基于非正交分解串扰消除的全频段传递路径分析方法研究

Transfer path analysis is an effective method to identify vibration source in complex structure. There are defects in operational transfer path analysis (OTPA) etc., OTPA adopts the principal component analysis technique to solve the crosstalk problem, but each source's vibration response is non-orthogonal, the orthogonal decomposition method can't solve the crosstalk problem. Additional problem is that the transfer function method which contains the phase parameters is not suitable for high frequency transfer path analysis, in that frequency range the transfer function is very sensitive to structural details. The crosstalk cancellation method in the full-spectrum range based on the non-orthogonal decomposition is proposed. Researches will be done to: (1) Establish the basic theory of the non-orthogonal decomposition method. Its steps are that acquiring the non-orthogonal vector firstly, and then using the non-orthogonal decomposition method to get the contribution from each source. Researches will be done on the acquisition method of non-orthogonal vector,the decomposition algorithm and the error control method. (2) Establish a new method to solve the middle and high frequency transfer path problem based on OTPA and SEA because in that frequency range the traditional method is not suitable. Researches will also be done to establish a non-orthogonal decomposition method for solving the crosstalk problem in the middle and high frequency range. At last the vibration transfer path analysis method in the full spectrum range will be put forward, which will be used to solve the bottle neck problem in vibtaion source diagnosing of the complex structures like the underwater structure and high speed rail carriage.

传递路径分析是复杂结构振源识别的有效手段，目前传递路径分析法OTPA等存在缺陷，OTPA采用正交主分量分析技术，而各激励源的响应是非正交的，正交分解无法解决串扰问题；采用具有相位关系的传递函数的传递路径分析不适用于对结构细节敏感的中高频段问题。课题提出基于非正交分解实现串扰消除的全频段传递路径分析法：（1）建立一种基于非正交分解的串扰消除法：先分步激励获得非正交向量，然后通过非正交分解获得各源的独立贡献量，研究非正交向量的简便获取方法，以及非正交向量分解方法及误差控制理论。（2）针对传统传递分析方法不适用于中高频段的缺点，结合统计能量分析法和OTPA，建立中高频段传递路径分析法，以及分析中高频非正交分解串扰消除法。得到完善的全频段传递路径分析法，用以解决水下结构、高铁舱室等复杂结构噪声源防串扰识别分析的技术瓶颈问题。

复杂结构的振动噪声识别和控制问题引起人们日益关注。复杂结构的振动包括三部分：振动源、振动传递路径及振动接受结构，若能采用一定技术手段发现主要振源和传递路径，针对主要源和路径采取减振降噪办法将能有效降低噪声，而在非关键部位采用的减振降噪手段起不到主要作用，减振降噪的关键问题也就是传递路径分析和振源大小的辨识问题。目前传递路径主要方法OTPA等在串扰解决上都不完善：OTPA采用基于正交分解的主分量分解技术来解决串扰问题,但它存在实质性错误；OPAX方法采用简化参数的隔振器表征传递力，忽略了隔振器共振效应，也存在其它振源振动引起非振动源振动的串扰问题。.串扰是降低传递路径分析精度，限制其应用的难题,本课提出研究串扰解决方法的研究，目的是获得一种比较完善的串扰解除方法。通过对串扰机理、解除串扰的理论推导，试验研究，课题获得了以下理论成果：（1）建立了一种基于非正交分解的串扰消除法，提出和验证了它的应用步骤，先分步激励获得非正交向量，然后通过非正交分解获得各源的独立贡献量；并对一部份可以分步运行，一部分无法分布运行，用力锤和激振器激励的情况进行讨论和分析，总结了一种比较完善的非正交分解解除串扰的理论。（2）同时还提出了一种通过传感器组合，应用组合信号消除串扰的方法，并对其进行了试验验证，证明该方法是可行的。（3）结合统计能量分析法和OTPA，建立了中高频段传递路径分析法，研究表明该方法也可以类似低频非正交分解来消除串扰。仿真和试验证明,本文提出的多种串扰办法,传递路径分析精度得到了提高，研究成果改善了目前工程通用方法OTPA、OPAX的不足，相关技术可应用于运输载体、飞机、水下航行体噪声的辨识，并用于指导减振降噪设计。