Multiscale prediction of acoustic properties for glass wools : computational study and experimental validation
Institution:
Paris EstDisciplines:
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Abstract EN:
This work is concerned with the multiscale prediction of the transport and sound absorption properties associated with industrial glass wool samples. In the first step, an experimental characterization is performed on various products using optical granulometry and porosity measurements. A morphological analysis, based on scanning electron imaging, is further conducted to identify the probability density functions associated with the fiber angular orientation. The key morphological characterization parameters of the microstructure, which serve as input parameters of the model, include the porosity, the weighted volume diameter accounting for both lengths and diameters of the analyzed fibers (and therefore the specific surface area of the random fibrous material), and the preferred out-of-plane fiber orientation generated by the manufacturing process. A computational framework is subsequently proposed and allows for the reconstruction of an equivalent fibrous network. A fully stochastic microstructural model, parameterized by the probability laws inferred from the database, is also proposed herein. Multiscale simulations are carried out to estimate transport properties and sound absorption. With no adjustable parameter, the results accounting for ten different samples obtained with various processing parameters, are finally compared with the experimental data and used to assess the relevance of the reconstruction procedures and the multiscale computations
Abstract FR:
Ce travail concerne la prédiction multi-échelle des propriétés de transport et d'absorption acoustique d'échantillons de laine de verre. Dans un premier temps, une caractérisation expérimentale est réalisée sur différents produits à l'aide de mesures par granulométrie optique et porosimétrie. Une analyse morphologique, utilisant des images obtenues par microscopie électronique à balayage, est en outre effectuée pour identifier les fonctions de densité de probabilité correspondant à l'orientation angulaire des fibres. Les principaux paramètres de caractérisation morphologique de la microstructure, qui servent de paramètres d'entrée du modèle, incluent : la porosité, le diamètre pondéré en volume (représentant à la fois les longueurs et les diamètres des fibres analysées, et donc la surface spécifique du matériau fibreux aléatoire), et l'orientation des fibres. Un cadre de calcul est ensuite proposé et permet la reconstruction d'un réseau fibreux équivalent. Un modèle de microstructure entièrement stochastique, paramétré par les lois de probabilité déduites de la base de données, est également proposé ici. Des simulations multi-échelles sont réalisées pour estimer les propriétés de transport et l'absorption acoustique. Sans paramètre ajustable, les résultats de dix échantillons différents obtenus avec divers paramètres de fabrication sont finalement comparés aux données expérimentales et utilisés pour évaluer la pertinence des procédures de reconstruction et des calculs multi-échelles