Méthodes de l’impédance et de la résolvante pour le calcul des modes de cisaillement dans des guides d’ondes phononiques 1D et 2D

Impedance and resolvent methods for calculating the shear waves spectra in 1D and 2D phononic waveguides

• Auteur / Autrice : Maria Korotyaeva
• Direction : Alexander Shuvalov, Olivier Poncelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 06/11/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Alain Bachelot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anton Kutsenko, Jérôme Vasseur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Le Clézio, Bruno Lombard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résolvantes

Guides d'ondes

Impédance mécanique

Cristaux phononiques

Spectres

Ondes de cisaillement

Mots clés libres

Cristaux phononiques

Ondes guidées

Propagateur

Résolvante

Projecteur spectral

Phononic crystals

Guide waves

Propagator

Resolvent

Spectral projector

Résumé

Nous proposons deux méthodes pour calculer le spectre des ondes de cisaillement dans les cristaux phononiques (CP) 1D et 2D. Commençant notre étude par les CP 1D, nous développons la méthode des impédances scalaires pour la couche sur le substrat 1D.Le focus principal de ce travail est sur les CP 2D : en particulier, on considère la couche sur le substrat 2D, la plaque à conditions libres 2D et la couche entre les deux substrats 2D. Comme la matrice propagateur M à travers la cellule unitaire obtenue via l’expansion des ondes planes dans une coordonnée peut avoir des composants très grandes, notre approche consiste à la substituer par sa résolvante R= (zI−M)−1qui est numériquement stable (où z est un nombre complexe hors des pecM). Deux autres outils centraux définis par la résolvante, le projecteur spectral P de t propagateur Md pour les ondes évanescentes, entrent en jeu pour le cas des CP avec un substrat. La méthode de la résolvante, fournissant les équations de dispersion et du champ d’ondes en termes de R,P de tMd, a de multiples avantages. Elle est d’une bonne précision grâce à la solution exacte dans une coordonnée, efficace grâce à la réduction du problème à une seule cellule unitaire, même pour un substrat semi-infini, et polyvalente, puisque applicable pour les structures uniformes ou périodiques à 1D ou 2D. De plus, la méthode peut être généralisée aux CP à 3D et aux ondes vectorielles.Dans les exemples numériques, nous calculons les bandes d’arrêt de basse fréquence et les comparons avec les profils de symétrie axiale et les profils perturbées.

We propose two methods for calculating the shear waves spectra in 1D and 2D phononiccrystal (PC) wave guides. Starting this study with 1D PC, we consider the 1D-periodic coated substrate. Here we develop scalar impedance method providing efficient means for analysis and calculation of dispersion spectrum. The main focus of our work in on the 2D PC’s: the 2D PC layer on a substrate, the freePC plate and the PC plate sandwiched between two substrates.Since the propagator Mover a unit cell approximated by Fourier harmonics in one coordinate can have very large components, we introduce its resolvent R= (zI−M)−1(z is a complex number outside of specM) as a numerically stable substitute. Another two key tools given in terms of there solvent, a spectral projector Pd and propagator Md for the decreasing modes, come intoplay in the case of a wave guide with a substrate. The resolvent method providing simple dispersion and wave field equations in termsof R,Pd and Md has several advantages. It is of a good precision due to the exact solution in one direction, computationally cheap due to the reduction of the problem to one unitcell even in a semi-infinite substrate, and versatile since it is applicable to uniform, 1D- or 2D-periodic structures. More over, it is extendible to P/SVwaves and 3D PC.In numerical examples, we model low-frequency band gaps and compare them for the mirror-symmetric and perturbed profiles.