Optimisation du comportement vibro-acoustique des structures à l'aide d'une synthèse modale généralisée

Optimization of structures vibroacoustical behaviour using a generalized modal synthesis method

• Auteur / Autrice : Sébastien Besset
• Direction : Louis Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation des structures

Interaction fluide-structure

Analyse modale (ingénierie)

Mots clés libres

Synthèse modale

Résumé

Les techniques de synthèse modale constituent un moyen efficace d’analyser le comportement dynamique d’une structure complexe. L’objectif de cette thèse est la généralisation des techniques de synthèse modale permettant d’aboutir à une description d’un système comportant des cavités acoustiques faisant intervenir des modes particuliers. Ces modes sont liés aux différents éléments qui découlent d’une approche systémique de l’ensemble. Ainsi, le système est décrit via des modes de volume, principalement associés aux cavités acoustiques, des modes de surfaces, associés aux éléments bidimensionnels, et des modes de lignes, associés aux singularités et aux éléments monodimensionnels. Les structures considérées sont proche des structures que l’on peut trouver dans l’industrie automobile. Les éléments constituants sont donc essentiellement des plaques, des coques, des corps creux et des cavités acoustiques. En ce qui concerne les corps creux, une analyse modale particulière permet de prendre en compte la complexité de leur forme, en n’introduisant qu’un nombre limité de degrés de liberté. Les méthodes d’analyse modale utilisées pour la description des structures complexes considérées dans ce mémoire permettent d’envisager leur optimisation sous des critères acoustiques. Ces critères proviennent des matrices intervenant dans l’analyse modale des différents éléments en présence. Ils sont relatifs au niveau de pression dans les cavités acoustiques, et permettent de distinguer les différents “chemins vibro-acoustiques” responsables des nuisances. L’optimisation est faite d’une part sur la forme des corps creux, d’autre part sur les revêtements de mousse apposés sur les parois de la structure. Pour ce faire, on s’intéresse à une méthode de couplage fluide-structure permettant de prendre en compte des matériaux poroélastiques.

Modal synthesis methods are an efficient way of analyzing the dynamic behaviour of complex structures. The aim of this thesis is to generalize modal synthesis methods to allow the description of systems featuring acoustical cavities using specific modes. These modes are linked to the various elements resulting from a systemic approach to the problem. Thus, volume modes describe acoustical cavities, surface modes describe two-dimensional elements, and line modes describe the linear elements and singularities of the system. Structures considered in this report resemble those found in the automotive industry. Constituting elements are thus plates, shells, hollow parts and acoustic cavities. Concerning the hollow parts, a specific modal analysis method allows to take into account their structural form, using only a small number of degrees of freedom. The modal analysis methods described in this work can be used to optimize complex structures based on acoustical criteria. These criteria stem from the matrices appearing in the modal analysis process. They are linked to the pressure level in the acoustic cavities, and allow a separate analysis of the various “vibro-acoustical paths” responsible for the noise. First, the optimization is performed on the geometry of the hollow parts of the structure. Secondly, porous media are introduced on the plates constituting the structure, and the fluid-structure coupling method is adapted to take the resulting phenomena into account.