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1 - SIMULATION VIBROACOUSTIQUE DE STRUCTURES IMMERGÉES

2 - MODÈLES PHYSIQUE ET MATHÉMATIQUE

3 - CALCUL DE LA RÉPONSE EN FRÉQUENCE

4 - EXEMPLES D’APPLICATION

5 - VERS DES OUTILS DE CALCUL LÉGERS ET POLYVALENTS

6 - SYMBOLES

7 - REMERCIEMENTS

Article de référence | Réf : BM5203 v1

Calculs couplés fluide-structure - Méthodes en vibroacoustique de structures immergées

Auteur(s) : Jean-François SIGRIST

Relu et validé le 10 mars 2021

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RÉSUMÉ

L’article expose les enjeux industriels pour les calculs vibro-acoustiques de structures mixtes (constituées de matériaux métalliques et viscoélastiques) et immergées. Il expose les modélisations mathématiques utilisées pour ces systèmes et détaille les méthodes de calcul classiquement employées pour en estimer la réponse vibratoire. Il détaille ensuite une méthode de calcul avancée permettant d’estimer la variabilité de la réponse en fréquence lorsque des données d’entrées du calcul sont incertaines. Deux exemples d’application illustrent l’efficacité de la méthode proposée, qui ouvre aussi la voie à l’implémentation d’outils polyvalents.

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ABSTRACT

An advanced numerical method for the vibro-acoustic response of immersed structures

The article deals with numerical methods for calculating the vibro-acoustic response of a submerged, damped structure. It recalls the mathematical models usually employed to compute the dynamic response of such systems. It also proposes an advanced method to take into account uncertainties in some input parameters and the variability induced in the frequency response. Two examples of application are detailed and illustrate the efficiency of the proposed algorithm, which also paves the way for versatile numerical tools.

Auteur(s)

  • Jean-François SIGRIST : Ingénieur de Recherche et Développement - DCNS Research – TechnoCampus Océan – Bouguenais – France

INTRODUCTION

La maîtrise des signatures acoustiques des plateformes maritimes constitue un enjeu d’importance pour les industriels de la filière navale et énergie marine pour les raisons suivantes :

  • s’agissant des constructeurs de navire de transport de passagers, pouvoir justifier d’une marque confort est un facteur différenciant de la concurrence et répond à une demande accrue des armateurs. Les critères vibroacoustiques, définis en termes de niveau sonore admissible en cabines par exemple, deviennent de plus en plus contraignants dans les cahiers des charges. Les zones de passagers sont ainsi concernées pour des raisons évidentes de confort, mais également les zones d’équipages, de par l’évolution du contexte réglementaire ;

  • s’agissant des constructeurs de navires militaires, maîtriser la signature acoustique du navire est un élément primordial pour garantir sa furtivité dans de nombreuses conditions opérationnelles, dans un contexte où les moyens de détection sous-marines possèdent des performances accrues.

À ces contraintes de conception, s’ajoutent des exigences de réduction des masses et d’optimisation des coûts de production, qui incitent à réduire les marges d’isolation. Une maîtrise toujours plus fine d’un niveau de bruits et vibrations est nécessaire.

Dans ce contexte, la simulation numérique est un outil de plus en plus utilisé en phase de conception pour démontrer et justifier les performances vibratoires attendues sur la gamme de fréquence souhaitée.

Nous proposons ici une méthode qui vise à améliorer le caractère prédictif de calculs vibroacoustiques et à en maîtriser les incertitudes, afin d’estimer la réponse en fréquence de structures mixtes (constituées typiquement de matériaux métalliques et visco-élastiques) et immergées dans un fluide lourd, avec prise en compte du caractère aléatoire de certaines données d’entrée (comme des caractéristiques matériaux). La technique développée s’appuie sur une méthode de réduction de modèle, couplée avec une méthode d’échantillonnage et un algorithme d’apprentissage. Après avoir évoqué l’enjeu industriel autour du besoin de disposer d’outils de calculs vibroacoustiques prédictifs, nous rappelons les modélisations mathématiques classiquement utilisées pour ce type de problèmes et nous exposons les principales méthodes de calcul de la réponse en fréquence, d’une part avec des approches standard et d’autre part avec la méthode que nous avons développée pour rendre compte d’incertitudes.

Nous illustrons enfin la méthode sur deux cas d’application comportant un nombre de degrés de liberté représentatif des modèles utilisés à des fins industrielles.

Une liste des symboles utilisés est présentée en fin d’article.

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KEYWORDS

structural acoustic   |   finite element method   |   visco-elasticity   |   reduced-order model   |   incertainties modelling

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5203


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LURTON (X.), ANTOINE (L.) -   Analyse des risques pour les mammifères marins lies à l’emploi des méthodes acoustiques en océanographie.  -  Rapport IFREMER, avril 2007.

  • (2) - LYON (R.H.), DEJONG (R.G.) -   Theory and application of stastical energy analysis.  -  Butterworth-Heinemann, Newton, USA (1995).

  • (3) - ROULEAU (L.) -   Modélisation vibro-acoustique de structures sandwich munies de matériaux viscoélastiques.  -  Thèse de Doctorat, Conservatoire National des Arts & Métiers, Paris (2013).

  • (4) - SIGRIST (J.-F.) -   Fluid-Structure Interaction – An Introduction to Finite Element Coupling.  -  Wiley (2015).

  • (5) - BETTESS (P.) -   Infinite Elements.  -  Penshaw Press (1992).

  • (6) - BAYLISS (A.), GUNZBURGER...

1 Outils logiciels

ABAQUS

http://www.3ds.com/fr/produits-et-services/simulia/produits/abaqus/

ANSYS

http://www.ansys.com/

PERMAS

http://www.intes.de/kategorie_permas/einfuehrun

Code_Aster

http://www.code-aster.org/

http://research.edf.com/

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

Laboratoires (liste non exhaustive)

Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés

http://www.lmssc.cnam.fr/

Laboratoire de Modélisation et de Simulation Multi-Echelle

http://msme.u-pem.fr/

Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique

https://gem. ec-nantes. fr/

Laboratoire de Procédés en Génie Mécanique et Matériaux

https://pimm.artsetmetiers.fr/

Laboratoire de Tribologie et de Dynamique des Systèmes

http://ltds.ec-lyon.fr/spip/

Laboratoire Quartz (Thème « Vibro-Acoustique et Structure »)

...

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