Vibration damping of honeycomb sandwich panels induced by micro-perforations

International audienceSandwich honeycomb panels are widely used in aerospace applications because they are very light and stiff. Strong mechanical or acoustical excitations, associated to low damping properties of such panels can lead to high vibration levels, generating fatigue and reliability problems. We propose in this paper to investigate the capability of micro-perforations of honeycomb panels for reducing their vibration levels. Micro-perforations are mostly known and used in acoustics for increasing absorption. A model of the panel vibration damping induced by the acoustic motion in the micro-perforations is proposed here. For this purpose, a lumped element model, based on Maa's results is developped for estimating a viscous damping force at the micro-scale. The resultant force is then homogenized for a group of cells (meso-scale model) and allows us to express a damping term for the global structure (macro-scale model). A perturbation technique is then used to compute the modal damping coefficients of a micro-perforated plate in order to evaluate the performance of the treatment

Artificial cochlea and acoustic black hole travelling waves observation: Model and experimental results

An inhomogeneous fluid structure waveguide reproducing passive behaviour of the inner ear is modelled with the help of the Wentzel–Kramers–Brillouin method. A physical setup is designed and built. Experimental results are compared with a good correlation to theoretical ones. The experimental setup is a varying width plate immersed in fluid and terminated with an acoustic black hole. The varying width plate provides a spatial repartition of the vibration depending on the excitation frequency. The acoustic black hole is made by decreasing the plate׳s thickness with a quadratic profile and by covering this region with a thin film of viscoelastic material. Such a termination attenuates the flexural wave reflection at the end of the waveguide, turning standing waves into travelling waves

Vibration damping in polygonal plates using the acoustic black hole effect : model based on the image source method

A method for damping flexural vibrations in thin polygonal plates using the acoustic black hole effect is proposed. Acoustic black holes in thin plates consist of a zone of decreasing thickness in which flexural waves slow down, acting as wave sinks. An acoustic black hole of axisymmetric thickness profile is here tested on different polygonal plates. A parabolic edge is added in order to focus waves into the black hole area. The experimental results show significant reduction of the vibration level. A model based on the image source method provides qualitative agreement with the experiments

Identification et quantification expérimentale des mécanismes de dissipations d'un amas de matériau granulaire confiné latéralement dans une cavité vibrante

L'utilisation de matériaux granulaires pour l'amortissement vibratoire de structures creuses fait l'objet du travail présenté. En effet, l'allègement des structures est un enjeu central dans l'industrie du transport pour des raisons écologiques et économiques évidentes. Cet allègement, couplé à une volonté de maintenir une puissance machine égale, entraine une augmentation des niveaux vibratoires. Les méthodes classiques consistant à revêtir les structures de matériau viscoélastique, éventuellement précontraint, conduisent à une augmentation de masse, ce qui est contradictoire avec l'enjeu d'allègement global de la structure. Le développement de stratégies alternatives de réduction des niveaux vibratoires adaptées à ces contraintes de masse constitue donc un thème de recherche très actuel. Un matériau granulaire dissipe l'énergie vibratoire d'une structure primaire lorsque les grains qui le composent sont mis en mouvement relatifs les uns par rapport aux autres. Cette dynamique est obtenue lorsque l'accélération de la structure dépasse 1g et que le volume de granulaire présente une surface libre. En dessous de ce seuil d'accélération ou lorsque les grains sont confinés, la masse de grain se comporte comme un volume sujet à une propagation interne d'ondes qui est de plus faible intérêt pour l'amortissement vibratoire. Au dessus de ce seuil, lorsque le volume de grain inclus dans une cavité présente une surface libre, la dissipation induite résulte de mécanismes physiques complexes pouvant dépendre de nombreux paramètres comme l'amplitude d'excitation, la quantité de grains, les matériau, taille et forme des grains, les conditions de contacts entre grains et cavité, les propriétés du fluide environnement, l'hygrométrie... Des effets non-linéaires liés à la présence du matériau granulaire sont ainsi exploités pour atténuer les vibrations d'une structure. L'étude de la réponse vibratoire d'une cavité pouvant contenir un matériau granulaire disposée sur un système résonant à un degré de liberté est présentée. Les différents paramètres expérimentaux sont modifiés afin d'obtenir leurs effets sur l'amortissement du système résonant. Sous vibration, le volume granulaire peut prendre plusieurs états (solide, fluide ou gaz) qui peuvent coexister spatialement lors d'un essai. Cela explique l'absence de modèle mathématique simple pouvant décrire physiquement son comportement. Des méthodes de simulation numérique basées sur la Discret Element Method (DEM) sont couramment utilisées afin d'observer le comportement physique des grains. Des paramètres numérique permettent de prendre la physique des grains utilisés (la masse mais aussi la capacité à restituer l'énergie issue d'un impact). La comparaison entre les résultats de simulation numérique issu du logiciel LMGC90 et les résultats d'expérience permettront d'identifier les paramètres influents permettant la dissipation des vibrations

Approche modale de la propagation acoustique dans les guides d'ondes ouverts et application à l'acoustique urbaine

In urban areas, noise has become the main form of ''pollution'' recognized by the population. To address this major issue for society, much research has helped to describe the acoustic propagation in urban areas. However, as consequence of the high geometrical and physical complexity of urban areas, the energetic models implemented in usual predictive software limit the physical description of sound fields. It appears that fundamental work on acoustic propagation in complex environments must be pursued upstream from applications directly related to urban acoustics. In this context of upstream research, the essential idea of this work is to consider the street as an open waveguide. Indeed, the typical elongated shape promotes guided waves along the axis of the street. In contrast, the opening of this guide on an infinite domain - the sky - results in wave radiation leading to energy losses. The study of these competitive effects between guided waves and radiated waves is the key point of this work. To solve the wave equation in such an open three-dimensional guide, the principle of modal decomposition is used. In this approach, the wave field is a combination of a set of modes (called modal basis) whose contributions notably depend on end conditions at the guide extremities. The extension of the modal approach to the case of open waveguides need to introduce the concept of leaky modes. Through a preliminary study about two-dimensional closed guides with variable cross-section, the possibilities of the modal approach are apprehended in simple cases in order to be extended to the more complex case of three-dimensional open guides. Subsequently, a first work about leaky modes is done in the academic case of an open cylindrical guide with rectangular cross-section. In this work, the behavior and properties of leaky modes are studied in details when they are used in a modal approach. It is notably shown that only a small number of modes is necessary to accurately describe the field. Based on the findings of this first research, a coupled Modal-Finite Elements method, more suitable to the ''urban waveguide'' specificities is proposed. This work shows how, using PML (Perfectly Matched Layers), a new problem of propagation in closed guide may be substituted for the original problem of propagation in open guide. In this approach, several characteristics of the geometrical and physical complexity of urban areas can be taken into account. Illustrations based on the numerical implementation of the method reveal physical phenomena related to irregularities and absorption of facades, or the consideration of meteorological effects, and open both academic and applied research prospects.En zone urbaine, les nuisances sonores sont devenues la principale forme de ''pollution'' reconnue par la population. Pour faire face à cet enjeu de société, de nombreuses recherches ont permis de décrire la propagation acoustique en milieu urbain. Toutefois, devant la très grande complexité géométrique et physique du milieu urbain, les modèles implémentés dans les logiciels usuels de prédiction, basés sur des approximations énergétiques et géométriques, limitent la description physique des champs acoustiques. Il apparaît donc que des travaux fondamentaux sur la propagation acoustique en milieu complexe doivent être poursuivis en amont des applications directement liées à l'acoustique urbaine. Dans ce contexte de recherche amont, l'idée essentielle de ces travaux est de considérer la rue comme un guide d'ondes ouvert. En effet, la forme typiquement allongée favorise le guidage des ondes dans l'axe de la rue. En revanche, l'ouverture de ce guide sur un domaine infini - le ciel - entraîne un rayonnement des ondes conduisant à des pertes d'énergie. L'étude de ces phénomènes compétitifs entre ondes guidées et ondes rayonnées est au coeur de ce travail. Pour résoudre l'équation d'ondes dans un tel guide ouvert tridimensionnel, la démarche scientifique retenue repose sur le principe de la décomposition modale. Dans cette approche, le champ d'ondes est une combinaison d'un ensemble de modes (appelé base modale) dont les contributions dépendent notamment des conditions aux extrémités du guide. L'extension de l'approche modale au cas des guides d'ondes ouverts nécessite d'introduire la notion de modes fuyants (leaky modes). Au travers d'une étude préliminaire portant sur des guides bidimensionnels fermés de section variable, les possibilités de l'approche modale sont appréhendées dans des cas simples en vue de l'étendre au cas plus complexe des guides tridimensionnels ouverts. Par la suite, un premier travail sur les modes fuyants est réalisé dans le cas académique d'un guide ouvert cylindrique de section rectangulaire. Ce travail permet d'étudier de manière détaillée le comportement et les propriétés des modes fuyants lorsqu'ils sont utilisés dans une approche modale. Il est notamment montré qu'un nombre restreint d'entre eux est nécessaire pour décrire précisemment le champ. Sur la base des conclusions de ces premières recherches, une méthode couplée Modal-Eléments Finis plus adaptée aux spécificités des ``guides d'ondes urbains'' est proposée. Ces travaux montrent comment, en utilisant des PML (Perfectly Matched Layers), un nouveau problème de propagation en guide fermé peut être substitué au problème original de propagation en guide ouvert. Dans cette approche, certaines caractéristiques de la complexité physique et géométrique du milieu urbain peuvent être prise en compte. Des illustrations basées sur l'implémentation numérique de la méthode mettent en évidence des phénomènes physiques liés par exemple aux irrégularités et à l'absorption des façades, ou à la prise en compte de phénomènes météorologiques, et ouvrent certaines perspectives de recherche académiques et appliquées à l'acoustique urbaine

Approche modale de la propagation acoustique dans les guides d'ondes ouverts (application à l'acoustique urbaine)

En zone urbaine, les nuisances sonores sont devenues la principale forme de ''pollution'' reconnue par la population. Pour faire face à cet enjeu de société, de nombreuses recherches ont permis de décrire la propagation acoustique en milieu urbain. Toutefois, devant la très grande complexité géométrique et physique du milieu urbain, les modèles implémentés dans les logiciels usuels de prédiction, basés sur des approximations énergétiques et géométriques, limitent la description physique des champs acoustiques. Il apparaît donc que des travaux fondamentaux sur la propagation acoustique en milieu complexe doivent être poursuivis en amont des applications directement liées à l'acoustique urbaine. Dans ce contexte de recherche amont, l'idée essentielle de ces travaux est de considérer la rue comme un guide d'ondes ouvert. En effet, la forme typiquement allongée favorise le guidage des ondes dans l'axe de la rue. En revanche, l'ouverture de ce guide sur un domaine infini - le ciel - entraîne un rayonnement des ondes conduisant à des pertes d'énergie. L'étude de ces phénomènes compétitifs entre ondes guidées et ondes rayonnées est au cœur de ce travail. Pour résoudre l'équation d'ondes dans un tel guide ouvert tridimensionnel, la démarche scientifique retenue repose sur le principe de la décomposition modale. Dans cette approche, le champ d'ondes est une combinaison d'un ensemble de modes (appelé base modale) dont les contributions dépendent notamment des conditions aux extrémités du guide. L'extension de l'approche modale au cas des guides d'ondes ouverts nécessite d'introduire la notion de modes fuyants (leaky modes). Au travers d'une étude préliminaire portant sur des guides bidimensionnels fermés de section variable, les possibilités de l'approche modale sont appréhendées dans des cas simples en vue de l'étendre au cas plus complexe des guides tridimensionnels ouverts. Par la suite, un premier travail sur les modes fuyants est réalisé dans le cas académique d'un guide ouvert cylindrique de section rectangulaire. Ce travail permet d'étudier de manière détaillée le comportement et les propriétés des modes fuyants lorsqu'ils sont utilisés dans une approche modale. Il est notamment montré qu'un nombre restreint d'entre eux est nécessaire pour décrire précisément le champ. Sur la base des conclusions de ces premières recherches, une méthode couplée Modal-Éléments Finis plus adaptée aux spécificités des guides d'ondes urbains'' est proposée. Ces travaux montrent comment, en utilisant des PML (Perfectly Matched Layers), un nouveau problème de propagation en guide fermé peut être substitué au problème original de propagation en guide ouvert. Dans cette approche, certaines caractéristiques de la complexité physique et géométrique du milieu urbain peuvent être prise en compte. Des illustrations basées sur l'implémentation numérique de la méthode mettent en évidence des phénomènes physiques liés par exemple aux irrégularités et à l'absorption des façades, ou à la prise en compte de phénomènes météorologiques, et ouvrent certaines perspectives de recherche académiques et appliquées à l'acoustique urbaine.In urban areas, noise has become the main form of ''pollution'' recognized by the population. To address this major issue for society, much research has helped to describe the acoustic propagation in urban areas. However, as consequence of the high geometrical and physical complexity of urban areas, the energetic models implemented in usual predictive software limit the physical description of sound fields. It appears that fundamental work on acoustic propagation in complex environments must be pursued upstream from applications directly related to urban acoustics. In this context of upstream research, the essential idea of this work is to consider the street as an open waveguide. Indeed, the typical elongated shape promotes guided waves along the axis of the street. In contrast, the opening of this guide on an infinite domain - the sky - results in wave radiation leading to energy losses. The study of these competitive effects between guided waves and radiated waves is the key point of this work. To solve the wave equation in such an open three-dimensional guide, the principle of modal decomposition is used. In this approach, the wave field is a combination of a set of modes (called modal basis) whose contributions notably depend on end conditions at the guide extremities. The extension of the modal approach to the case of open waveguides need to introduce the concept of leaky modes. Through a preliminary study about two-dimensional closed guides with variable cross-section, the possibilities of the modal approach are apprehended in simple cases in order to be extended to the more complex case of three-dimensional open guides. Subsequently, a first work about leaky modes is done in the academic case of an open cylindrical guide with rectangular cross-section. In this work, the behavior and properties of leaky modes are studied in details when they are used in a modal approach. It is notably shown that only a small number of modes is necessary to accurately describe the field. Based on the findings of this first research, a coupled Modal-Finite Elements method, more suitable to the ''urban waveguide'' specificities is proposed. This work shows how, using PML (Perfectly Matched Layers), a new problem of propagation in closed guide may be substituted for the original problem of propagation in open guide. In this approach, several characteristics of the geometrical and physical complexity of urban areas can be taken into account. Illustrations based on the numerical implementation of the method reveal physical phenomena related to irregularities and absorption of facades, or the consideration of meteorological effects, and open both academic and applied research prospects.LE MANS-BU Sciences (721812109) / SudocSudocFranceF

Pédagogie participative en école d'ingénieur

Engineering schoolDescription de la pédagogie CRAIES (coopérons à notre rythme d'apprentissage individualisé efficace et sympathique), de l'évaluation par ceintures, de la construction d'un arbre des compétences d'une formation et d'un arbre des connaissances

On the approximation of total absorption of the street open ceiling at low frequencies

International audienc

Scattering effects induced by imperfections on an acoustic black hole placed at a structural waveguide termination

International audienceThe so-called " acoustic black hole " effect (ABH) is a passive vibration control technique based on the flexural waves properties in thin structure of varying thickness. A usual implementation consists in using a plate with tapered extremity with a power-law profile, covered with a thin damping layer. The inhomogeneity of the structure leads to a decrease of flexural wave speed and an increase of their amplitude, therefore resulting in an efficient energy dissipation if damping layer is placed where the thickness is minimal. The manufacture of an efficient extremity is difficult because of the small thickness, and often generates imperfections and tearing. Moreover , previous works suggest multiple that flexural modes are propagating across the width of the ABH tip. A model of an ABH multimodal waveguide taking into account an imperfect termination is developed. It shows that an elementary imperfection can affect the reflection coefficient of the extremity and reduce it. Scattering and propagation properties of the extremity are also studied. An incident mode excites several modes that are localised in the tapered region and local resonances explain the drops in the reflection coefficient. Experimental evidence of the influence of the imperfection on the reflection coefficient is provided. A key result of the paper is that manufacturing imperfections are not detrimental to the ABH effect