Approche ondulatoire pour la description numérique du comportement vibroacoustique large bande des conduites avec fluide interne

Wave finite element based techniques for the prediction of the vibroacoustic behavior of fluid filled pipes

• Auteur / Autrice : Ajit Bhuddi
• Direction : Jean-Mathieu Mencik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique et Productique
• Date : Soutenance le 25/11/2015
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de mécanique et rhéologie (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École polytechnique universitaire (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Etienne Balmès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Méo, Marie-Laure Gobert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Duhamel, Jean-François Deü

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse élastique (ingénierie)

Mouvement ondulatoire, Théorie du

Communication ultra large bande

Éléments finis, Méthode des

Ondes hectométriques

Émission acoustique

Interaction fluide-structure

Mots clés libres

Méthode WFE

Interaction fluide-structure

Rayonnement acoustique

Perfectly Matched Layer

Moyennes fréquences

Wave finite element method

Fluid-structure interaction

Acoustic radiation

Perfectly matched layer

Mid-frequencies

Résumé

Dans ce travail, une méthode basée sur les éléments finis ondulatoires - Wave Finite Elements (WFE) - est proposée en vue de prédire le rayonnement acoustique de conduites axisyrnétriques de longueur finie, comportant un fluide interne, et immergées dans un fluide acoustique de dimensions infinies. La condition de rayonnement de Sommerfeld est prise en compte en entourant le fluide extérieur d'un perfectly matched layer (PML), c'est-à-dire une couche d'éléments absorbants dans laquelle les ondes acoustiques incidentes sont progressivement amorties. Dans le cadre de l'approche WFE, la conduite, le fluide qu'elle contient, le fluide extérieur et le PML constituent un guide d'ondes multiphysique qui est discrétisé par un maillage éléments finis périodique, et peut être ainsi modélisé comme un assemblage de sous-systèmes identiques de faible longueur. Une base d'ondes se propageant le long de la conduite, calculée à partir du modèle éléments finis d'un sous-système, est utilisée afin de prédire le comportement vibroacoustique de guides d'ondes de longueur finie à moindre coût. Des simulations numériques sont réalisées pour des cas de conduites de structure homogène ou multi-couches. La précision et l'efficacité de la méthode WFE sont clairement établies en comparaison avec la méthode des éléments finis conventionnelle.

In this work, a wave finite element (WFE) method is proposed to predict the sound radiation of finite axisymmetric fluid-filled pipes immersed in an external acoustic fluid of infinite extent, The Sommerfeld radiation condition is taken into account by means of a perfectly matched layer (PML) around the external fluid. Within the WFE framework, the fluid-filled pipe, the surrounding fluid and the PML constitute a multiphysics waveguide that is discretized by means of a periodic finite element mesh, and is treated as an assembly of identical subsystems of small length. Wave modes are computed from the FE model of a multi-physics subsystem and used as a representation basis to assess the vibroacoustic behavior of the finite waveguide at a low computational cost. Numerical experiments are carried out in the cases of axisymmetric pipes of either homogeneous or multi-layered crosssections, The accuracy and efficiency of the proposed approach are dearly highlighted in comparison with the conventional FE method.