Études expérimentales et numériques de la propagation dans des guides d'onde à section linéairement variable
Institution:
Le HavreDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this work is to provide the experimental and numerical results on the behaviour of a Lamb wave in duraluminium elastic waveguides. These waveguides include an area of linearly varying section, located between two areas of constant thickness of 2 mm and 5 mm. These waveguides are only differing by the slope of their varying section domain. Several phenomena were observed : the adiabaticity of the Lamb modes in the area of varying section, the reflexion of an incident Lamb mode when it reaches its thickness cut-off in the varying section area and its transmission outside this zone by tunnel effect. The experimental and numerical results obtained show the existence of adiabatic waves in all the studied guides. In particular, the amplitude of normal displacements of the adiabatic S0 mode on the plane surface varies according to the thickness and shows a number of resonances located in this zone. The number and the positions of resonances are strongly depending of the varying section slope. If the same mode is propagated towards the decreasing thicknesses in a waveguide of strong slope, a transmission of this incident wave is observed at the end of the varying section domain into other modes. When the Lamb modes having cut-off are propagated towards the decreasing thicknesses, a reflexion at their thickness cut-off is observed. Nevertheless, a small part of their energy is transmitted by tunnel effect into other Lamb modes in the thinner part of the waveguide. The energy of the transmitted modes have been measured and represents a maximum of 2% of the energy of the incident mode. In addition, the varying section area shows a phenomenon of frequency filtering for the Lamb modes having cut-off. The experimental results are in good agreement with the numerical results. The numerical study allowed the obtention of a reliable predictive model and helped to highlight the physical meaning of the observed phenomenon.
Abstract FR:
Le but de ce travail est de fournir des résultas expérimentaux et numériques sur le comportement d'une onde de Lamb dans des guides d'onde élastiques en duraluminium comportant une zone de section linéairement variable, localisés entre deux secteurs d'épaisseurs constantes de 2 mm et 5 mm. Ces guides d'onde ne sont différents que par la pente de leur zone de section variable. Plusieurs phénomènes ont été observés : l'adiabaticité des modes de Lamb dans la zone de section variable, leur réflexion à leur épaisseur de coupure et leur transmission en dehors de cette zone par effet tunnel en d'autres modes de Lamb (conversion de modes). Les résultats expérimentalement et numériquement obtenus montrent l'existence d'ondes adiabatiques dans tous les guides étudiés. En particulier, l'amplitude des déplacements normaux de l'onde adiabatique S0 sur la surface plane varie en fonction de l'épaisseur de la zone de section variable et montre un nombre de résonances localisées dans cette zone. Le nombre et la position des résonances varient en fonction de la pente du guide et de la zone dispersive. Dans le cas où le mode se propage vers les épaisseurs décroissantes dans un guide d'onde de forte pente, une transmission de l'onde incidente a été observée à la sortie de la zone de section variable en d'autres modes. Lorsque les modes de Lamb d'ordres supérieurs, et donc possédant un produit fréquence-épaisseur de coupure, se propagent vers les épaisseurs décroissantes, une réflexion de ces modes à leur épaisseur de coupure est observée, et ce avant d'atteindre la fin de la zone de section variable. Une faible part de leur énergie est transmise par effet tunnel en dehors de la zone de section variable en modes de Lamb différents. L'énergie des modes transmis a été mesurée et représente 2% au maximum, selon la pente du guide, de celle du mode incident. Par ailleurs, la zone de section variable montre un phénomène de filtrage fréquentiel pour les modes de Lamb ayant des produits fréquence-épaisseur de coupure. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats numériques. Grâce à l'étude numérique nous avons pu établir un modèle prédictif fiable et expliquer les phénomènes physiques observés.