表明单个物体的本征模之间耦合越弱。
最后，用一个问题来完成根本原因分析： 哪种系统模式对共振振动的贡献最大？
回答这个问题将得出组装系统或单个物体的系统模态贡献因子。此步骤的关键在于分析物体在问题频率下的行为。您应该了解在给定频率和速度下，哪些物体模态导致了临界振动。这些信息将帮助您了解如何修改物体以降低振动。在给定的示例中，所得结果用于外壳的结构优化。
通过更深入地了解系统加载和运行时发生的情况，我们可以进行下一步——改进我们的设计。
在接下来的优化过程中，您可以选择两种方法——最大化模态或最小化等效辐射功率。最终结果应是能够降低关键运行条件下振动的设计变更。
针对此示例优化后的外壳，再次监测这些更改的效果。结果显示，峰值降低了约 5 分贝。
来源：ABAQUS仿真世界
