Analyse du comportement vibroacoustique des parois multicouches composites dans les constructions

Analysis of vibro-acoustic behavior of multi-layers composite partitions in the constructions

• Auteur / Autrice : Rawad Assaf
• Direction : Georges Descombes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 01/12/2015
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire, génie des procédés chimiques et énergétiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Marvillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Descombes, Francis Guillemard, Walid Larbi, Elias Elhachem, Dalia Abdel Massih
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fadi Hage Chehade, Marwan Sadek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isolation acoustique

Acoustique

Mots clés libres

Double paroi

Viscoélastique

Transmission sonore

Vibroacoustique

Éléments finis

Étude expérimentale

Double-Wall

Viscoelastic

Sound transmission

Vibro-Acoustic

Finite element

Experiments

Résumé

Les structures à double paroi sont largement utilisées dans la lutte contre les nuisances sonores et vibratoires en raison de leur supériorité en terme d'isolation acoustique sur les parois simples. Parmi les exemples typiques on peut citer les doubles vitrages, le fuselage des avions, les véhicules, etc. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l'étude expérimentale et numérique du comportement vibroacoustique des doubles parois feuilletées. Le système étudié est composé de deux plaques sandwichs à cœur viscoélastique séparées par une cavité remplie d'air. Nous avons développé un modèle éléments finis basé sur une formulation variationnelle impliquant le déplacement en tout point de la structure et la pression acoustique dans la cavité d'air. Due aux propriétés mécaniques complexes du matériau viscoélastique utilisé dans le cœur des panneaux, cette formulation est complexe et dépend de la fréquence. La résolution de ce modèle par les méthodes directes a un coût numérique exorbitant. Nous avons réussi à développer un modèle d'ordre réduit à faible coût numérique capable de prédire la transmission sonore quelque soit le domaine fréquentiel d'étude. Ce modèle, basé sur la méthode de superposition modale, nécessite le calcul des modes découplés solide et acoustique du système. Les modes solides sont les modes réels et non amortis des panneaux sandwich sans charge de pression acoustique à l'interface fluide-structure, tandis que les modes acoustiques sont les modes de la cavité acoustique avec des conditions aux limites de parois rigides à l'interface fluide-structure. Pour valider notre modèle numérique, nous avons réalisé des mesures expérimentales de vitrages simples, feuilletés et doubles selon la norme ISO 140. Cette norme concerne la mesure de l'isolement acoustique des immeubles et des éléments de construction. Les comparaisons entre les résultats numériques et expérimentaux montrent une assez bonne corrélation entre les deux approches.

Double-wall structures are widely used in noise control due to their superiority over single-leaf structures in providing better acoustic insulation. Typical examples include double glazed windows, fuselage of airplanes, vehicles, etc. In this context, we are interested in experimental and numerical study of the vibro-acoustic behavior of double-wall sandwich panels with viscoelastic core coupled to an acoustic enclosure. A finite element formulation is derived from a variational principle involving structural displacement and acoustic pressure in the fluid cavity. Since the elasticity modulus of the viscoelastic core is complex and frequency dependent, this formulation is complex and nonlinear. Therefore, the direct solution of this problem can be considered only for small model sizes. We successfully developed a reduced order-model to predict the sound transmission in any frequency range at a lower numerical cost. This model, based on a normal mode expansion, requires the computation of the uncoupled structural and acoustic modes. The uncoupled structural modes are the real and undamped modes of the sandwich panels without fluid pressure loading at fluid-structure interface, whereas the uncoupled acoustic modes are the cavity modes with rigid wall boundary conditions at the fluid-structure interface. Our numerical model is validated by means of experiments realized on simple, double and laminated glazing according to ISO 140 standards. This standard concerns the measurement of sound insulation in buildings and of building elements. The numerical predictions agree reasonably well with experiments.