Étude du système compartiment moteur — habitacle d’un véhicule côte à côte dans le domaine des basses fréquences

Le problème du bruit à l’intérieur de la cabine du véhicule préoccupe l’industrie automobile. Pour les passagers, la signature sonore à l’intérieur de la cabine est directement liée à la notion de qualité du produit. Ce travail vise une étude numérique et expérimentale du comportement vibroacoustique des composantes complexes (simple et double paroi) de la cabine du véhicule côte à côte en basses fréquences. Dans ce contexte, nous avons développé des modèles numériques reposant sur la méthode des éléments finis (FEM), qui sont basés sur un calcul modal et qui sont capables de prédire la perte par transmission dans le cas d’une excitation aérienne et le coefficient de conversion mécanique — acoustique dans le cas d’une excitation solidienne. Pour valider les modèles numériques, nous avons réalisé des mesures expérimentales des systèmes simple et double parois. Les comparaisons entre les résultats numériques et expérimentaux montrent une bonne corrélation entre les deux approches. Une application de calcul numérique a été développée permettant aux ingénieurs d’identifier les zones les plus susceptibles dans la structure de recevoir le bruit et de placer les sources de vibrations sur la structure à travers des cartes de mobilité d’entrée

Déconfinement de sources acoustiques par utilisation d'une méthode holographique à double information

L identification et la caractérisation des sources acoustiques restent encore aujourd hui deux sujets d importance pour les industriels qui ont besoin de techniques permettant d identifier des sources acoustiques ou vibratoires sur des surfaces complexes dans un environnement acoustique non contrôlé. La thèse que nous présentons ici s'inscrit dans ce cadre. Nous y étudions les qualités d'une méthode inverse, appelée iPTF (pour inverse Patch Transfer Functions, pour la résolution de ce problème particulier. Nous consacrerons le premier chapitre de notre étude à la synthèse bibliographique des méthodes les plus pertinentes permettant de résoudre des problèmes similaires. Nous soulignerons également les difficultés de ces méthodes pouvant être liées à leurs applications pratiques ou à leurs fondements théoriques. Dans un second chapitre, nous présenterons la méthode iPTF à partir de sa formulation directe, c'est-à-dire de la source vers le bruit rayonné. Celle-ci est une approche par sous-structuration de domaines permettant l étude des problèmes vibro-acoustiques en basses et moyennes fréquences. Nous montrerons particulièrement la façon dont l'association des deux formulations directe et indirecte permet de définir une méthode pouvant conduire jusqu'à l'identification des trois champs de vitesses, de pressions et d'intensités sur la surface de l'objet source. Notre troisième chapitre sera consacré à la présentation des premiers résultats d'identification dans un cas d'application numérique simple. Nous effectuerons, dans les chapitres quatre et cinq, une étude des principaux paramètres conditionnant les résultats donnés par la méthode. Le premier de ces deux chapitres présentera la mise en place d'un code de calcul permettant de résoudre rapidement le problème de rayonnement d'une structure simple. La méthode ainsi définie sera utilisée dans le chapitre cinq afin de générer de nombreux champs rayonnés présentant des caractéristiques différentes de façon à étudier la stabilité de la méthode iPTF face à la variation de différents paramètres. Un sixième chapitre présentera une étude approfondie faite sur les ondes évanescentes qui prennent une part non négligeable dans le champ rayonné par les structures. Ces ondes évanescentes, par définition, ne peuvent pas être mesurées au delà du champ proche, ce qui peut être la cause d'une part des défauts d'identification rencontrés lors de l'application de notre méthode. L'étude faite ici aura pour but de déterminer l'importance de ces ondes évanescentes dans le champ rayonné. Nous présenterons enfin, dans un dernier chapitre, les résultats de mesures expérimentales réalisées.Nowadays, both identification and characterization of acoustical sources remain two important topics in industry as such method are often required to localize acoustical or vibrational sources on complex surfaces in an acoustical environment that may not be well-known. The PhD Thesis we present hereby is set in this purpose. We will study the ability of an inverse method, named iPTF (standing for inverse Patch Transfert Functions) used to solve this particular problem. In our first chapter we will present a bibliographical study of the different methods dealing with the resolution of similar problems. We will particularly underline the difficulties encountered with these methods, either regarding their practical application or their theoretical bases. The presentation of the iPTF method will be made in the second chapter. This presentation will be organized starting from the direct formulation, that is from the source to the radiated sound. This direct method is a sub-domai decomposition based approach, allowing the study of vibro-acoustical problems in low and mid frequencies. We will especially explain how the association of both direct and reverse formulation enables to identify the pressure, velocity and intensity fields on the source. The third chapter will concerne the presentation of the first identification results in a simple numerical application. In the fourth and fifth chapters, the main parameters conditioning the results given by our method will be studied. The first of these two chapters will introduce a calculation routine used to compute quickly the radiation field of a simple structure. This routine will then be used in our fifth chapter in order to build numerous fields having different characteristics. Using all these fields will let us know the stability of our method regarding different parameters. A sixth chapter will present a precise study of evanescent waves that constitute a non-neglectful part of the radiated field. According to their definition, those evanescent waves cannot be taken into account beyond the near-field, and this may be the reason of some difficulties while applying our method. The objective of the study herein presented is to determine the importance of those evanescent waves in the radiated field. We eventually present, in a last chapter, the results of experimental measures conducted during the preparation of this PhD Thesis.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Développement et validation d’un outil numérique de prédiction de l’indice d’isolement acoustique aux bruits d’impact

Ce mémoire présente une approche basée sur la méthode des matrices de transfert (TMM) pour la modélisation du bruit d'impact dans les structures. L'objectif est de développer un modèle précis et robuste pour prédire le niveau sonore d’une structure multicouche excitée par une machine à chocs standard. Le mémoire se compose d’une introduction générale, d’une revue de la littérature sur le bruit d’impact et les méthodes de modélisation existantes, ainsi que de chapitres détaillant la modélisation de la puissance injectée par la machine à chocs standard et trois méthodes de prédiction du bruit d’impact de structures multicouches : la méthode énergétique, la TMM et une méthode combinant l’approche modale et la TMM. Des calculs numériques (éléments finis) et des mesures expérimentales sont utilisés pour comparer les méthodes susmentionnées. En particulier, le modèle TMM s'est avéré fiable pour prédire l’isolement aux bruits d’impact dans les bâtiments

Dynamique non linéaire et acoustique de structures à interfaces frottantes

Cette étude propose d'étudier le comportement dynamique et l'acoustique des structures comportant des interfaces. Notre attention se porte tout particulièrement sur les vibrations et le bruit induits par frottement lors d'un évènement de crissement. Le premier point développé dans ces travaux de recherche concerne la mise en place d'une méthodologie globale d'estimation des émissions sonores induites par frottement. Cette démarche s'accompagne du développement d'outils numériques spécifiques à l'étude du rayonnement acoustique induit par frottement permettant notamment d'étudier l'influence de certains paramètres sur le comportement dynamique et le rayonnement acoustique. De plus, on cherche à développer des méthodes numériques performantes permettant l'estimation rapide et contrôlée des niveaux sonores

Étude du rayonnement acoustique d'instabilités hydrodynamiques de jets double-flux par les équations de stabilité parabolisées (PSE)

Dans le but de réduire le bruit de jet, source principale de nuisance sonore au décollage d'un avion, une compréhension fine des mécanismes aéroacoustiques mis en jeu est nécessaire. Les structures cohérentes de grande échelle se développant dans la couche de mélange d'un jet semblent responsables d'une part importante du bruit observé en champ lointain, surtout dans les basses fréquences. Une approche permettant d'étudier ces structures turbulentes est fournie par la théorie de stabilité, notamment au moyen des équations de stabilité parabolisées (PSE). L'étude de ces ondes d'instabilité est alors complémentaire d'autres approches (LES ou expériences), puisqu'elle permet de mettre en évidence la nature et la dynamique de ces structures, également présentes dans les résultats de simulations ou de mesures. Au cours de ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés aux structures cohérentes se développant dans des jets à double flux étudiés au cours du projet européen CoJeN (Coaxial Jet Noise). En particulier, nous avons exploité une base de données issues de mesures de fluctuations de pression réalisées en champ proche et en champ lointain de ces jets. Nous avons alors pu comparer les résultats de notre modélisation PSE à ces mesures en périphérie immédiate du jet, confirmant ainsi la pertinence d’un tel modèle, même dans des configurations aussi complexes. De plus, le calcul du rayonnement acoustique en champ lointain engendré par les fluctuations de pression modélisées nous a permis de faire des comparaisons directes avec les niveaux et les directivités mesurés. Nous avons ainsi pu mettre en évidence quantitativement la contribution de ces structures turbulentes de grande échelle au bruit total rayonné par le jet. ABSTRACT : Increasingly stringent aircraft noise regulations require the development of innovative noise reduction strategies. Jet noise is a dominant acoustic component during take-off and a fine understanding of the underlying aeroacoustics mechanisms is then necessary. Large-scale coherent structures that develop in the mixing layer of jets appear to be the dominant acoustic source responsible for the lowfrequency far-field noise observed at low emission angles. A stability analysis based on the parabolized stability equations (PSE) is a suitable tool for studying these coherent structures, revealing the nature and the dynamics of the fluctuations obtained by simulations or experiments. The present work is focused on coherent structures developing in the two mixing layers of dualstream jets studied in the course of the European project CoJeN (Coaxial Jet Noise). In particular, pressure fluctuations measurements acquired in the near and far fields of two coaxial jets have been thoroughly analyzed. A direct comparison of these experimental results with linear PSE calculations has been performed in the vicinity of the jets, referred to as the linear-hydrodynamic region, confirming the relevance of the approach even in such complex industrial configurations. Furthermore, the acoustic projection to the far-field of the wavepackets issued by this model and calibrated in the near-field allows a direct comparison of the acoustic levels and directivity with far field sound measurements. A quantitative assessment of the contribution of the instability waves to the total jet noise measured has therefore been obtained

Développement d'un outil de simulation basé sur le lancer de faisceaux pour la prédiction du bruit intérieur et du rayonnement extérieur des nacelles

Actuellement, la réduction du bruit des avions aux environs aéroportuaires est devenue un enjeu socio-économique majeur. Très coûteuses en temps de calcul pour les hautes fréquences, les méthodes de calcul exact utilisées sont limitées aux moyennes et basses fréquences. Il est donc primordial de se tourner vers une méthode asymptotique, valable en hautes fréquences. Dans ce contexte, la mise au point d’un outil capable de prédire numériquement le bruit dans les nacelles, depuis sa génération, sa propagation en milieu ambiant, puis son rayonnement en champ lointain est de grande importance. Le développement de cet outil fait l’objet du projet confié au Groupe d’Acoustique de l’Université de Sherbrooke par le motoriste PWC. Il permettrait à ce dernier de faire des études pour optimiser les traitements acoustiques (" liners ") et améliorer le design des nacelles, et en conséquence réduire les coûts lors de la phase de conception. L’objectif de cette maîtrise consiste à simuler la propagation acoustique à l’intérieur d’une structure axisymétrique de longueur quelconque (finie ou infinie) et son rayonnement en champ lointain en utilisant l’approche géométrique. Puis valider par l’étude de différents cas avec d’autres méthodes telles que la méthode statistique SEA, analyse modale, FEM ou BEM. Le code ainsi développé à l’heure actuelle permet de calculer toutes les caractéristiques des rayons convergents à la suite de la propagation des faisceaux en provenance d’une sphère ou d’une demi-sphère maillées ou à partir du maillage des surfaces de la géométrie elle-même. Ensuite, il procède à la reconstruction du champ de pression en un ou plusieurs points de l’espace, aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur de l’environnement de l’étude, et ce en optant pour une sommation cohérente des contributions de tous les rayons convergents. L’implantation du code prend en compte les traitements acoustiques de surfaces. Le code peut être utilisé pour tout autre environnement complexe axisymétrique tel que les nacelles des turboréacteurs

Modélisation et optimisation de l'atténuation du rayonnement acoustique de plaques minces par dispositifs piézoélectriques shuntés

Le présent travail concerne la modélisation et l'optimisation de la réduction du rayonnement acoustique de plaques minces dans le domaine de basses fréquences à partir d'éléments piézoélectriques shuntés. Dans un premier temps, les modes de vibration les plus rayonnants de la structure sont identifiés par l'évaluation de la puissance acoustique rayonnée. Ensuite, ces modes sont atténués par l'utilisation de pastilles piézoélectriques connectées à des circuits électriques de type shunt résistifs et résonants. Des modèles éléments finis d’ordre réduit sont développés pour la structure (plaques avec pastilles piézoélectriques) de façon à prendre en compte les couplages électromécaniques de façon efficace. Ces modèles discrets, basés sur une formulation originale, sont ensuite utilisés pour optimiser le système électromécanique, dans le but de maximiser l’atténuation des vibrations et du bruit rayonné. Pour cela, des procédures d’optimisation sont développées pour déterminer les géométries et les emplacements des pastilles piézoélectriques permettant de maximiser le coefficient de couplage électromécanique modal entre les éléments piézoélectriques et le mode mécanique qu’il s’agit d’amortir, ceci de façon indépendante du choix des composants du circuit électrique. Des exemples numériques sont finalement présentés afin d'évaluer et d'analyser notre approche

Étude du rayonnement acoustique d'instabilités hydrodynamiques de jets double-flux par les équations de stabilité parabolisées (PSE)

Dans le but de réduire le bruit de jet, source principale de nuisance sonore au décollage d'un avion, une compréhension fine des mécanismes aéroacoustiques mis en jeu est nécessaire. Les structures cohérentes de grande échelle se développant dans la couche de mélange d'un jet semblent responsables d'une part importante du bruit observé en champ lointain, surtout dans les basses fréquences. Une approche permettant d'étudier ces structures turbulentes est fournie par la théorie de stabilité, notamment au moyen des équations de stabilité parabolisées (PSE). L'étude de ces ondes d'instabilité est alors complémentaire d'autres approches (LES ou expériences), puisqu'elle permet de mettre en évidence la nature et la dynamique de ces structures, également présentes dans les résultats de simulations ou de mesures.Au cours de ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés aux structures cohérentes se développant dans des jets à double flux étudiés au cours du projet européen CoJeN (Coaxial Jet Noise). En particulier, nous avons exploité une base de données issues de mesures de fluctuations de pression réalisées en champ proche et en champ lointain de ces jets. Nous avons alors pu comparer les résultats de notre modélisation PSE à ces mesures en périphérie immédiate du jet, confirmant ainsi la pertinence d un tel modèle, même dans des configurations aussi complexes. De plus, le calcul du rayonnement acoustique en champ lointain engendré par les fluctuations de pression modélisées nous a permis de faire des comparaisons directes avec les niveaux et les directivités mesurés. Nous avons ainsi pu mettre en évidence quantitativement la contribution de ces structures turbulentes de grande échelle au bruit total rayonné par le jet.Increasingly stringent aircraft noise regulations require the development of innovative noise reduction strategies. Jet noise is a dominant acoustic component during take-off and a fine understanding of the underlying aeroacoustics mechanisms is then necessary. Large-scale coherent structures that develop in the mixing layer of jets appear to be the dominant acoustic source responsible for the lowfrequency far-field noise observed at low emission angles. A stability analysis based on the parabolized stability equations (PSE) is a suitable tool for studying these coherent structures, revealing the nature and the dynamics of the fluctuations obtained by simulations or experiments. The present work is focused on coherent structures developing in the two mixing layers of dualstream jets studied in the course of the European project CoJeN (Coaxial Jet Noise). In particular, pressure fluctuations measurements acquired in the near and far fields of two coaxial jets have been thoroughly analyzed. A direct comparison of these experimental results with linear PSE calculations has been performed in the vicinity of the jets, referred to as the linear-hydrodynamic region, confirming the relevance of the approach even in such complex industrial configurations. Furthermore, the acoustic projection to the far-field of the wavepackets issued by this model and calibrated in the near-field allows a direct comparison of the acoustic levels and directivity with far field sound measurements. A quantitative assessment of the contribution of the instability waves to the total jet noise measured has therefore been obtained.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Analyse du comportement vibro-acoustique de structures immergées excitées par des sources transitoires

In the sea, the acoustic detection of other battle engines is done by detecting mostly stationary signals. However, new types of detection systems are being developed, and are able to detect and to analyze transient signals. Therefore, the industrial conception process needs to be improved, so that the underwater vehicles transient noises can be taken in account. In order to do so, the mechanism of vibroacoustic transfer of transient sources of submerged structures has to be understood. The object of this thesis is then the study of the mechanism of vibration transfer and acoustic radiation of those structures when they are excited by transient sources. The shell radiation in the water, the wave diffraction by circumferential stiffeners and the resonant behavior of internal substructures are analyzed. The first chapter presents the bibliographical study of three themes: the study of transient phenomenon of submerged structures, the influence of heavy fluid coupling on vibroacoustic behavior of plates, and the different calculation methods in transient vibroacoustics. In the second chapter, we study the transient response of a submerged infinite plate excited by an impulsively point force. First, the calculations are done in the wavenumber-frequency domain. Then the spatio-temporal responses are obtained using inverse Fourier transforms. The discretization of wavenumber and frequency domains and the damping model are studied. The analysis of frequency and time responses of the plate vibration and the radiated pressure enable us to observe the influence of heavy fluid coupling. Besides the Mindlin-Timoshenko plate model is also used and the effect of rotation inertia and shear stress are studied. In the third chapter, these numerical results are confronted to experimental data, obtained experimentally. The studied structure is a rectangular plate lying on the surface of a water tank. Two different excitations are used: an impact hammer and the free fall of a steel ball. The study of the correlation between numerical and experimental results showed that some phenomena are observed in both cases. The influence of stiffeners on the acoustic radiation is the theme of the fourth chapter. An infinite plate which is periodically stiffened through one direction is considered. The effect of Bloch-Floquet waves on time response is studied. Numerical results are compared to measurements data obtained on an industrial submerged structure. In the fifth chapter, the effect of internal structures is analyzed by modelling an infinite plate coupled to a resonant system made of a beam and a rectangular finite plate. The inertance coupling method is used to obtain the coupling forces between the different substructures. Influence of inertance difference between the substructures is illustrated by the time signals.Dans le cadre de la lutte en mer, la détection acoustique des structures immergées s’effectue généralement sur des signaux stationnaires. Une nouvelle génération de sonars permet de détecter sur des signaux transitoires. Ceci implique de compléter le processus de conception des projets industriels qui ne tient compte d’exigences qu'en matière de bruits rayonnés en régime stationnaire. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes de transfert des sources de bruit transitoires sur les structures immergées. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre et consiste à étudier les mécanismes de transfert vibratoire et de rayonnement acoustique qui peuvent intervenir sur ces structures lorsque l’excitation est transitoire. L’analyse porte sur différents éléments de la chaine de transfert : le rayonnement dans l’eau du bordé, la diffraction des ondes par les raidisseurs, et le comportement résonnant des structures internes supportant les matériels. Le premier chapitre présente une analyse bibliographique autour de l’étude des phénomènes vibroacoustiques transitoires des structures immergées, de l’influence d’un fluide lourd sur le comportement vibroacoustique des plaques, et des méthodes de calcul vibroacoustiques en régime transitoire. Dans le second chapitre nous étudions la réponse transitoire d’une plaque infinie immergée soumise à une force impulsionnelle ponctuelle. La méthode de calcul s’appuie sur les calculs spectraux fréquences-nombre d’onde. Les réponses temporelles sont obtenues par transformées de Fourier inverses. L’analyse des spectres et des réponses temporelles de l’accélération vibratoire de la plaque et de la pression rayonnée, met en évidence l’influence de la présence du fluide. La prise en compte de l’inertie rotationnelle et du cisaillement à travers le modèle de plaque de Mindlin-Timoshenko est également étudiée. Ces résultats sont confrontés à une expérimentation présentée dans le troisième chapitre. La structure étudiée est une plaque rectangulaire posée horizontalement à la surface d’une cuve remplie d’eau. Deux types de sources transitoires sont utilisés : marteau de choc, lâché d’une bille. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux montre que l’on retrouve certains phénomènes évoqués précédemment. L’effet des raidisseurs sur le rayonnement acoustique fait l’objet du quatrième chapitre. Une plaque raidie périodiquement dans une direction est considéré. L’influence des ondes de Bloch-Floquet sur la réponse temporelle est étudiée. Les résultats sont comparés à des mesures effectuées sur une barge d’essais. Dans le cinquième chapitre, l’effet des structures internes est étudié à partir d’un modèle de plaque couplé à un système résonnant constitué d’un assemblage poutre-plaque. La méthode des inertances est utilisée pour obtenir les forces de couplage entre les différents éléments. Les signaux temporels sont étudiés en fonction de l’importance de la rupture d’inertance entre la plaque et l’assemblage

Caractérisation expérimentale et numérique de la transmission acoustique de structures aéronautique : effets du couplage et de l'excitation

La prédiction du bruit intérieur d’un habitacle typique d’un avion nécessite la modélisation vibroacoustique de l’ensemble fuselage et la compréhension des mécanismes gouvernant la transmission acoustique à travers ces structures. Ce projet a pour objectifs de développer et mettre en place un modèle hybride expérimentale-numérique rapide et précis permettant de prédire la transmission acoustique à travers ces structures soumises à des excitations aériennes et solidiennes. Le but est d’élucider les mécanismes de transmission acoustique afin de réduire la transmission solidienne de vibrations mécaniques ainsi que diminuer la transmission acoustique du bruit dans la cabine. À ce propos, une double-parois représentative d’avion est modélisée par la méthode de l’analyse statistique énergétique (SEA). Le modèle utilisé est basé sur la connaissance des différents indicateurs vibroacoustique; spécifiquement le nombre d'onde, la densité modale, le facteur de perte par amortissement, le facteur de perte par couplage et l’efficacité par rayonnement. La tâche est rendue davantage difficile par les complexités mécaniques et physiques mises en jeu. Une première partie porte sur la caractérisation expérimentale du facteur de perte par amortissement des structures sandwich composites. Une nouvelle méthode expérimentale de mesure de l’amortissement dénommée IWM (Inverse Wave Method) est mise en place. Elle se base sur la mesure du nombre d’ondes complexe. Il ressort que la méthode développée présente plus de stabilité dans les résultats obtenus tant numériques qu’expérimentaux. La deuxième partie de cette étude est totalement dédiée à l’efficacité de rayonnement. La mesure de l’efficacité de rayonnement est étudiée par une approche énergétique statistique des structures suspendues en libre libre et non bafflée dans une chambre réverbérante. La mesure est validée sur une large bande de fréquences pour plusieurs types de constructions. La troisième partie porte sur une validation expérimentale détaillée d'un modèle sandwich (General Laminate Model). À partir des propriétés mécaniques des structures aéronautiques étudiées, le modèle sandwich permet de prédire leurs comportements vibroacoustique. La précision de ce modèle est étudiée sur une large bande de fréquences. Enfin, la transmission acoustique d’une double paroi avec des connexions structurales entre les deux panneaux est étudiée. Les voies de transmission dominantes sont identifiées dans la gamme de fréquences entre 100 Hz et 10 kHz pour des doubles parois sous champ diffus. La transmission non-résonante est plus importante en basses fréquences alors que les parties structurale et aérienne dominent respectivement en moyennes et hautes fréquences. Une validation avec des résultats expérimentaux montre que le modèle est capable de prédire les changements au niveau de la transmission, causés par les différents couplages structuraux (couplage rigide, couplage souple). L’objectif final étant évidemment de réduire le niveau de bruit dans la cabine