Evaluation expérimentale et numérique de la variabilité intra du comportement vibro-acoustique de structures automobiles, du niveau élémentaire à la prestation

par Roberto Scigliano

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Pascal Lardeur et de Etienne Arnoult.

Soutenue en 2009

à Compiègne .


  • Résumé

    La thèse a comme objectif global de contribuer à une meilleure compréhension et la maîtrise de la relation entre la variabilité intra du comportement de pièces et la variabilité intra de la prestation acoustique de bourdonnement, due à des variations de température. L’étude, de nature numérique et expérimentale, repose sur une description hiérarchique de la variabilité. Cette approche consiste à étudier la relation entre la variabilité du bruit (niveau 1) et la variabilité du comportement des systèmes (niveau 2), elle-même fonction de la variabilité du comportement des sous-systèmes (niveau 3) et des composants élémentaires (niveau 4). Trois systèmes sont pris en compte : le groupe moto-propulseur, la suspension moteur et la caisse. Un sous-système est considéré en particulier dans notre étude : le pare-brise acoustique. Cette pièce contient des couches de matériaux polymères (niveau 4) dont le comportement mécanique est très sensible à la température. Des travaux expérimentaux ont été réalisés. Les caractéristiques mécaniques des polymères du pare-brise ont été mesurées. Le niveau de variabilité des paramètres modaux et des réponses du pare-brise en conditions libre-libre a été évalué. En conditions réelles, les paramètres modaux, les réponses vibratoires et les transferts bruit ont été mesurés. Aux différents niveaux de l’approche hiérarchique, la variabilité intra observée est très élevée. Une méthodologie numérique a également été développée. Elle s’appuie sur deux types d’outils : les modèles par éléments finis et un modèle de synthèse acoustique. Une approche par éléments finis est nécessaire pour reproduire les mécanismes de propagation de la variabilité intra entre les niveaux élémentaire, sous-système et système. La méthodologie de Vérification et Validation a été systématiquement appliquée pour déterminer le modèles éléments finis juste nécessaires. Un modèle de synthèse acoustique stochastique de nature possibiliste ou probabiliste permet d’évaluer la variabilité intra de la prestation. Les modèles éléments finis reproduisent bien le comportement moyen observé expérimentalement, mais en revanche ils sous-estiment la variabilité intra mesurée. L’outil de synthèse acoustique stochastique a aussi permis d’obtenir des résultats pertinents. Certains aspects de la mécanique de propagation de la variabilité ont pu être mis en évidence grâce à ces outils numériques. L’ensemble des résultats montre que le pare-brise acoustique est le contributeur principal à la variabilité intra de la caisse automobile étudiée, ce qui constitue un résultat important du point de vue industriel.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical evaluation of the intra variability of the vibro-acoustic behavior of automotive structures, from elementary to performance level


  • Résumé

    The principal objective of this work is to contribute to a better comprehension of the relationship between the intra variability of the mechanical behavior of car components and the intra variability of the booming noise performance, due to temperature variations. Experimental and numerical studies have been carried out. A hierarchical approach of the variability has been used. The principle of the hierarchical approach is to analyse the relationship between noise variability (level 1) and systems variability (level 2). The systems considered for level 2 are the engine, the engine mounting system and the body. The system level variability depends on the sub-systems variability (level 3) and on the elementary level variability (level 4). A special attention has been paid to on one subsystem in particular: the acoustic windscreen. This component contains some polymer materials layers (level 4) whose mechanical behavior is extremely sensitive to temperature variations. Experimental studies have been performed. Windscreen polymer mechanical properties have been measured. Modal parameters and frequency response intra variability level have been evaluated for the windscreen in free-free conditions. In real conditions, modal parameters, vibration and noise FRF have been measured. At the different hierarchical approach levels, the observed intra variability level is extremely high. The numerical methodology developed uses two different types of tools: the finite element models and a synthesis acoustic model. Indeed, a finite element approach is necessary to reproduce the intra variability propagation mechanism between the elementary, sub-system and system levels. Verification and Validation method has been systematically applied to define the “just necessary” models. Using either a possibilistic or a probabilistic approach, a synthesis acoustic model leads to a numerical calculation of the booming noise intra variability. Finite elements models correctly reproduce the experimental vibro-acoustic mean behavior, but they underestimate the measured intra variability. The synthesis acoustic model leads to consistent results. The tools and the methodologies developed let us to highlight some important aspects of the variability propagation mechanisms. The ensemble of the results shows that the acoustic windscreen is the principal contributor to the intra variability level of the studied vehicle body. This is an important result from an industrial point of view.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (158 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 149 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 SCI 1801
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