Caractérisation mécanique en basses fréquences des matériaux acoustiques
Institution:
Le MansDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work deals with new caracterisation techniques of the mechanical properties of porous materials, such as polymeric foams and fibrous materials, currently used in sound absorbing applications. First, a quasistatic traction-compression experimental technic used to measure Young's modulus and Poisson's ratio of such materials on the frequency range 1-100 Hz is described. A special attention is paid on linear domain, frequency dependence, anisotropy and dynamical and coupling effects. Next a most adapted to industrial context technic allowing a large frequency range carcterisation is presented. This technic, based on the frequency-temperature superposition principle, is validated on polyurethan foams. Moreover, it is shown that the knowledge of the frequency dependence of one modulus is enougth to predict the frequency dependance of all moduli. These materials being usually plate like, the final part presents a new experimental device to measure the bending modulus of poroelastic plates. The inversion is based on modal analysis with the Prony method and on a analytical model of bending behaviour of poroelastic plates. This model is based on the Biot model in order to take into account the fluid-strucure coupling effects. Results obtained on a fibroux material are satisfying while results obtained on a polymeric foam show clearly the limits of this new model.
Abstract FR:
Ce travail porte sur le développement de techniques de caractérisation mécanique aux basses fréquences des matériaux poreux, tels que les mousse polymères et les matériaux fibreux, couramment utilisés pour réduire les nuisances sonores. Dans une permière partie un banc de caractérisation quasistatique en traction compression permettant de mesurer le module d'Young et le coefficient de Poisson de ces matériaux sur la plage de fréquence 1-100 Hz est présenté. Une attention particulière est portée à la recherche du domaine linéaire de mesure, à la dépendence en fréquence, à l'anisotropie et aux effets dynamiques et de couplage. La deuxième partie est consacrée à la validation d'une technique pour étendre la bande de fréquence de mesure mieux adaptée à l'utilisation industrielle de ces matériaux aux hautes fréquences. Cette technique, basée sur le principe de superposition fréquence-température, est validée pour les mousses polyuréthane. De plus, on montre que la caractérisation d'un seul module d'élasticité sur une large plage de fréquence est suffisante pour décrire la dépendance en fréquence de tous les modules d'élasticité du matériau. La demière partie présente un nouveau système expérimental pour la mesure dynamique du module de rigidité en flexion des plaques poroélastiques (cette configuration est souvent utilisée). L'inversion repose sur une analyse modale basée sur la méthode de Prony et sur un modèle de plaque basé sur la théorie de Biot, incluant les interactions fluide-structure dans la plaque. Les résultats obtenus sur un matériau fibreux sont satisfaisants alors que les résultats obtenus sur une mousse polyuréthane montrent les limites du modèle développé.