Optimisation vibroacoustique de structures amorties par des traitements en élastomère

Abstract

This work is devoted to the modelling of damped structures and to the optimization of elastomer treatments for noise reduction purposes. The damping of a suspended aluminium plate partially covered by a constrained elastomer treatment has been identified in a first step through a contact-free modal analysis. A precise and systematic quantification of the main dissipation sources has then been carried out; while the thermoelastic dissipation in the aluminium, the dissipation due to air viscosity and to the acoustic radiation have been modelled, the viscoelastic dissipations within the aluminium and the elastomer have been identified. The thermoelastic computation, based on a perturbation approach to solve the coupled problem, highlights the limits of Zener's model, considered as a reference. The modelling of the elastomer relies on an identification experiment of its complex frequency-dependent stiffness modulus. A resolution platform based on the computation of the resonance modes with a finite element program, a complex eigenvalue solver as well as iterative and perturbation routines has been developped in order to account for any specific type of damping. The final algorithm can compute the instationary time/frequency response of systems with a general unproportional linear damping very rapidly and precisely. In a last part, parametric optimization studies give a fine understanding of the influence of elastomer damping treatments as well as a practical know-how in the area of noise reduction.Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la modélisation vibratoire de structures amorties et à l'optimisation de traitements en élastomère pour la réduction de bruit. Une méthode d'analyse modale sans contact a permis d'identifier dans un premier temps l'amortissement structurel total d'une plaque en aluminium suspendue, traitée par des patches en élastomère contraint. Une quantification précise des principales sources de dissipation a ensuite été effectuée. La dissipation thermoélastique de l'aluminium, visqueuse de l'air et la dissipation par rayonnement acoustique ont été modélisées; les dissipations viscoélastiques de l'aluminium et de l'élastomère, identifiées. Le calcul thermoélastique repose sur la prise en compte du couplage par perturbation et apporte quelques éclairages sur le modèle de référence de Zéner. La modélisation de l'élastomère s'appuie sur une expérience d'identification du module de rigidité complexe en fonction de la fréquence. Une plate-forme de résolution, basée sur le calcul des modes de résonance à l'aide de la méthode des éléments finis, d'un solveur aux valeurs propres complexe et de routines itératives et de perturbation, permet le calcul précis et rapide de la réponse temporelle ou fréquentielle instationnaire de systèmes à amortissement linéaire, non-proportionnel et dépendant de la fréquence. Dans une dernière partie, des études d'optimisation paramétrique conduites sur des traitements en élastomère débouchent sur un savoir-faire pratique en matière de réduction de bruit