Etude numérique du comportement vibro-acoustique d'un système plaque-cavité dans un écoulement uniforme, pour différents types d'excitation
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Noise reduction of sound radiated or transmitted by moving structures, subjected to mechanical, aero-dynamical or acoustical excitations is a major subject of interest for automobile, aeronautics and naval industries. In those fields, moving structures can often be modelled by plate-backed cavities. This study presents a new formulation, based on simple assumptions, to assess mean flow effects on the low frequency vibro-acoustic response of a clamped baffled plate, immersed in mean flow on one side and coupled to a cavity on the other side. Mechanical, acoustical and turbulent boundary layer excitations are considered. The present formulation has several advantages. Firstly, it takes into account mean flow effects in the external fluid loading through a new integral formulation. Secondly, the approach is general because based on a mixed finite element-boundary element method, which allows for the treatment of complex-shaped plates and cavities (provided that the cavity has one planar face). Thirdly, the formulation shows explicitly mean flow effects in terms of added mass, damping and stiffness and allows for a physical analysis of those effects on vibro-acoustic indicators. A last originality lies in the power of the numerical implementation. The results show that mean flow effects on vibro-acoustic indicators are important for high flow speeds in the case of an air mean flow (Mach number greater than 0. 4) and for small flow speeds in the case of a water mean flow (flow speed greater than a few m/s). The importance of the changes experienced by vibro-acoustic indicators is also strongly dependent on the kind of excitation.
Abstract FR:
La réduction du bruit émis et transmis par les structures en mouvement excitées mécaniquement, aérodynamiquement ou acoustiquement, intéresse de nombreux secteurs industriels tels que l'automobile, l'aéronautique et la marine. Les mécanismes physiques qui régissent le comportement vibra-acoustique de structures se déplaçant dans des écoulements font cependant intervenir des mécanismes de couplage fluide-structure très complexes et difficiles à modéliser, notamment dans le cas d'excitations par couches limites turbulentes. Les structures courantes en mouvement, peuvent être souvent modélisées par des systèmes constitués par une structure vibrante, couplée à une cavité. Dans ce travail, on propose une formulation pour estimer l'influence d'un écoulement uniforme sur la réponse vibra-acoustique basses fréquences d'un système particulier: une plaque bafflée, encastrée, immergée dans un écoulement uniforme et couplée à une cavité et excitée mécaniquement, acoustiquement ou par une couche limite turbulente. Les originalités de cette étude sont multiples: prise en compte des effets liés au mouvement du fluide extérieur à la cavité, caractère inédit de la formulation intégrale prenant en compte l'écoulement, caractère général de la formulation, basée sur une méthode mixte éléments finis-éléments de frontières, permettant le traitement de plaques et de cavités de formes quelconques (pourvu que la cavité comporte une face plane), mise en évidence des effets de l'écoulement uniforme en termes de masse, d'amortissement et de raideur ajoutés, et enfin puissance des algorithmes intervenant dans l'implantation numérique de la formulation. Les résultats montrent que l'écoulement a des effets sensibles pour des vitesses d'écoulement importantes lorsque le fluide convecteur est de l'air (Mach supérieur à 0. 4), et relativement faibles lorsque le fluide convecteur est de l'eau (vitesse supérieure à quelques m/ s). L'ampleur des changements dans les niveaux des indicateurs dépend aussi du type d'excitation.