Étude numérique du comportement vibro-acoustique d'un système plaque-cavité dans un écoulement uniforme, pour différents types d'excitation

Abstract

La réduction du bruit émis et transmis par les structures en mouvement excitées mécaniquement, aérodynamiquement ou acoustiquement intéresse de nombreux secteurs industriels tels que l'automobile, l'aéronautique et la marine (sous-marins). Les mécanismes physiques qui régissent le comportement vibroacoustique de structures se déplaçant dans des écoulements font cependant intervenir des mécanismes de couplage fluide-structure très complexes, qui sont difficiles à modéliser, notamment dans le cas d'excitation par couches limites turbulentes. Dans les secteurs industriels mentionnés, les structures qui se meuvent, peuvent être souvent, en première approximation, assimilés à des systèmes constitués par une structure qui vibre, souple à une cavité. Dans ce travail, on propose une formulation basée sur des hypothèses simples, pour estimer la réponse vibroacoustique basses fréquences d'un système particulier : une plaque bafflée, encastrée, immergée d'un côté dans un écoulement uniforme et couplé de l'autre cote à une cavité. Cette plaque est excitée de façon mécanique, acoustique ou par une couche limite turbulente établie. La principale contribution de ce travail est l'estimation de l'influence d'un écoulement uniforme sur les différents indicateurs vibroacoustiques caractérisant le comportement vibratoire et acoustique de la structure. Cette étude comporte plusieurs originalités scientifiques. La première réside dans la prise en compte des effets de convection liés au mouvement du fluide extérieur à la cavité. La seconde a trait au caractère inédit de la formulation intégrale du problème. La troisième porte sur le caractère général de la formulation proposée, qui est basée sur une méthode mixte d'éléments finis et d'éléments de frontières et permet le traitement de plaques et de cavités de formes quelconques (pourvu que la cavité comporte une face plane bafflée). La quatrième est liée, au fait que la formulation met en évidence les effets de l'écoulement uniforme en terme de masse, d'amortissement et de raideur ajouté, et permet une analyse physique de ceux-ci sur les indicateurs vibroacoustiques. Enfin, une dernière originalité a trait à la puissance des algorithmes de calcul (calcul des matrices d'impédances) et de résolution (projection sur bases modales), mis en place dans l'implantation numérique de la formulation. Les résultats obtenus montrent que l'écoulement a des effets importants, sur la réponse vibroacoustique de la structure, pour des vitesses d'écoulement importantes lorsque le fluide convecteur est de l'air (typiquement M[indice inférieur infini] > 0.4), et relativement faibles lorsque le fluide convecteur est de l'eau (U[indice inférieur infini] > quelques m/s). L'ampleur des changements dans les niveaux des indicateurs dépend aussi du type d'excitation

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