Acoustic properties of novel multifunctional sandwich structures and porous absorbing materials

par Han Meng

Thèse de doctorat en Mécanique, Energétique, Génie Civil et Acoustique

Sous la direction de Marie-Annick Galland, Mohamed Ichchou et de Tianjian Lu.

Soutenue le 13-03-2018

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec École centrale de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône) (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Leclaire.

Le jury était composé de Olivier Bareille, Didier Dragna, Xiaoshan Cao.

Les rapporteurs étaient Philippe Leclaire, Noureddine Atalla, Zichen Deng, Shilin Xie, Feng Jin.

  • Titre traduit

    Propriétés acoustiques de nouvelles structures sandwich multifonctionnelles et de matériaux absorbants poreux


  • Résumé

    La mise en oeuvre de matériaux acoustiques est une méthode efficace et très utilisée pour réduire le bruit le long de sa propagation. Les propriétés acoustiques de nouvelles structures sandwich multifonctionnelles et de matériaux absorbants poreux sont étudiées dans la thèse. Les principales contributions de la thèse sont les suivantes: Les panneaux sandwich ont généralement d'excellentes propriétés mécaniques et un bon indice de perte en transmission sonore (STL), mais aucune capacité d'absorption acoustique. De nouvelles structures sandwich multifonctionnelles sont développées en intégrant des microperforations et des matériaux absorbants poreux aux panneaux sandwich ondulés et en nid d’abeilles conventionnels, structurellement efficaces pour obtenir de bons STL et de bonnes absorptions en basses fréquences. Le coefficient d'absorption acoustique (SAC) et la perte en transmission (STL) des panneaux sandwich ondulés sont évalués numériquement et expérimentalement en basse fréquence pour différentes configurations de perforations. Les modèles éléments finis (EF) sont construits en tenant compte des interactions vibro-acoustiques sur les structures et des dissipations d'énergie, visqueuse et thermique, à l'intérieur des perforations. La validité des calculs FE est vérifiée par des mesures expérimentales avec les échantillons testés obtenus par fabrication additive. Par rapport aux panneaux sandwich ondulés classiques sans perforation, les panneaux sandwich perforés (PCSPs) avec des perforations dans leur plaque avant présentent non seulement un SAC plus élevé aux basses fréquences, mais aussi un meilleur STL, qui en est la conséquence directe. L'élargissement des courbes des indices d’absorption et de transmission doit être attribué à la résonance acoustique induite par les micro-perforations. Il est également constaté que les PCSPs avec des perforations dans les plaques avant et les parois internes onduleés ont les fréquences de résonance les plus basses de tous les PCSPs. En outre, les performances acoustiques des panneaux sandwich en nid d'abeilles avec une plaque avant microperforée sont également examinées. Un modèle analytique est présenté avec l'hypothèse que les déplacements des deux plaques sont identiques aux fréquences inférieures à la fréquence de résonance des plaques. Le modèle analytique est ensuite validé par des modèles d'éléments finis et des résultats expérimentaux existants. Contrairement aux panneaux sandwich en nid d'abeilles classiques qui sont de piètres absorbeurs de bruit, les sandwichs en nid d'abeilles perforés (PHSPs) conduisent à un SAC élevé aux basses fréquences, ce qui entraîne en conséquence un incrément dans le STL basse fréquence. Les influences de la configuration du noyau sont étudiées en comparant les PHSPs avec différentes configurations de noyaux en nids d'abeilles. […]


  • Résumé

    Implementation of acoustic materials is an effective and popular noise reduction method during propagation. Acoustic properties of novel multifunctional sandwich structures and porous absorbing materials are studied in the dissertation. The main contributions of the dissertation are given as, Sandwich panels generally have excellent mechanical properties and good sound transmission loss (STL), but no sound absorption ability. Novel multifunctional sandwich structures are developed by integrating micro perforations and porous absorbing materials to the conventional structurally-efficient corrugated and honeycomb sandwich panels to achieve good SAC and STL at low frequencies. Low frequency sound absorption and sound transmission loss (STL) of corrugated sandwich panels with different perforation configurations are evaluated both numerically and experimentally. Finite element (FE) models are constructed with considerations of acousticstructure interactions and viscous and thermal energy dissipations inside the perforations. The validity of FE calculations is checked against experimental measurements with the tested samples provided by additive manufacturing. Compared with the classical corrugated sandwich panels without perforation, the perforated corrugated sandwich panels (PCSPs) with perforations in its face plate not only exhibits a higher SAC at low frequencies but also a better STL as a consequence of the enlarged SAC. The enlargement of SAC and STL should be attributed to the acoustical resonance induced by the micro perforations. It is also found that the PCSPs with perforations in both the face plates and corrugated cores have the lowest resonance frequencies of all the PCSPs. Besides, the acoustic properties of honeycomb sandwich panels with microperforated faceplate are also explored. An analytical model is presented with the assumption that displacements of the two faceplates are identical at frequencies below the faceplate resonance frequency. The analytical model is subsequently verified by finite element models and existing experimental results. Unlike classical honeycomb sandwich panels which are poor sound absorbers, perforated honeycomb sandwiches (PHSPs) lead to high SAC at low frequencies, which in turn brings about increment in the low frequency STL. Influences of core configuration are investigated by comparing PHSPs with different honeycomb core configurations. In order to enlarge the SAC bandwidth of perforated sandwich panels, porous absorbing materials are added to the cores of novel perforated sandwich panels. FE models are set up to estimate the SAC and STL of perforated sandwich panels with porous materials. Results show that perforated sandwich panels with porous material can provide SAC with broader bandwidth and lower resonance frequency than that without porous materials. Whereas the peak values in the SAC and STL curves are reduced due to the weakened acoustical resonance by the porous materials. […]


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  • Sous le titre : Acoustic properties of novel multifunctional sandwich structures and porous absorbing materials
  • Détails : 1 vol. (vi-124 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 113-120
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