Approches méso-macro pour la modélisation de la transmission acoustique des sandwiches

Meso-macro approach for modeling the acoustic transmission through sandwich panels

• Auteur / Autrice : Zakaria Zergoune
• Direction : Mohamed Ichchou, Olivier Bareille, Bilal Harras, Rhali Benamar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 03/12/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Mounia El Kadiri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Ichchou, Olivier Bareille, Bilal Harras, Rhali Benamar, Ahmed Aboutajeddine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chakib Bojji, Noureddine Bouhaddi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vibrations

Acoustique

Matériaux sandwichs

Mots clés libres

Panneaux sandwichs

Cœur en nid d’abeille

Comportement vibro-acoustique

Fréquence de transition

Indice d’affaiblissement acoustique

Sandwich panels

Honeycomb

Vibro-acoustic behavior

Transition frequency

Sound transmission loss

Résumé

La modélisation du comportement vibroacoustique en flexion des structures sandwich est devenue aujourd’hui de plus en plus d’un grand intérêt dans les différents secteurs industriels. Cette tendance est principalement due aux propriétés mécaniques avantageuses des structures sandwich. L’un des principaux avantages de ce type de structures réside principalement dans le rapport rigidité-poids élevé. En revanche, acoustiquement la diminution de la masse du panneau avec une rigidité élevée conduit à un confort acoustique insatisfait. Pour cette raison, il y a une demande croissante pour des approches de modélisation du comportement vibroacoustique des structures sandwich avec une précision maximale. La présente thèse propose une approche méso-macro basée sur une méthode numérique pour la prédiction des caractéristiques dynamiques des structures sandwich. La méthode est principalement utilisée pour résoudre le problème de transparence acoustique considéré dans ce projet de thèse. Le travail présenté porte principalement sur la topologie du coeur du sandwich pour traiter le problème abordé. Le principal avantage du modèle proposé réside dans les effets du cœur prises en compte telle que l’effet du cisaillement et celle de l’orthotropie du panneau sandwich. L’approche de modélisation proposée est basée sur la méthode des éléments finis ondulatoire, qui combine la méthode des éléments finis classique et la théorie des structures périodiques. La structure sandwich a été modélisée comme un guide des ondes tridimensionnelles qui garde absolument les informations à l’échelle mésoscopique du panneau modélisé. La fréquence de transition définie la fréquence à laquelle le cisaillement du coeur devient important. Cette fréquence spéciale a été identifié via deux méthodes numériques. Une expression de transmission acoustique à travers un panneau sandwich a également été dérivée. Ensuite, une étude paramétrique a été menée dans le but de révéler l’effet des différents paramètres géométriques sur les indicateurs vibroacoustiques.

Prediction of the flexural vibroacoustic behavior of honeycomb sandwich structures in the low-mid frequency is nowadays becoming of high interest in different industrial sectors. This trend is mainly owing to the advantageous mechanical properties of the sandwich structures. One of the main advantages of this kind of structures lies principally in the high stiffness-to-weight ratio. Even though, acoustically the decrease of the panel mass with a high stiffness leads to an unsuitable acoustic comfort. For this reason, there is an increasing demand for approaches modeling the vibroacoustic behavior of the sandwich structures with a maximum accuracy. The present thesis deals with a meso-macro approach based on a numerical method for modeling the vibroacoustic behavior of sandwich structures. The modeling description is mainly used to address the acoustic insulation problem considered in the thesis. The presented work focuses on the topology of the sandwich core to treat the addressed problem. The main advantage of the proposed model is that it takes into account the core shear and panel orthotropic effects. The modeling approach suggested here is based on the wave finite element method (WFE method), which combines the standard finite element method and the periodic structure theory. The sandwich structure has been modeled as a tridimensional waveguide which holds absolutely the meso-scale information of the modeled panel. The transition frequency, which indicates the frequency at which the core shear becomes important, was identified via two different numerical methods. An expression of the acoustic transmission for an equivalent isotropic sandwich panel was also derived. A parametric study was then conducted with a goal of revealing the effect of the geometric parameters of the sandwich core on the vibroacoustic indicators.