【Optistruct要领】多样本分析（MSA）

OptiStruct NVH系列专题从第一期《模态贡献量》至今已经三月有余，在这三个多月时间里，我们详细介绍了NVH问题的诸多诊断与优化方法。

今天我们来讲一个全新的概念：多样本分析(Multi-sample analysis，以下简称MSA)。

所谓多样本分析是区别于传统单一样本分析而言的，传统的单一样本分析中，所有的参数都具有唯一的名义值，基于这样一组唯一确定的名义值，我们会计算得到对应的响应。然而，随着对设计可靠性要求的越发严苛，要求在设计阶段研究由于参数（如衬套刚度、阻尼等）波动导致的系统响应波动。这些参数波动可能来自于设计与制造的差异。如果一个参数的波动会导致系统响应的大范围波动，那么这个参数的取值就需要格外注意。

NVHD支持MSA的模型创建以及生成多样本模型之后的后台自动提交。

下面的流程图为多样本分析的作业流程 👇

目前NVHD中支持考虑的波动参数(变量)包含子系统模态频率、子系统模态阻尼、弹簧单元刚度、弹簧单元阻尼。如果需要考虑子系统模态频率与子系统模态阻尼，那么子系统需要以CMS超单元的形式存在于主模型中。

我们将通过下面这个例子，定义一个频响分析工况。激励位置位于发动机激励点，响应点位于驾驶员头顶横梁位置。车身与底盘、动力总成的15个接附点如图中黄色小圆柱所示，假设接附刚度均为x、y、z三个平动自由度方向2000N/mm。

如果需要将子系统的模态频率与子系统模态阻尼作为变量，那么就需要生成子系统的超单元模型。本节我们将使用NVHD中的子系统超单元批量生成工具批量生成子系统超单元，并将其与Master文件进行一键式关联。

首先进入Batch Model Reduction面板，勾选需要进行缩聚的子系统，勾选Disable OptiStruct element check选项，点击Create job按钮进行批量超单元创建。

等待子系统缩聚完成，状态显示为FINISHED之后，点击Assign H3D进行一键式关联。

Process Manager中具有多种常见工况的流程化创建模板，可以快速创建如频响分析、随机振动分析、疲劳分析等工况。使用Process Manager可以极大简化操作流程，提高工作效率。

详细操作请参考文末视频，该视频通过Process Manager设置了一个频响工况，并输出了驾驶员头顶横梁处的结构加速度响应。

在Modules and Connections标签页，需要定义模型信息与连接信息。如果需要将某些子系统的模态频率与子系统模态阻尼作为变量，那么该子系统需要选择超单元模型。

MSA – Modal Parameters标签页将自动识别具有超单元模型的子系统，工程师可以对其频率以及阻尼参数的波动上下限进行调整。按需设置随机样本的个数，这个例子中我们设置30个样本。

MSA – Connection Parameters标签页将会自动识别Bush单元，工程师可以对其刚度以及阻尼参数的上下限进行调整。

NVHD中的Analysis Manager可用于创建MSA作业。

NVHD会在后台自动生成多样本作业，并且自动提交计算。

进入HyperView，载入NVH后处理专用模块，选择Multi Sample Analysis。

载入后缀为.tpl的结果文件

点击Display可以看到在整个计算频段上由于参数的波动导致的不同响应曲线，如下图👇

Nominal代表设计名义值对应的响应曲线；Mean代表30次run的均值曲线；95%Upr和95%Lwr代表置信度为正负95%的两条曲线，也就是说，随着变量的波动，响应曲线有95%的概率落在这两条曲线之间。

其计算方法为：取30个样本在某频率下的响应值，计算其均值和方差，根据正态分布表计算95%Upr和95%Lwr对应的响应值。

另外可以输出在整个频段上，响应最低的1个样本。

可以看到run_00005是所有样本中，在整个频段上响应最低的一个样本。

除此之外，可以在特定频率点下查看变量的不同取值对响应的影响。比如，输出40Hz位置，排在前9位的弹簧刚度的贡献量👇

将获得如下图表👇

以贡献量最显著的弹簧刚度为例👇

上图中每一条竖线表示该弹簧刚度取当前水平时，忽略其他变量的影响之后，响应的最大值、均值、最小值。如果这条线段越短，则表示变量取当前水平时，响应的波动越小。