Flow-Induced Vibrations and Noise of Periodic Structural Systems

Vibrations et bruit de structures périodiques sous écoulement fluide La plupart de la littérature considère différents travaux sur le bruit et les vibrations induit par l’écoulement du fluide pour les pièces structurelles de base, comme les plaques de Kirchhoff. L’objectif principal de cette recherche est d’étendre le travail effectué à des structures périodiques ciblant un certain nombre de nouveautés en ce qui concerne différentes échelles: l’échelle aérodynamique, l’échelle de périodicité et l’échelle de fréquence. Même si des approches analytiques et numériques fondées sur des éléments finis (FE) ont été élaborées pour traiter des problèmes particuliers, certaines limites persistent. Par exemple, l’effort de calcul peut facilement devenir lourd même pour les formes structurelles simples ou pour augmenter la fréquence d’excitation; les longueurs d’onde convectives, pour la plupart des cas d’intérêt industriel, sont largement plus petites que les longueurs d’onde flexionnelles et, par conséquent, les maillages deviennent plus exigeantes. Lorsque la complexité structurelle augmente, même les modèles à petite échelle peuvent nécessiter un grand nombre d’éléments augmentant le coût de calcul. Dans les cadres des méthodes basées sur la FE, ce travail propose deux approches numériques pour traiter les vibrations et le bruit induits par une excitation de la couche limite turbulente (TBL) sur les systèmes structurels périodiques. Tout d’abord, une méthode 1D WFE (Wave Finite Element) est développé pour traiter les excitations aléatoires de structures finies plates, courbes et coniques: modèles multicouches et homogénéisés sont utilisés. Dans ce cas, une seule sous-structure est modélisée à l’aide d’éléments finis. À chaque pas de fréquence, des liens périodiques unidimensionnels entre les nœuds sont appliqués pour obtenir l’ensemble des ondes se propageant le long de la direction de la périodicité; la méthode peut être appliquée même pour les systèmes périodiques cycliques. L’ensemble des vagues est successivement utilisé pour calculer les fonctions de transfert de Green entre un ensemble de degrés de liberté cibles et un sous-ensemble représentant les zones chargées. En utilisant une matrice de transfert, les vibrations induites par l’écoulement sont calculées dans un cadre FE. Ensuite, une approche 2D WFE est développée en combinaison avec une synthèse de charge basée sure le nombre d’ondes pour simuler la transmission sonore de structures infinies plates, courbes et axisymétriques: des modèles périodiques homogénéisés et complexes sont analysés. Dans ce cas, les effets de taille finie sont comptabilisés en utilisant une équivalence pour les structures plates et une analogie cylindrique pour les panneaux courbes. Les approches numériques présentées ont été validées avec des résultats analytiques, numériques et expérimentaux pour différents cas d’essai et dans des conditions de charge différentes. En particulier, la réponse analytique et la FEM classique ont été utilisées comme références pour valider les vibrations des plaques et des cylindres sous charge de la couche limite turbulente; la méthode FE a également été utilisée pour valider une structure complexe et effilée sous excitation acoustique diffuse et le calcul du bruit induit par couche limite turbulente. Du point de vue expérimental, l’approche a été validée en comparant les résultats en termes de perte de transmission acoustique évaluée sur les panneaux de fuselage des aéronefs (panneaux composites en nid d’abeille et panneaux courbes à double nervure) sous excitation diffuse du champ acoustique. Enfin, l’utilisation des méthodologies présentées pour l’optimisation vibroacoustique des plaques sandwich, est analysée et proposée à travers certaines études de cas. Les conceptions périodiques standard du cœur sont modifiées en adaptant la propagation des ondes de flexion et de cisaillement par rapport à la fréquence, aux nombres d’ondes acoustiques et convectives. {…]