Calcul des vibrations non linéaires d’une structure composite en contact avec un fluide par la Méthode Asymptotique Numérique : application à la vibroacoustique

Calculation of non-linear vibrations of a composite structure in contact with a fluid by the Asymptotic Numerical Method : Application to vibroacoustics

• Auteur / Autrice : Bertille Claude
• Direction : Jean-Marc Cadou, Grégory Girault, Laëtitia Duigou-Kersulec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 11/12/2018
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Leblond, Christophe Vergez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : El Mostafa Daya, Jean-François Deü

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acoustique

Vibrations

Interaction fluide-structure

Méthode asymptotique numérique

Viscoélasticité

Mots clés libres

Méthodes numériques de perturbation et de continuation

Analyse aux valeurs propres

Vibroacoustique

Vibroacoustics

Fluid-structure interaction

Viscoelasticity

Asymptotic Numerical Method

Numerical perturbation and continuation methods

Eigenproblem and Eigenvalue solvers

Résumé

La maîtrise du bruit et des vibrations est un objectif fréquemment rencontré dans le domaine industriel. Qu’il s’agisse de questions de confort ou de sécurité, les domaines d’applications sont nombreux et variés : transport, BTP, ingénierie civile et militaire… Dans cette thèse, un problème de vibroacoustique interne avec couplage fluide-structure est étudié. Il s’agit d’une cavité remplie de fluide dont les parois sont constituées d’une structure sandwich viscoélastique. Les difficultés numériques associées à ce modèle portent sur la non linéarité du matériau et sur les propriétés des opérateurs matriciels manipulés (conditionnement, non symétrie). Le calcul des vibrations du système dissipatif couplé nécessite une valeur initiale, choisie comme la solution du problème conservatif. Cette solution n’étant pas aisée à déterminer, deux solveurs aux valeurs propres basés sur la Méthode Asymptotique Numérique (MAN) sont proposés pour résoudre le problème des vibrations libres du système conservatif. Associant des techniques de perturbation d'ordre élevé et de continuation, la MAN permet de transformer le problème non linéaire de départ en une suite de problèmes linéaires, plus simples à résoudre. Les solutions obtenues sont ensuite utilisées comme point initial pour déterminer la réponse libre du système dissipatif. Un solveur de Newton d’ordre élevé, basé sur les techniques d’homotopie et de perturbation est développé pour résoudre ce problème. Enfin, le régime forcé est étudié. Pour toutes les configurations envisagées, les résultats obtenus mettent en évidence des performances numériques améliorées par rapport aux méthodes classiquement utilisées (Arpack, Newton…).

Noises and vibrations control is a common objective in the industrial field. Whether it is a question of comfort or safety, the fields of application are numerous and varied: transport, building, civil and military engineering… In this thesis, a vibroacoustics interior problem with fluid-structure coupling is studied. A cavity filled of fluid whose walls are made of a sandwich viscoelastic structure is considered. The numerical difficulties associated with this model relate to the non-linearity of the viscoelastic material and the properties of the matrix operators used (conditioning, non-symmetry). The calculation of the vibrations of the coupled dissipative system requires an initial value, chosen as the solution to the conservative problem. Since this solution is difficult to determine, two eigenvalue algorithms based on the Asymptotic Numerical Method (ANM) are proposed to solve the problem of free vibrations of the conservative system. Combining high order perturbation and continuation techniques, ANM transforms the initial non-linear problem into a set of linear problems that are easier to solve. The solutions obtained are then used as the initial point to determine the free vibrations of the dissipative problem. A high order Newton solver, based on homotopy and perturbation techniques, is developed to solve this problem. Finally, the forced harmonic response of the damped system is computed. For all the configurations tested, the results obtained show improved numerical performance compared to the methods conventionally used (Arpack solver, Newton algorithm…).