Caractérisation mécanique de matériaux fibreux en vibro-acoustique

par Olivier Doutres

Thèse de doctorat en Acoustique

Sous la direction de Nicolas Dauchez et de Jean-Michel Genevaux.

Soutenue en 2007

à Le Mans .


  • Résumé

    Ce travail de thèse a pour objectif la modélisation et la caractérisation des matériaux poreux, et en particulier des matériaux fibreux utilisés dans un contexte aéronautique. La première partie est consacrée à la modélisation des matériaux poreux. Le modèle de Biot-Allard ainsi qu’un modèle simplifié dit de "fluide équivalent" sont présentés. Le modèle simplifié, encore appelé modèle "limp", est basé sur l’hypothèse que la rigidité du matériau est négligeable par rapport à celle de l’air. Il est donc principalement dédié aux matériaux souples du type laine de verre ou coton. Un critère d’utilisation de ce modèle est présenté dans cette partie. On montre alors que, dans la majorité des cas, le modèle limp peut être utilisé en dehors des fréquences de résonance du squelette et ce, même pour des matériaux rigides. La seconde partie de ce travail propose trois nouvelles méthodes de caractérisation mécanique basses et moyennes fréquences dédiées aux matériaux fibreux. Le module d’Young et le facteur d’amortissement du squelette sont estimés indirectement par l’étude du comportement mécanique du matériau soumis à diverses sollicitations. Les deux premières méthodes placent le matériaux poreux dans un contexte proche de son utilisation réelle : étude de la transmission et du rayonnement acoustique de parois revêtues du matériau poreux. Dans les deux cas, le modèle utilisé pour l’inversion tient compte de l’effet de l’air saturant le matériau et de son couplage avec le milieu extérieur. La troisième méthode est basée sur la mesure de l’impédance mécanique d’un échantillon de taille réduite soumis à une sollicitation en tractioncompression. L’échantillon est placé dans une cavité fermée afin de limiter l’effet de l’air ambiant. Un transducteur électrodynamique est utilisé comme source et comme capteur. Ce banc de mesure a fait l’objet d’un dépôt de brevet en 2007. Les premiers résultats obtenus à l’aide d’un prototype ont permis de valider la méthode.

  • Titre traduit

    Mechanical characterization of fibrous materials in vibro-acoustics


  • Résumé

    This work deals with modelization and characterization of the mechanical properties of soft fibrous materials used in aeronautic industries. First, the Biot-Allard model and a simplified model dedicated to soft materials are presented. The simplified model, called limp model, assumes that the frame has no bulk stiffness. Being an equivalent fluid model accounting for the the motion of the frame, it has fewer limitations than the usual equivalent fluid model assuming a rigid frame. A criterion is proposed to identify the porous materials for which the limp model can be used : the use of the Biot model is generally recommended in the vicinity of the frame resonances. Next, three experimental methods of the characterization of elastic and damping properties of acoustic fibrous materials are presented. The main objective is to take into account the presence of the air inside and outside the porous material to insure a good evaluation of the viscoelastic properties. The first two methods are based on measurements representative of industrial use : transmission loss of large size coated panel and acoustic radiation of finite dimension vibrating multilayer plate. The use of an inverse method based on analytical models to determined the viscoelatic properties insure a good simulation of the porous material behaviour in the required context. The third method is based on a mechanical impedance measurement of a porous sample. The sample is placed in a closed cavity to take into account the effect of the air and it is loaded using an electrodynamic transducer. This method has been patented. First results validate the method.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (154 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 149-154

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  • Bibliothèque : Le Mans Université (Le Mans). Service commun de documentation.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2007LEMA1015
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  • Cote : 2007LEMA1015
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