Modélisation de la réponse vibro-acoustique d'une structure excitée par une couche limite turbulente en présence d'un gradient de pression statique

Résumé : L’objectif de la thèse est de développer une méthode de calcul pour prédire le rayonnement acoustique, en fluide léger ou en fluide lourd, d’une structure excitée par une Couche Limite Turbulente (CLT) en présence d’un gradient de pression statique. La méthodologie proposée comporte trois étapes : la caractérisation de l’écoulement moyen par un calcul RANS stationnaire, la modélisation des fluctuations de pression pariétale à l’aide de modèles semi-empiriques et le calcul vibro-acoustique en réponse aux pressions fluctuantes. Nous portons dans ce travail une attention particulière aux effets d’un gradient de pression statique dans l’écoulement, présent dans la plupart des cas industriels. Pour mettre en lumière ces effets nous proposons l’analyse d’un cas d’écoulement avec gradient de pression négatif puis positif correspondant à des mesures réalisées en tunnel aérodynamique. Cette étape de validation souligne l’importance de la prise en compte du gradient de pression dans la modélisation globale. Une des difficultés pour estimer la réponse vibro-acoustique de la structure excitée par la CLT dans les basses et moyennes fréquences repose sur le couplage entre le modèle déterministe vibro-acoustique et les modèles statistiques de pression pariétale. Plusieurs approches sont étudiées pour introduire l’excitation hydrodynamique dans le modèle vibro-acoustique : a) en modélisant l’excitation par une distribution de forces ponctuelles ; b) en modélisant l’excitation par un champ d’ondes planes ; c) en utilisant un principe de réciprocité ; d) en utilisant des échantillons d’ondes planes auxquelles sont associées des phases aléatoires. L’application de ces différentes approches sur un cas test en fluide lourd permet d’étudier l’influence des paramètres de calcul et d’établir les avantages et inconvénients propres à chacune des méthodes. Les calculs vibro-acoustiques sont alors réalisés par l’approche PTF (Patch Transfer Functions) qui permet de traduire le couplage structure-fluide lourd sans trop augmenter le coût des calculs. Par ailleurs, pour traiter les hautes fréquences en utilisant la méthode SEA (Statistical Energy Analysis), des développements théoriques sont proposés avec les hypothèses simplificatrices associées qui permettent d’estimer la puissance injectée par la CLT à partir de fluctuations de pression exprimées dans le domaine des nombres d’onde. La dernière partie est consacrée à l’adaptation des méthodes pour prendre en compte l’évolution spatiale de la CLT en présence d’un gradient de pression. Le formalisme repose sur une décomposition de la structure en différentes zones auxquelles on associe des interspectres de fluctuations de pression différents. Cette approche est appliquée sur un cas industriel d’écoulement sur un massif de sous-marin. La décomposition suppose que l’on néglige l’effet des corrélations des pressions entre les zones. L’influence de cette hypothèse est tout d’abord étudiée avec un cas d’excitation homogène. Enfin l’intérêt de prendre en compte l’évolution spatiale de la CLT dans les calculs de la pression rayonnée est mis en évidence sur ce cas.
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Thèse
Mécanique [physics]. Ecole Centrale de Lyon, 2014. Français
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Contributeur : Marion Berton <>
Soumis le : vendredi 28 juillet 2017 - 16:30:13
Dernière modification le : mardi 12 juin 2018 - 10:32:39

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Marion Berton. Modélisation de la réponse vibro-acoustique d'une structure excitée par une couche limite turbulente en présence d'un gradient de pression statique. Mécanique [physics]. Ecole Centrale de Lyon, 2014. Français. 〈tel-01570243〉

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