Academic literature on the topic 'Vibroacoustique'

Les législations européennes imposent aux constructeurs automobiles que leurs véhicules ne dépassent pas un certain niveau de bruit. De plus, du point de vue économique, leurs clients ac- cordent de plus en plus d'importance aux aspects liés à la qualité acoustique lors de l'achat d'une voiture. Une des sources principales de bruit est le Groupe Moto Propulseur. Or, si des outils suc- cincts existent très en amont dans la conception, les concepteurs ne possèdent pas d'outils in- formatiques adaptés pour orienter la conception et ont donc peu de marge de manœuvre. Si le moteur s'avère bruyant en fin de projet, seules des solutions palliatives coûteuses et souvent mal adaptées peuvent alors être appliquées. L'objectif de cette thèse est par conséquent de permettre d'évaluer le bruit émis par le moteur plus tôt dans de cycle de conception grâce à des simulations numériques. Ces simulations doivent être effectuées sur des pièces de géométrie simplifiées conformément au niveau de connaissance à ce stade de la conception. De plus, des méthodes numériques rapides doivent permettre de com- parer plusieurs architectures moteur afin de privilégier la plus favorable par rapport à l'acoustique et aux vibrations. Pour y parvenir, nous avons déterminé les paramètres géométriques correspondant à un stade précoce de la conception qui doivent apparaître sur les pièces simplifiées afin d'obtenir des simu- lations représentatives vis-à-vis de la vibroacoustique. Dans ce but, nous avons mis en place une méthodologie de représentation simplifiée juste nécessaire correspondant à ces prestations. Elle a été évaluée en dynamique d'une part et en acoustique d'autre part. De plus, il est indispensable de disposer de nouvelles méthodologies de calcul du rayonne- ment acoustique, adaptées à la comparaison d'architectures. Pour cela, nous avons développé la Sous Structuration Soustractive (SDM) qui permet de décomposer un problème complexe de rayonnement acoustique en deux sous problèmes, l'un fini et l'autre infini. En choisissant de fa- çon adéquate cette décomposition lorsqu'on souhaite comparer plusieurs architectures moteur, cette méthode permet de conserver les résultats du calcul infini souvent traité avec les éléments de frontières. Les résolutions des sous problèmes finis résultants sont alors effectuées par une mé- thode éléments finis. Le calcul infini utilisant les éléments de frontière étant plus long à réaliser, nous avons également proposé une méthode appelée Sous Structuration Infinie ou Algorithme de clonage qui permet de traiter ce type de problème en utilisant les éléments finis. Enfin la SDM a été appliquée à un cas industriel. Les résultats numériques ont été comparés avec succés à ceux obtenus avec une méthode de référence.

Les législations européennes imposent aux constructeurs automobiles que leurs véhicules ne dépassent pas un certain niveau de bruit. De plus, du point de vue économique, leurs clients accordent de plus en plus d’importance aux aspects liés à la qualité acoustique lors de l’achat d’une voiture. Une des sources principales de bruit est le Groupe Moto Propulseur. Or, si des outils succincts existent très en amont dans la conception, les concepteurs ne possèdent pas d’outils informatiques adaptés pour orienter la conception et ont donc peu de marge de manoeuvre. Si le moteur s’avère bruyant en fin de projet, seules des solutions palliatives coûteuses et souvent mal adaptées peuvent alors être appliquées. L’objectif de cette thèse est par conséquent de permettre d’évaluer le bruit émis par le moteur plus tôt dans de cycle de conception grâce à des simulations numériques. Ces simulations doivent être effectuées sur des pièces de géométrie simplifiées conformément au niveau de connaissance à ce stade de la conception. De plus, des méthodes numériques rapides doivent permettre de comparer plusieurs architectures moteur afin de privilégier la plus favorable par rapport à l’acoustique et aux vibrations. Pour y parvenir, nous avons déterminé les paramètres géométriques correspondant à un stade précoce de la conception qui doivent apparaître sur les pièces simplifiées afin d’obtenir des simulations représentatives vis-à-vis de la vibroacoustique. Dans ce but, nous avons mis en place une méthodologie de représentation simplifiée juste nécessaire correspondant à ces prestations. Elle a été évaluée en dynamique d’une part et en acoustique d’autre part. De plus, il est indispensable de disposer de nouvelles méthodologies de calcul du rayonnement acoustique, adaptées à la comparaison d’architectures. Pour cela, nous avons développé la Sous Structuration Soustractive (SDM) qui permet de décomposer un problème complexe de rayonnement acoustique en deux sous problèmes, l’un fini et l’autre infini. En choisissant de façon adéquate cette décomposition lorsqu’on souhaite comparer plusieurs architectures moteur, cette méthode permet de conserver les résultats du calcul infini souvent traité avec les éléments de frontières. Les résolutions des sous problèmes finis résultants sont alors effectuées par une méthode éléments finis. Le calcul infini utilisant les éléments de frontière étant plus long à réaliser, nous avons également proposé une méthode appelée Sous Structuration Infinie ou Algorithme de clonage qui permet de traiter ce type de problème en utilisant les éléments finis. Enfin la SDM a été appliquée à un cas industriel. Les résultats numériques ont été comparés avec succés à ceux obtenus avec une méthode de référence
The EU law impose to car manufacturers that their vehicles don’t exceed a given noise level. Moreover, concerning economical aspects, their customers attach more and more importance to the acoustic quality when purchasing a car. One of the most important source of noise is the powertrain. Despite limited tools existing in the early design cycle, the designers do not have any numerical methods available to choose between several geometries the most favorable according to vibroacoustics. Numerical calculations and experimental tests at the end of the project allow to notice the engine emitted noise. Only expensive and maladaptive palliative solutions can then be applied. This thesis consequently aims at providing methodologies to evaluate earlier the engine noise emitted thanks to mumerical simulations. These calculations must be carried out on simplified geometries representing the level of knowledge at this stage of the design. Moreover, fast numerical methods must allow to compare several architectures of the engine in order to select the most favorable according to vibroacoustical considerations. To achieve this, the geometrical parameters, corresponding at an early stage of the design which must appear on the simplified parts in order to obtain representative simulations, have been determined. A simplified representation methodology has been set ut and evaluated with respect to dynamics and acoustics. Moreover, it is essential to have available new methods for the acoustical radiation calculation that must be adapted to the architectures comparison. That’s why the Substructure Deletion Method (SDM) has been developped. It consists in dividing a geometrically complex acoustical problem into two sub problems, respectively finite and infinite. When comparing several architectures of the engine, an appropriate decomposition may allow the infinite calculation to be realised once whereas the finite ones may be repeated for each model. Unbounded problems are often processed using Boundary Element Methods implementations that can appear time consuming. In this purpose, a finite element method based on a cloning algorithm which is called Infinite Substructuring Method has been proposed. Finally, the SDM has been applied on an industrial case. Numerical results show a good agreement with reference alculations

La problématique liée au bruit des motoneiges est un enjeu important dans l’industrie des véhicules récréatifs. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles solutions technologiques qui permettront de concevoir des motoneiges plus silencieuses. La suspension arrière est un élément contribuant aux transferts des vibrations du véhicule qui, par la suite, peuvent créer un rayonnement sonore. Pour identifier les chemins de transfert vibroacoustique une méthodologie type TPA (Transfer Path Analysis) et OTPA (Operational Transfer Path Analysis) est mise en place. Cela consiste à utiliser des procédés expérimentaux pour obtenir une modélisation matricielle vibroacoustique de la suspension. Les résultats obtenus seront ensuite validés expérimentalement et permettront de proposer des solutions technologiques qui pourront être intégrées sur les nouveaux prototypes de motoneige.

Le travail présenté est une analyse critique des éléments finis poroélastiques basés sur la théorie de Biot, permettant la simulation du comportement vibroacoustique des matériaux poreux à squelette déformable (mousses polymères, en particulier). Dans un premier temps, une étude de convergence montre que les critères de maillage, habituellement utilisés pour les éléments monophasiques, s'appliquent eu égard aux longueurs d'onde de Biot, mais restent insuffisants pour des applications tridimensionnelles. Une deuxième partie est consacrée à la validation expérimentale. Une attention particulière est portée sur la caractérisation expérimentale des matériaux. La première validation concerne la mesure d'impédance en conduit d'un échantillon résonnant. Différentes conditions aux limites sont réalisées afin de tester la validité des lois de comportement isotrope ou isotrope transverse pour le squelette. La deuxième validation porte sur la vibration d'une plaque amortie par collage d'une couche poreuse. Bien que les tendances soient bonnes, la difficulté à caractériser le comportement mécanique du squelette est mise en relief. Dans la dernière partie, on s'intéresse à l'analyse du comportement des matériaux poroélastiques. Un calcul de la répartition des puissances dissipées et réactives est développé à partir de la formulation par éléments finis. Appliqué au cas d'une couche poreuse collée à une plaque, il permet de montrer l'importance de la dissipation due à la viscoélasticité du squelette. Un modèle de plaque équivalente, considérant la couche poreuse comme un milieu viscoélastique, sujet au cisaillement, a été développé. Les bons résultats obtenus permettent un allégement conséquent des calculs en ce qui concerne le comportement vibratoire de cette structure.

Le travail présenté dans cette thèse est dédié à l’étude d’un absorbeur bistable continu basé sur le principe du "Nonlinear Energy Sink" (NES) et son utilisation pour l’atténuation des vibrations d’un système mécanique à plusieurs degrés de liberté sous excitation acoustique. Le modèle analytique du comportement linéaire de l’absorbeur ainsi que le modèle numérique complet ont été présentés, analysés et validés par des séries d’expériences. Le complexité du transfert énergétique ciblé ("Targeted Energy Transfer" ou TET) entre l'absorbeur et le système primaire à contrôler n’a pas permis une description analytique simple. Nous avons donc choisi de concentrer cette étude sur l’exploration expérimentale et numérique de l’absorbeur couplé à des systèmes mécaniques sous excitations harmonique et aléatoire ainsi que sur l’identification des mécanismes de transfert d’énergie. Le système couplé a montré une dynamique très riche du fait de différents régimes de TET qui ont été décrits dans la littérature pour d’autres types de NES. Ce projet a été financé par Saint-Gobain. L’absorbeur a été adapté pour l’application prévue par la direction industrielle de la thèse: contrôle des vibrations de la double paroi sous excitation acoustique afin d’améliorer l’isolation acoustique fournie par le système.Les connaissances qualitatives sur la dynamique de l’absorbeur obtenues à partir des résultats expérimentaux et numériques, ainsi que l’analogie avec les autres types de NES, ont permis la création d’un absorbeur qui répond à la problématique posée. Les moyens pour l’optimisation et le développement de l’absorbeur ont été identifiés et les simulations préliminaires ont été fournies
The work presented in this thesis is dedicated to the study of a continuous bistable absorber based on the principle of Nonlinear Energy Sink (NES) and its use for the vibration mitigation of a many-degree-offreedom mechanical systems under acoustic excitation. The analytical model of the linear behavior of the absorber and its complete numerical model were presented, analyzed and validated by series of experiments. The complexity of the Targeted Energy Transfer (TET) between the absorber and the primary system did not allow a simple analytical description. We have chosen to concentrate this study on the experimental and numerical exploration of the absorber coupled to mechanical systems under harmonic and random excitations, as well as on the identification of the mechanisms of energy transfer. The coupled system have shown very rich dynamics as it possessed different regimes of TET, which were earlier described in literature for other types of NES. This project was funded by Saint-Gobain. The absorber was adapted for the application foreseen by the industrial supervisors of the PhD: the vibration control of partitioning double walls under acoustic excitation so that to improve the acoustic isolation provided by the system. The qualitative knowledge on the absorber dynamics obtained from the experimental and numerical results, as well as the analogy with the other types of NES, permitted the creation of an absorber which corresponds to the problematic. The ways for the further optimization and development of the absorber were identified and preliminary simulations were provided

Le confort acoustique automobile fait aujourd'hui partie de l'une des premières causes d'insatisfaction de la clientèle automobile. Cette fonction est donc intégrée des la phase d'avant-projet. L'équipementier responsable des pièces de garnissages intérieurs se doit de concevoir des solutions techniques intégrant entre autres les trois critères suivants : performances acoustiques, faibles poids et couts réduits. L'idée développée ici est de mettre en place les outils nécessaires à la caractérisation du comportement vibroacoustique de garnitures de portes (focalisé sur la transparence acoustique). Une première étape recense et caractérise les matériaux formant ou susceptible de former les panneaux de porte. Les propriétés mécaniques des matériaux permettent de réaliser une étude en transparence sur différents types de parois. La simplification des panneaux est portée au maximum en moyennes et hautes fréquences (plan et infini). Cette première ébauche ne prend pas en compte l'absorption qui est primordiale lors d'une optimisation des composants d'un habitacle automobile. Nous avons donc développé un outil prenant en compte les caractéristiques mécaniques des matériaux ainsi que les interactions fluides structurés dans le cas de matériaux poreux. En basses fréquences, nous présentons un modèle simplifié appliqué au panneau de porte de la Renault Megane. L'originalité de cette étude consiste a développer un modèle numérique simple permettant de réaliser des études de sensibilité à partir des paramètres de conception. Le modèle décrit l'ensemble de la portière par un caisson, une source acoustique et le panneau de porte. Pour conclure, nous présentons une étude expérimentale visant à quantifier l'influence des excitations solidiennes et aériennes sur le panneau de porte. Différentes configurations d'essais sur route ont été entreprises. Elles permettent de déterminer les parts solidiennes et aériennes, mais aussi d'acquérir des données injectables aux modèles numériques. .

Le travail presente est une analyse critique des elements finis poroelastiques bases sur la theorie de biot, permettant la simulation du comportement vibroacoustique des materiaux poreux a squelette deformable (mousses polymeres, en particulier). Dans un premier temps, une etude de convergence montre que les criteres de maillage, habituellement utilises pour les elements monophasiques, s'appliquent eu egard aux longueurs d'onde de biot, mais restent insuffisants pour des applications tridimensionnelles. Une deuxieme partie est consacree a la validation experimentale. Une attention particuliere est portee sur la caracterisation experimentale des materiaux. La premiere validation concerne la mesure d'impedance en conduit d'un echantillon resonnant. Differentes conditions aux limites sont realisees afin de tester la validite des lois de comportement isotrope ou isotrope transverse pour le squelette. La deuxieme validation porte sur la vibration d'une plaque amortie par collage d'une couche poreuse. Bien que les tendances soient bonnes, la difficulte a caracteriser le comportement mecanique du squelette est mise en relief. Dans la derniere partie, on s'interesse a l'analyse du comportement des materiaux poroelastiques. Un calcul de la repartition des puissances dissipees et reactives est developpe a partir de la formulation par elements finis. Applique au cas d'une couche poreuse collee a une plaque, il permet de montrer l'importance de la dissipation due a la viscoelasticite du squelette. Un modele de plaque equivalente, considerant la couche poreuse comme un milieu viscoelastique, sujet au cisaillement, a ete developpe. Les bons resultats obtenus permettent un allegement consequent des calculs en ce qui concerne le comportement vibratoire de cette structure.

Ces travaux de thèse sont consacrés à l’analyse des phénomènes ondulatoires se produisant dans les structures périodiques : des phénomènes comme les réflexions de Bragg ou les résonances locales qui émergent dans de telles structures permettent de contrôler la propagation des ondes, et ces structures présentent donc des propriétés spécifiques. Dans le premier chapitre, des outils numériques permettant de déterminer les relations de dispersion dans les structures périodiques sont présentées, et notamment la méthode de Floquet-Bloch qui sert de référence dans l’analyse des milieux périodiques. Cette technique consiste à résoudre le problème sur une cellule unitaire avec des conditions limites adaptées, cependant l’introduction d’amortissement dans les cas 2D et 3D n’est pas facile. Elle est mise en œuvre dans le deuxième chapitre pour étudier la propagation des ondes dans un méta matériau comprenant des performations rectangulaires, hiérarchiques et auxétiques (coefficient de poisson négatif). L’influence des paramètres géométriques de la cellule sur la dispersion et les propriétés mécaniques de la structure est investiguée en utilisant une méthode d’homogénéisation. Une validation expérimentale est effectuée sur un réseau en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) en utilisant un vibromètre3d à balayage. Dans le troisième chapitre, une alternative à la méthode de Floquet-Bloch pour étudier la propagation d’ondes dans des milieux dissipatifs est décrite : la méthode intitulée « Shift cell operator ». Elle est basée sur une reformulation du problème aux équations aux dérivés partielles, la périodicité étant incluse dans le comportement global de la structure et des conditions de continuité sur les bords de la cellule sont imposés. Cette stratégie permet de résoudre le problème quelle que soit l’évolution en fréquence de propriétés de la cellule. Des outils de post-traitement des diagrammes de dispersion avec amortissement sont proposés basés notamment sur une analyse de la vitesse de groupe. Dans le dernier chapitre, la démarche est appliquées sur une structure périodique amortie consistant en un guide d’ondes bidirectionnel infini mêlant aluminium et polymère hautement dissipatif. Les résultats obtenus sur une structure finie intégrant une interface composée d’un ensemble distribué de ces cellules unitaires confirment le caractère adaptatif du méta matériau ainsi conçu. Une confrontation de ces résultats à des résultats expérimentaux a permis de confirmer ce comportement
The understanding of wave propagation in periodic structures is proposed in this work. Periodic structures exhibit very specific properties in terms of wave propagation. First, some numerical tools for dispersion analysis of periodic structures are presented. The classical Floquet-Bloch approach is first presented, as a reference. This technique uses proper boundary conditions on the unit cell, but dealing with damping is not easy for 2D or 3D cases. Secondly, a metamaterial with hierarchical, auxetic (negative Poisson ratio) rectangular perforations is presented using the Floquet-Bloch method as a reference. Some numerical eigenvalue tools are used for the dispersion analysis of this structure. A geometric parametric investigation of these rectangular perforations using a numerical asymptotic homogenisation finite element approach is done. The experimental validation is performed with a network based on polymethyl methacrylate (PMMA) using a 3D scanning vibrometer. Third, the Shift cell operator technique is described. It consists in a reformulation of the PDE problem by shifting in terms of wave number the space derivatives appearing in the mechanical behavior operator inside the cell, while imposing continuity boundary conditions on the borders of the domain. Damping effects can be introduced in the system. This strategy make it possible to solve the problem with an arbitrary frequency dependency of the physical properties of the cell. A focus is proposed on tools for the post-processing of dispersion diagrams in damped configurations like group velocity. Finally, an adaptive metamaterial based on the combination of metallic parts with highly dissipative polymeric interface is designed. In order to validate the design and the adaptive character of the metamaterial, results issued from a full 3D model of a finite structure embedding an interface composed by a distributed set of the unit cells are presented. After this step, a comparison between the results obtained using the tunable structure simulation and the experimental results is presented