K-space analysis of complex large-scale periodic structures

Analyse K-space de structures périodiques complexes à grande échelle Pendant sa mission opérationnelle, un moyen de transport est soumis à des excitations acoustiques, aérodynamiques et structurales à large bande. Les moyens de transport, tels que les avions, les lanceurs spatiaux, les bateaux, les voitures, les trains, etc., sont conçus pour accomplir un objectif principal, généralement de transférer une charge utile (passagers, marchandises, satellites, par exemple) d’un point à un autre, en maintenant toujours un niveau élevé de confort, de sécurité et de capacité de survie de la charge utile. Les réglementations nationales et internationales en matière de pollution sonore sont de plus en plus strictes ; les scientifiques et les acteurs industriels sont confrontés à ces défis de développement de nouveaux matériaux et de nouveaux choix de conception.Les matériaux composites, les géométries complexes et les nouvelles conceptions sont étudiés, ce qui rend l’étude et la prédiction de la réponse vibro-acoustique de ces structures un défi énorme. La complexité rend la dérivation des modèles analytiques plus difficile à obtenir ; l’utilisation d’outils numériques est d’une importance cruciale. L’une des méthodes les plus utilisées est la modélisation par éléments finis (FE), mais l’énorme quantité de degrés de liberté associée à un coût de calcul élevé limite son utilisation dans la gamme de basses fréquences. Au cours des dernières décennies, différentes méthodes sont dérivées pour obtenir les caractéristiques de dispersion des structures ; l’une des plus courantes est la méthode des éléments finis ondulatoire (WFEM), qui est basée sur la propagation des ondes. Cette méthode a été appliquée sur diverses structures simples et complexes, dérivant une formulation soit 1D que 2D, également étendu à des structures courbes.Récemment, une approche énergétique a été dérivée à partir de la méthode de Prony : la méthode de corrélation d’onde inhomogène (IWC). Cette approche trouve son applicabilité dans la gamme de fréquence moyenne et haute, où le chevauchement modal est assez élevé. La méthode IWC est basée sur la projection du champ d’onde sur une onde itinérante inhomogène. Le nombre d’onde dominant, à chaque fréquence, est obtenu par maximisation de la fonction de corrélation entre le champ d’onde projet\'e et l’onde inhomogène.Dans ce contexte, une version étendue de la méthode IWC est dérivée, permettant de décrire les courbes de dispersion des structures complexes : plaques étroites périodiques, plaques composites, panneaux raidis, panneaux composites courbes et panneaux raidis courbes. La méthode a l’avantage d’être applicable dans un environnement opérationnel, en utilisant des emplacements d’acquisition clairsemés. Une analyse complète des caractéristiques de dispersion est effectuée, même en présence d’éléments périodiques et de dispositifs de contrôle des vibrations, décrivant les écarts de bande directement corrélés dans certaines régions de fréquence et l’atténuation du niveau de vibration. Une estimation numérique et expérimentale du facteur de perte d’amortissement structurel est calculée. Une description de la dynamique locale en présence de résonateurs à petite échelle, de l’effet de la périodicité et de l’identification du comportement multimodale sont également capturés.Tous les résultats des simulations numériques sont validés expérimentalement sur des meta-structures complexes à grande échelle, comme un panneau sandwich imprimé en 3D, un panneau courbé sandwich en composite et un panneau d'avion en aluminium. L’effet des résonateurs à petite échelle imprimés en 3D à orientation industrielle sur la réponse vibro-acoustique des structures considérées est réalisé en tenant compte soit de l'excitation champ acoustique diffus et de l'excitations mécaniques.