Caractérisation mécanique dynamique de matériaux poro-visco-élastiques

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Publication date
2008Author(s)
Renault, Amélie
Subject
VibrationAbstract
Les matériaux poreux visco-élastiques peuvent être modélisés par le biais du modèle de
Biot-Allard. Ce modèle requiert la connaissance d'une série de paramètres macroscopiques
décrivant la géométrie des pores du matériau d'une part et les propriétés élastiques du
squelette du matériau d'autre part.
Différentes méthodes de caractérisation des paramètres visco-élastiques de ces matériaux
poreux sont étudiées dans cette thèse. Dans un premier temps, les méthodes
quasistatique et résonante existantes sont décrites et analysées. Dans un second temps,
une nouvelle méthode dynamique de caractérisation par inversion est développée. Cette
dernière met en jeu une poutre bicouche, de type métal-poreux, qui est excitée en son
centre et dont la réponse fréquentielle est mesurée. Le principe de mesure est simplifié
par rapport aux méthodes existantes. L'obtention des paramètres se fait par un processus
d'inversion, qui est la minimisation d'une fonction coût calculée à partir de la différence
des fonctions de réponses en fréquences (FRF) mesurées et prédites, grâce à un modèle
de stratifié. Une étude paramétrique donne les dimensions ·d e poutre permettant de se
placer dans le cas où le modèle est le plus sensible. L'avantage de l'utilisation d'un code
ne prenant pas en compte les phénomènes d'intéraction fluide-structure est la rapidité
de l'inversion. Pour la plupart des matériaux cette intéraction n'influence pratiquement
pas les propriétés élastiques. Les méthodes sont appliquées sur plusieurs matériaux et les
résultats sont comparés. Les limitations des méthodes sont ainsi fixées et des conclusions,
quant à leur utilisation, sont tirées. Abstract : Poro-viscoelastic materials are well modelled with Biot-Allard equations. This model
needs a number of geometrical parameters in order to describe the macroscopic geometry
of the material and elastic parameters in order to describe the elastic properties of the
material skeleton. Several characterisation methods of viscoelastic parameters of porous
materials are studied in this thesis. Firstly, quasistatic and resonant characterization methods
are described and analyzed. Secondly, a new inverse dynamic characterization of the
same modulus is developed. The latter involves a two layers metal-porous beam, which is
excited at the center. The input mobility is measured. The set-up is simplified compared
to previous methods. The parameters are obtained via an inversion procedure based on
the minimisation of the cost fonction comparing the measured and calculated frequency
response fonctions (FRF). The calculation is done with a general laminate model. A parametric
study identifies the optimal beam dimensions for maximum sensitivity of the
inversion model. The advantage of using a code which is not taking into account fluidstructure
interactions is the low computation time. For most materials, the effect of this
interaction on the elastic properties is negligible. Several materials are tested to demonstrate
the performance of the method compared to the classical quasi-static approaches,
and set its limitations and range of validity. Finally, conclusions about their utilisation
are given.
Collection
- Génie – Thèses [972]