Thèse soutenue

Une contribution à la vibro-acoustique des métastructures hautement hétérogènes par le schéma d’éléments finis d'ondes

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Auteur / Autrice : Dongze Cui
Direction : Mohamed Ichchou
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie mécanique, productique acoustique
Date : Soutenance le 26/09/2024
Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
Jury : Président / Présidente : Mohamed Ali Hamdi
Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Ichchou, Noureddine Atalla, Raef Cherif
Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Moreau, Elisabetta Manconi

Résumé

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La recherche vise à étendre les études existantes sur les métastructures hétérogènes présentant des caractéristiques de fort contraste et de forte dissipation. Les dynamiques multi-échelles, les indicateurs vibroacoustiques, l'effet de couplage des ondes et les ondes d'ordre élevé sont étudiés dans le cadre des méthodologies basées sur les ondes. Les modèles pour les structures à forts contrastes (Highly Contrasted Structures, HCS) et haute dissipation (Highly Dissipative Structures, HDS) sont explorés. Diverses méthodes de calcul des indicateurs vibroacoustiques tels que l'espace des nombres d'onde, le facteur de perte par amortissement (Damping Loss Factor, DLF) et la perte de transmission sonore (Sound Transmission Loss, STL) sont passées en revue. L'attention particulière est accordée à la méthode d'homogénéisation asymptotique (Asymptotic Homogenization Method, AHM) exploitant le modèle Zig-Zag et la technique d'homogénéisation pour prédire les dynamiques multi-échelles des HCS par les nombres d'onde de flexion. Parallèlement, la méthode analytique de la matrice de transfert (Transfer Matrix Method, TMM) et sa généralisation pour les structures complexes par le modèle des éléments finis (General Transfer Matrix Method, GTMM), le modèle stratifié général (General Laminate Model, GLM) utilisant la théorie de déplacement de Mindlin, et le schéma d'éléments finis d'ondes (Wave Finite Element, WFE) sont présentés. L'évaluation de la robustesse et de la précision de AHM et GLM est réalisée en comparant l'espace des nombres d'onde et le DLF avec la méthode de référence WFE. Le problème des valeurs propres nonlinéaires (Nonlinear Eigenvalue Problem, NEP) dans le schéma WFE pour les ondes se propageant dans diverses directions est résolu par un solveur d'intégrale de contour (Contour Integral, CI), les nombres d'ondes complexes sont suivis en fonction des critères de continuité de l'énergie dans le domaine fréquentiel. Les limites de validité d'AHM et GLM sont vérifiées. La faisabilité d'appliquer la méthode WFE aux structures sandwich avec des composants non-homogènes est démontrée en utilisant la méthode d'entrée de puissance basée sur les éléments finis (FE-based Power Input Method, PIM-FEM). Le cadre WFE est étendu pour prédire avec précision le DLF global des HDS. Il commence par dériver les réponses forcées d'une cellule unitaire (Unit Cell, UC) représentative de la structure périodique lorsqu'elle est excitée par une onde incidente. Ensuite, il calcule le DLF de l'onde via l'équation de bilan de puissance. En utilisant l'expansion de Bloch, la réponse à une force ponctuelle appliquée à la structure périodique est décomposée dans la zone de Brillouin, permettant la prédiction de la réponse totale par intégration sur l'espace des nombres d'onde. Le DLF global est dérivé sur la base du principe de PIM. Pour les HDS, les résultats du GLM sont exploités pour valider le DLF des ondes, tandis que l'approche PIM-FEM est utilisée comme référence pour le DLF global. L'influence réduite des ondes de flexion sur l'estimation du DLF pour les HDS est discutée, ainsi que l'importance des ordres des modes de Bloch. Les coefficients de transmission du son sont exploités pour représenter la contribution des nombres d'onde à la STL des métastructures hétérogènes. La méthode WFE est appliquée pour étudier les mécanismes de couplage des ondes influençant la performance d'isolation acoustique des HCS et HDS, ainsi que l'importance du mouvement symétrique pour les structures sandwich avec un couche centrale souple très épais. La même approche est utilisée pour les guides d'ondes avec des sections transversales complexes afin d'analyser l'effet de couplage des ondes et des ondes d'ordre élevé sur l'estimation précise de la STL par les approches TMM, WFE et GTMM. Une attention particulière est accordée aux structures courbées. Les mécanismes de couplage entre les ondes de flexion et de membrane influençant la STL sont également étudiés.