OptiStruct精髓：解析模态贡献量的关键要素

绝大部分NVH-CAE解决的问题，都是某频率下的响应峰值大小问题，NVHD后处理模块针对这类问题提供了完整的诊断后处理工具，所谓“诊断后处理”是指后处理不仅看到曲线及其峰值，还可以诊断出是什么导致的高峰值。

诊断后处理包括模态振型、模态贡献量、板件/节点贡献量、能量分析、传递路径分析、能量流分析、设计灵敏度、阶次分析、快速假设与对比（Study）、综合集成诊断、仿真和实验对标（MAC）等功能，全面和高效地诊断NVH分析结果。

NVHD后处理中的各类工具

NVHD中的诊断后处理是针对声-固耦合的汽车NVH结果的分析工具，但其中的部分工具是完全适合于所有行业使用的，比如模态贡献量、能量分析、传递路径分析、能量流分析、设计灵敏度、仿真和实验对标（MAC）等。其中模态贡献量是最重要，也是最基本的诊断方法。只要是基于模态法频率响应的分析结果，就可以使用模态贡献量来识别出非密集模态情况下，对于响应峰值或整体频域响应贡献量最大的某几阶模态，从而引导工程师有针对性的去优化结构，降低这几阶模态的贡献量，从而达到降低结构响应峰值的目的。

模态是NVH最重要的物理量，模态贡献量对于基于模态的频响分析工况中都可以设置输出，也可以通过简单的添加输出参数，利用原有的分析中，增加模态贡献量的输出。而其他的板件/节点贡献量等则要求模型内必须要包含声腔模型。模态贡献量通常被用来诊断模态密度较小频率范围的NVH问题，如整车振动的低频阶段。

查看对应频率下的模态振型是排除NVH问题最直接、最简单的方法，但是只看振型是不够的，因为振型明显的部件不一定是问题点，特别是到了模态密集的频率段，很难通过直接观察模态振型来判断。由于现代线性振动理论的基础是模态叠加原理，一个线性振动的系统响应，可以由很多阶正交模态的振型与广义坐标的组合叠加而成。

这好比是任意一个函数都可以用无穷阶正交的正余弦函数合成。根据该理论，结构响应峰值大小是由多阶模态效应叠加产生，此时可以找出问题峰值的模态贡献量，哪一阶模态贡献最大，是正贡献还是负贡献。对正贡献量大的模态进行抑制，将更有效的解决峰值过大问题。以下是对某频率下的结构工作模式进行模态分解的基本原理：

那么以上公式中的模态参与因子与模态贡献量又有什么关系呢？OptiStruct如何设置这两者的输出？

以上公式中的模态参与因子又称为模态位移，OptiStruct中可以通过CONTROL CARD —GLOBAL OUTPUT REQUEST—SDISPLACEMENT输出，但只能在基于模态法的频响分析或者瞬态分析工况输出。

模态贡献量：OptiStruct中可以通过CONTROL CARD —PFMODE输出，但只能基于模态法的频响分析工况下输出。

需要注意的是由于响应是复数，具有大小和相位角，所以模态贡献量也是复数，具有大小和相位角。

1.    进入NVH后处理模块

HyperView有NVH的专属后处理分析工具，其中包含模态贡献量。通过以下操作我们可以进入NVH 后处理界面。

此时菜单栏出现

2. 模态贡献量的可视化

模态贡献量的计算公式和输出方法在上面已经进行了介绍，下面将介绍NVH中提供的若干模态贡献量的可视化选项。

其中前两项为单频率的模态贡献量分析，而后面若干项则可考察全频段/指定频段内的模态贡献量分析。

1）单频率分析

单频率分析中，可分析某个频率点上，哪些模态对其贡献量最大，或者这个频率点的响应由哪些模态所决定。比方说下面的频响曲线中，考察33Hz处响应的模态成分时：

通过模态贡献量分析，设置输出前10个最大贡献量的模态

这里需要关注Complex component=Projected/Magnitude。

由于贡献量是复数，所以考虑贡献时，不能仅仅考虑其大小数值，还要考虑相位角。只有在投影到总响应时，才能反应该模态贡献量对响应的真实影响。选择Project即按照不同模态贡献量投影到总响应上的分量进行排序。

在第一种显示方式即直方图中：

可以看到图中直方图有In phase 和 Out of Phase两类。其中In phase 指正贡献量，即该模态贡献量方向投影到响应的正方向上，增大该模态贡献量，响应增加，Out of phase 指负贡献量，即该模态贡献量方向投影到响应的负方向上，增大该模态贡献量，响应降低。 在本例中，第22阶模态 即 306Hz的模态对33Hz处响应有最大正贡献量，而第25阶模态即317Hz处有最大负贡献量 。而当我们选择Complex component=Magnitue时，可以看到他是按照幅值进行排序的。

2）全频段分析

全频段模态贡献量分析与单频率点相似，常用3D极坐标图等来做后处理，如下：

蓝色曲线对应总响应部分，绿色等曲线对应各阶模态贡献量。从3D极坐标图中，可以明晰地看到哪些模态对应响应有正贡献，哪些有负贡献，也可以通过与响应的相位角来分析其对响应的灵敏度，如果模态贡献量与响应夹角为90°，那么投影到响应上的值为0，增减该模态贡献量对响应无影响。而下图右上角显示的模态贡献量的排序则用综合考虑了所以频率点上的模态贡献量的统计平方差来表示。

此外我们还可以以其他图表形式显示：

在这种显示中，色块在频率点上的宽度为贡献了大小。

除了以上介绍的显示方式以外，HyperView-NVH还包括了许多其他的方式，包括瀑布图等，大家有兴趣可以自己去探索下。

3.  模态贡献量和模态的关联

在NVH中还可以关联模态贡献量和模态.

选择含模态分析的结果文件：

此时选择直方图中的某模态可以实时显示该模态振型：

5.利用模态贡献数据进行响应研究

Study响应研究中，可以研究将其中某些模态去除后，整体响应的变化。这里我们将33Hz中最大模态贡献量的第22阶模态降低50%.

可得新响应及前后响应差值为：

从差值曲线（绿色）可以看到此时，33Hz处响应有峰值，虚线显示的新响应在33Hz处也有大幅的下降。而最大的改变出现在52Hz，通过对该点的模态贡献量分析，也可以看到该频率点上第22阶模态是负贡献量最大的，与上图一致。差值曲线也可以表征着该模态在全频段内的模态贡献量。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删