Contributions à l'étude de l'influence de la dissipation non linéaire sur les ondes acoustiques

par Laurent Fillinger

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Vitali Gusev et de Bernard Castagnède.

Soutenue en 2006

à Le Mans .


  • Résumé

    La présente thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de la dissipation non-linéaire des ondes acoustiques. Elle comporte deux parties indépendantes. La première est consacrée à l'étude théorique de la dissipation thermo-élastique par des contacts. Les contacts, que l'on peut rencontrer dans les matériaux fissurés, granulaires ou dans les roches, constituent des zones de concentration de contrainte. Ces inhomogénéités de chargement peuvent induire, lors de sollicitation variables, des inhomogénéités de températures associées. Celles-ci se diffusent et donnent lieu à des pertes d'énérgie : on parle de dissipation thermoélastique. La dissipation thermoélastique par un contact présente une fréquence liée à la taille du contact pour laquelle elle est la plus efficace. La taille des contacts étant sujette à variations, ces dernières se reportent sur la dissipation. Ce mécanisme de dissipation est dès lors non-linéaire et l'absorption des ondes acoustique peut aussi bien augmenter que diminuer avec l'amplitude de celles-ci. La deuxième partie est consacrée à l'étude théorique de la transparence induite (dissipation qui diminue lorsque l'amplitude augmente), plus précisement aux effets qui peuvent intervenir lorsque celle-ci est très prononcée. Des expériences menées sur un dispositif présentant un défaut artificiel ont montré une forte transparence induite associée à la présence de sauts sur les acquisitions de courbes de résonance ainsi qu'à l'apparition de vibrations modulées alors que l'excitation était stationnaire. Un modèle mathématique prenant pour hypothèse la présence de dissipation non-linéaire a été développé. Son étude, menée avec des outils de la dynamique non-linéaire, a prouvé qu'il est susceptible de reproduire les sauts à condition que la dissipation corresponde à une forte transparence induite. Une transparence plus prononcée encore peut conduire à l'automodulation des vibrations. Ces observations et développements théoriques étendent la liste des phénomènes imputables à la non-linéarité acoustique.

  • Titre traduit

    Contributions to the study of the influence of nonlinear dissipation on acoustic waves


  • Résumé

    This thesis, which deals with the study of nonlinear dissipation of acoustic waves is divided in two independent parts. The first one is devoted to the theoretical study of thermoelastic dissipation by contacts. Contacts can be found in cracked materials, granular materials or rocks. They constitute zones of stress concentration. When subject to varying solicitation, these inhomogeneities in the loading of the material induce associated thermal inhomoneities. The latter diffuse leading to a loss of energy that is called thermoelastic dissipation. The thermoelastic dissipation is maximum at a frequency related to the contact size. The contact size being stress sensitive, it influences the dissipation mechanism that becomes nonlinear, in opposition to other thermoelastic dissipation mechanisms that are linear. This non-linearity can lead to an increasing dissipation as well as to a decreasing one when the amplitude is increased. The second part is deals with a theoretical study of induced transparency (dissipation that decreases with increasing amplitude), especially when it is pronounced. Experiments carryed on a sample presenting an artificial defect exhibited strong induced transparency associated with jumps on resonance curves and self-modulated vibrations. The study of a mathematical model assuming only nonlinear dissipation showed that jumps are likely to happen if the nonlinear dissipation corresponds to strong induced transparency. An even stronger transparency can lead to the self-modulation of oscillations. Those observations and theoretical developements extend the list of phenomena that can cause the nonlinearity in acoustics.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (114 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 113-114

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  • Bibliothèque : Université du Maine. Service commun de documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2006LEMA1013
  • Bibliothèque : Université du Maine. Service commun de documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2006LEMA1013
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