Foreword
从一个产品发生共振，影响产品的稳定性，探索如何解决这个问题，想着先测量出来共振的点，然后加强结构。继而发现仅仅测量知道了共振结果，但是对于设计者来说并不知道如何改进设计，还需要有理论上的指导（仿真），进一步提高优化结构的效率，这直接引入了一个之前不曾接触过的领域——NVH。
NVH
NVH，Noise，Vibration，Harshness，针对噪声、振动、平顺性进行分析的领域，主要还是汽车制造领域用的比较多，航空和一些零部件、电机等等领域，也是他们经常分析的内容。
到了NVH那就不仅仅是测量，还有设计，仿真，需要从理论到实验，最终落地的一整套流程来完善和提高设计水平。对于汽车、电机、大型航空件，他们的材料等性能是比较明确的，结构的线性程度也比较高，再加上企业本身实力雄厚，支撑NVH绰绰有余。但是对于小企业来说，做NVH整套方案就比较困难了，成本过高，而且很多使用的材料、结构都是非线性的，本身测量的难度就比较大。
其次，在汽车、电机、航空领域产品的迭代速度没有那么快，往往是2-3年才会迭代一次产品，那么给结构和NVH的时间就很充裕，可以反复验证。对于快速迭代的消费品来说，NVH就更不合适了，结构变动的成本就很高，而迭代速度那么快，NVH往往跟不上节奏。
基础概念
共振，系统受到外界激励产生的响应表现为大幅度的振动，此时外界激励频率与系统的固有振动频率相同或者非常接近。共振是结构或材料在一特定频率下发生大幅度自然振动，这个特定的频率被称为结构的共振频率，通常一个结构有很多个共振频率。这里还有一个前提，是结构的阻尼非常小，只有在这个前提下才是结构本身的共振频率，而如果阻尼比较大，那么其实阻尼+结构本身的共振频率=你测量到的振幅非常大的频率。所以固有频率又分为无阻尼固有频率和有阻尼固有频率
- 无阻尼固有频率对应的是刚度/质量的平方根
- 有阻尼固有频率为无阻尼的固有频率乘以（1-阻尼比平方）的平方根。
现实中说的固有频率基本都是指有阻尼的固有频率
共振往往会给结构带来不可预料的后果，实际操作中往往都需要优化结构避开可能的激励频率
一些行业普遍认同的观点，如在汽车行业，一般要求是距固有频率有3，4Hz的间隔或者15-20%的距离，就认为是避开了共振
一般说空间中的坐标有x,y,z，这就是三阶，实际上描述一个刚体还有3个旋转角度，就是六阶。这都是我们为了简化、方便计算而抽象出来的。实际一个连续体具有无穷多阶，而有限元分析是有限的，我们也只能离散到有限阶去仿真模拟这个物体。同时每一阶都有自己的固有频率，一般来说研究的都是低阶的固有频率（基频），他们的频率比较低，容易和外界激励引起共振
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动刚度，是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，动刚越大抗形变越强，越不容易共振
- 静刚度，是结构在特定的静态激扰下抵抗变形的能力
- 频响函数，是响应与激励之比，表征的是结构的固有属性。他是随频率变化的，与外部激励无关，模态测试测量的就是频响函数。其实就是输出/输入
- 传递函数
振型
图中是一个二阶模态振型 ，1，3，5是节点(反共振峰)，2，4是反节点（共振峰），如果要抑制共振，应该加强哪里？实际上2和4
同样的，如果做模态分析时，测量节点应该选择在哪里？要选除了1、3、5以外的位置，因为他们是节点，对于外部激励响应非常低，振幅很低，不适合作为模态测量点。但是实际操作中其实并不知道这个节点在哪里，所以会选择多个点，最终看结果。
可以看到随着频率升高，出现了4个区间振幅非常大
这四个区间可以简单的归类为4阶模态，如果测量点够多，就可以看到每阶模态具体的变形是什么样的，这就是振型
模态分析
模态分析是研究结构动力特性的一种方法，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。分析模态参数的过程就是模态分析。
- 固有频率，同一个结构，测试点不同，但是结果是一样的
- 阻尼比，同上
- 模态振型，不同测量点是不同的
模态分析又分为计算模态分析（仿真），实验模态分析，工作模态分析
- 实验模态分析EMA，在外部激励的情况下进行分析
- 工作模态分析OMA，没有外部激励，直接测量结构在工作状态的情况下进行模态分析，多适用于大型结构、无法简单的通过施加激励进行测量的
- 工作变形分析ODS，类似OMA，但是此时测量的不是模态振型，而是结构的形变形式，他其实不涉及分析，是直接将数据进行可视化显示
模态分析有四大基本假设，分别为线性假设、时不变性假设、可观测性假设和互易性假设。我们总是希望结构模态分析能全部满足这些假设，但是现实情况是，很难全部满足。可能结构全部满足，但是由于测量设置等因素会一定程度上破坏这些假设。
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线性假设，假设结构是具有线性的，即激励的幅度不同不会影响频响函数，一般来说做模态分析之前，先要验证结构的线性假设，然后才能继续
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时不变性假设，其实就是说结构的特性不随时间改变而改变，实际上其实是会变的，只要时间跨度不大，我们就认为他不变了而已。同时还有一个就是接触式传感器本身的质量会影响到结构本身，同时由于传感器其实不是无限多的，实际测量的时候传感器本身也要移动来移动去，从而形成了一个时变的结构，这就需要布置传感器的时候尽量分散布置，而不是集中在某一侧，造成更大误差。同时还有温度影响，也会导致结构本身特性有轻微改变。
模态分析能做什么：
- 振动诊断
- 控制噪声辐射
- 识别设计中薄弱的部分
- 健康检测
- 验证有限元模型
激励
力锤激励，方便，快捷，但是力过大会产生结构非线性干扰
激振器激励，部署安装比较复杂，但是激励可控
设备
两种不通的激励方式引出的不同的设备采集方式
传感器
传感器设备比较简单，一般分为接触式和非接触式两种
加速度测振
接触式一般都是加速度计、陀螺仪、IMU
- 接触式好处是一些位置不是很大振动，接触式是可以跟随轻微移动的，测量点是非常稳定的
加速度计厂商就比较多了，国内各种卖加速度计的，精度要求不是特别高的话，基本都是可以的。
由于本身传感器有质量，所以这个东西实际上能做到非常轻的很少很少。
激光测振
非接触式是激光，激光中又分为红外激光和氦氖激光。
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激光的好处是一些高温、旋转、不适合直接接触的测量物体，但是如果被测物体会移动，那么测量点是不稳定的，同时单轴激光只能测量单轴的
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红外激光的好处是功率可以输出很高，可以远距离测量，对物体表面没有要求
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氦氖激光的好处是可以穿透水面等一些介质，直达测量物体，但是它本身对于物体表面有一定要求
激光测振设备又有单点式和扫描式的，简单说单点式只能测量一个点，换一个位置需要手工调节，同时由于是激光，所以只能单轴测量，要三轴测量需要额外增加激光头。
扫描式的则就简单了，直接对整个结构选定区域进行大范围扫码，当然也是离散的点的形式，但是测量的量一下就提高了很多，缺点还是只能单轴，如果要三轴测量，设备价格就非常高了。
这里面单点式的价格最便宜，扫描式的最贵，多轴则*n，实际上可以用到模态分析的基本应该是扫描式，单轴的话工作量太大了，不适合。单点式的比较适合做工作模态或者工作形变分析，成本比较低。
厂商
激光测振领域目前可以快速联系到的就这几家：
- 舜宇智能光学
- Polytec
- OptoMet
国产的价格相对低一些，国外的贵一点，只是激光采集这里其实大差不差。激光测振方面布局基本都差不多，每款产品都是对标的东西。
数据采集设备
数据分析的设备就非常多了
m+p、西门子LMS、Brüel & Kjær、各个数据采集设备商也有自己的采集设备
数据分析软件
BK Connect
m+p
LMS
价格
接触式的设备由于是各个厂家的，再加上传感器、激励源、数采+分析软件，是互相解耦的，一个东西就对应一家供应商，所以成本可以做的相对比较低，大概40w左右就能建立一套基本可用的设备。
非接触式的由于激光比较贵，大概单点式的激光设备就20w了，而扫描式的在100w左右，国外厂商这个价格可能要*2。
拿来做模态分析，单点激光是不太够用的，最好是扫描式的激光，3D扫描式的最好
设计流程
下面就是我理解的NVH加入以后，整体结构的设计流程
整体看是这样的，但是有一些东西的积累是非常重要的。
比如在结构仿真的时候，使用到的各种材料的属性，这个会直接对仿真结果有影响，车企等是会先测量或者直接得到材料的各种属性以及仿真时的修正（这些靠的都是日积月累的经验和背后的数据管理），由于开模等成本非常高，车企在前期仿真的结果就力求接近真车，经验和仿真一结合，最后仿真得到的结果也就非常接近了（振动频率相差几Hz），那么开模等高成本的操作风险就显著降低了。
其他名词
CFD，Computational Fluid Dynamics，流体动力学，广泛用于流体模拟，动力学仿真
CAE，ComputerAided Engineering，计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性等问题
Summary
拓展一个新领域，引入NVH体系到实际设计生产中，还是挺麻烦的，投入成本很高，收益却又不明显
Quote
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