Transmissions solidiennes : Méthodologie de prévision vibroacoustique moyennes et hautes fréquences sous excitations aéroacoustiques

par Bastien Hiverniau

Thèse de doctorat en Sciences. Dynamique des structures

Sous la direction de Louis Jézéquel.


  • Résumé

    Ce mémoire traite des comportements vibratoires des structures couplées dans les domaines des moyennes et hautes fréquences pour des excitations aléatoires large bande spatialement corrélées. La caractérisation des comportements vibratoire des structures dans le domaine des basses fréquences passe généralement par des techniques de calcul de type éléments finis. Si ces approches sont largement maîtrisées, elles présentent cependant une limitation hautes fréquences de par la charge de calcul et la taille des modèles à traiter, ainsi qu’en termes de dispersions induites par les incertitudes sur les modèles considérés. Le domaine hautes fréquences est traité à partir de représentations énergétiques de la réponse vibratoire comme pour l’analyse statistique énergétique (‘Statistical Energy Analysis’). Cette technique présente certaines hypothèses restrictives définissant une limite basse fréquence d’applicabilité. Certaines applications présentent alors un trou fréquentiel pour lequel les domaines de validité des approches basses et hautes fréquences ne se recouvrent pas. Ce domaine est ici défini en tant que domaine ‘moyennes fréquences’. La méthode retenue pour cette étude a pour objectif d’étendre les approches énergétiques hautes fréquences aux cas de structures complexes, ainsi qu’au domaine moyennes fréquences. Pour ce faire, la démarche hybride FEM/SEA est analysée et validée, permettant de conserver une représentation énergétique en sous-systèmes du problème, et d’estimer les paramètres de couplages entre ces sous-systèmes à partir de résolutions éléments finis. Deux approches sont ici analysées que sont, la méthode de la puissance injectée (‘Power Injection Method’) numérique, pour la caractérisation des comportements vibratoires dans le domaine des hautes fréquences, et l’approche SEA-like pour le domaine moyennes fréquences. L’étude fait état d’une validation en termes de convergence vers les approches hautes fréquences, de validations numériques des approches proposées, ainsi que de la réalisation de campagnes de mesures en vue d’une validation expérimentale. L’application de ces approches à des excitations aéroacoustiques est étudiée. Un modèle d’excitation spatialement décorrélée équivalente aux bruits aéroacoustiques est proposé. Ce modèle, dit ‘approche moyenne en espace k’, permet de modéliser une excitation aéroacoustique par une excitation ‘rain on the roof’ équivalente. Cette technique propose donc une extension des approches hybrides FEM/SEA aux excitations spatialement corrélées, justifiant ainsi de l’intérêt de telles méthodes pour des applications industrielles. Pour finir, une application sur une structure réelle SYLDA du lanceur Ariane5 est étudiée en vue de justifier la faisabilité des démarches étudiées d’un point de vue industriel.

  • Titre traduit

    Structure borne transmission : mid and high vibroacoustic prediction method under aeroacoustic excitations


  • Résumé

    This study deals with the predictions of coupled structures’ dynamic response under random broadband spatially correlated excitations. In the low frequency range, finite element methods are often used to predict vibration levels of structures. Although these approaches are well mastered, a high frequency limit is imposed by the size of the models and the computation time, and uncertainties. In the high frequency range, energetic approaches are currently used, like the Statistical Energy Method. Restrictive assumptions of the SEA define a low frequency limit of applicability. It happens that, for certain industrial cases, there is no overlap in the domain of validity of the low and high frequency methods. This gap in the frequency range is here defined as ‘mid frequency’. The method adopted here has been developed in order to extend the energetic approaches used in the high frequency range to the mid frequency range. Hybrid FEM/SEA methods have been analysed and validated. Sub-systems are defined, and coupling terms between them are obtained from FEM computation. Two approaches are investigated, the numerical Power Injection Method for the high frequency range, and the SEA-like method for the mid frequency range. Convergences to classical high frequency predictions, as well as numerical and experimental validations, have been performed. The use of the hybrid FEM/SEA methods for aeroacoustic loads has been studied. A spatially decorrelated excitation equivalent to the aeroacoustic random loads has been introduced. This approach, called approach by mean in the k space permits to model an aeroacoustic excitation by an equivalent ‘rain on the roof’ excitation. This model gives an extension of the hybrid FEM/SEA methods to spatially correlated random loads and justify the industrial interest of such approaches. To conclude, an application on the SYLDA part of Ariane5 launcher is performed in order to justify the feasibility of the studied methods from an industrial point of view.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 86 réf.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T2065
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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