Modélisation numérique de multicouches poroélastiques pour une application automobile

par Julien Monet Descombey

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Mohamed Ali Hamdi.

Soutenue en 2009

à Compiègne .

mots clés

• Eléments finis
• Matériaux poroélastiques
• Acoustique
• Vibrations
• Automobile
• Véhicules automobiles -- Isolation acoustique
• Véhicules automobiles -- Vibrations -- Simulation, Méthodes de
• Isolants acoustiques -- Modèles mathématiques

Résumé

Le mémoire ci-présent s’inscrit dans le cadre d'une thèse CIFRE encadrée par le Laboratoire Roberval de l'Université de Technologie de Compiègne en partenariat avec le constructeur automobile français Renault S. A. L'objectif de cette thèse est la mise en place dans un environnement industriel de méthodologies destinées à l'amélioration de la prédiction des calculs vibroacoustiques sur des systèmes couplés fluide-structure de grande taille incluant des matériaux poroélastiques; ces calculs étant réalisés avec un logiciel éléments finis commercial spécialement dédié à cet effet. Le confort acoustique et vibratoire à l'intérieur d'un véhicule est un domaine de recherche très important pour l'industrie automobile, tant les bénéfices attendus sont importants en termes de vente. En raison d'une politique de réduction du nombre de prototypes, les simulations numériques profitent depuis quelques années d'une forte sollicitation de la part des industriels. De plus, les bouleversements récents (prix du baril de pétrole, taxes sur les véhicules polluants, crise économique…) ont profondément changé le comportement des clients qui se focalisent sur des véhicules bon marché, plus propres et plus sobres. L'industrie automobile se voit contrainte de s'adapter à cette nouvelle demande en allégeant ses véhicules, ce qui permet de diminuer la consommation et donc les émissions polluantes. Les insonorisants acoustiques sont particulièrement ciblés et de nouvelles solutions, plus complexes, sont amenées à être testées. L'outil numérique permet donc de valider, voire optimiser, ces nouvelles générations d'insonorisants. Le travail présenté dans ce mémoire présente trois axes de recherche : la modélisation éléments finis de ces insonorisants constitués en grande partie de matériaux poroélastiques, l'utilisation d'un logiciel commercial en tant qu'outil de conception et la mise en place d'un processus d'amélioration des modèles numériques tout en respectant les nombreuses contraintes inhérentes à un produit complexe dans un environnement industriel en pleine mutation.

Titre traduit

Numerical modeling of poroelastic multilayered materials for automotive application

Résumé

The present report is in line with an industrial thesis supported by the Roberval Laboratory of the University of Technology of Compiegne in partnership with the French car manufacturer Renault S. A. This thesis aims to develop, in an industrial environment, some methodologies intended for the improvement of the prediction of vibroacoustic calculations on large size coupled fluid-structure systems including poroelastic materials using commercial finite elements software especially dedicated for this purpose to perform the calculations. Acoustic and vibratory comfort within a passenger car is a very important field of research for the automotive industry, so much so that the awaited benefits are important in terms of sales. Because of a policy of reducing the number of prototypes, there has been strong interest from carmakers for numerical simulations for several years now. Moreover, recent upheavals (petroleum price, governmental penalties for polluting vehicles, economic crisis…) have radically changed customer behavior who now focus more on cheap, cleaner and more sober vehicles. The automotive industry has to adapt to this new demand by reducing vehicle weight, which makes it possible to decrease consumption and thus the polluting emissions. Soundproofing insulators are particularly targeted and new, more complex, solutions are proposed for testing. Numerical tools are now use to validate, even optimize, these new generations of insulators. The work presented in this thesis presents three research orientations: the finite elements modeling of these acoustical insulators made mainly of poroelastic materials, the use of commercial software as a computer aided design tool and the deployment of an improvement process for the numerical models while respecting the constraints inherent to a complex product developed in a rapidly changing industrial environment.