Etude vibroacoustique des matériaux poroélastiques par éléments finis - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Vibroacoustic analysis of poroelastic materials using the finite element method

Etude vibroacoustique des matériaux poroélastiques par éléments finis

Résumé

Poroelastic finite elements based on Biot displacement theory are examined in the context of vibroacoustic applications. First, convergence of linear finie elements is investigated. It is shown that mesh criteria usually used for monophasic elements can be applied considering Biot wavelengths, but are insufficient for 3-D applications. Next, experimental validations are then performed with a particuliar emphasis on the determination of the characteristics of the porous material (polymer foams) as input parameters for simulations. The first experiment concerns the impedance measurement of a vibrating porous sample in a duct. Various boundary conditions are carried out to test the validity of isotropic and transverse isotropic elasticity laws for the skeleton. The second experiment concerns the vibration of a simply supported plate damped by a porous layer. Although good tendancies are found, results emphasize the difficulty to determine acurately the viscoelastic tensor of the skeleton. The last part deals with the analysis of the behavior of poroelastic materials. A partition of reactive and dissipative powers is derived from the finite element formulation. Applied to the case of a porous layer bonded onto a plate, it shows the importance of viscoelastic dissipation in the skeleton. An equivalent plate model is then derived considering the porous layer as a viscoelastic layer subjet to shear. Good results demonstrate the possibility to simplify the calculations concerning the vibration behavior of such structures.
Le travail présenté est une analyse critique des éléments finis poroélastiques basés sur la théorie de Biot, permettant la simulation du comportement vibroacoustique des matériaux poreux à squelette déformable (mousses polymères, en particulier). Dans un premier temps, une étude de convergence montre que les critères de maillage, habituellement utilisés pour les éléments monophasiques, s'appliquent eu égard aux longueurs d'onde de Biot, mais restent insuffisants pour des applications tridimensionnelles. Une deuxième partie est consacrée à la validation expérimentale. Une attention particulière est portée sur la caractérisation expérimentale des matériaux. La première validation concerne la mesure d'impédance en conduit d'un échantillon résonnant. Différentes conditions aux limites sont réalisées afin de tester la validité des lois de comportement isotrope ou isotrope transverse pour le squelette. La deuxième validation porte sur la vibration d'une plaque amortie par collage d'une couche poreuse. Bien que les tendances soient bonnes, la difficulté à caractériser le comportement mécanique du squelette est mise en relief. Dans la dernière partie, on s'intéresse à l'analyse du comportement des matériaux poroélastiques. Un calcul de la répartition des puissances dissipées et réactives est développé à partir de la formulation par éléments finis. Appliqué au cas d'une couche poreuse collée à une plaque, il permet de montrer l'importance de la dissipation due à la viscoélasticité du squelette. Un modèle de plaque équivalente, considérant la couche poreuse comme un milieu viscoélastique, sujet au cisaillement, a été développé. Les bons résultats obtenus permettent un allégement conséquent des calculs en ce qui concerne le comportement vibratoire de cette structure.
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Dates et versions

tel-00438849 , version 1 (04-12-2009)

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  • HAL Id : tel-00438849 , version 1

Citer

Nicolas Dauchez. Etude vibroacoustique des matériaux poroélastiques par éléments finis. Mécanique [physics.med-ph]. Université du Maine; Université de Sherbrooke, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00438849⟩
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