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Contribution au développement et à la validation d'un code d'éléments finis pour des problèmes d'élasto-acoustique

Bouchra, Youssef (2003). Contribution au développement et à la validation d'un code d'éléments finis pour des problèmes d'élasto-acoustique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les prévisions du bruit rayonné par une structure vibrante à partir de données calculées ou mesurées intéressent de nombreux industriels, qui dès le stade de la conception, peuvent prévoir, analyser et éventuellement corriger les nuisances sonores engendrées par un objet vibrant. Grâce aux récents développements des moyens numériques, les travaux de recherche dans les domaines liés à l'acoustique ont fortement progressé. Ils ont conduit à des logiciels de calcul basés sur les méthodes des éléments finis «MEF» ou des Éléments Finis de Frontière «BEM» qui nécessitent cependant des investissements importants: calculateurs puissants et utilisateurs avertis.

Le présent travail consiste en l'étude du comportement «élastoacoustique» d'une structure avec un milieu fluide environnant, représenté généralement par l'air ou l'eau. Du point de vue purement physique, ce problème est représenté par deux entités mécaniques qui interagissent entre elles lors de leur évolution. Plus précisément, le mouvement de la structure est influencé par les ondes acoustiques qui exercent des efforts qui lui sont transmis via l'interface, et réciproquement, le mouvement de la structure influence l'état du fluide par les déplacements transversales de l'interface qui par la suite engendrent des perturbations dans le fluide. Ainsi, la partie fluide du système élastoacoustique, dans le cas du problème extérieur de Helmholtz, sera délimitée par une frontière absorbante sur la quelle nous imposons une condition de type Dirichlet to Neumann «DtN». Elle remplace la condition de rayonnement de Sommerfeld. Cette représentation nous a permis de résoudre numériquement le problème d'interaction par FEM après avoir entouré la structure rayonnante par une frontière artificielle positionné à une distance bien définie de celle-ci. Par ailleurs, cette nouvelle approche a été mise au point sous forme d'un code "Helmholtz" 2D et 3D. Nous avons aussi adapté le code Matcher du groupe GRANIT pour élaborer le code "Rayonnement" capable de solutionner les problèmes d'élastoacoustique.

La résolution numérique nous a permis de déterminer non seulement le champ de pression du fluide environnant mais aussi le champ de déplacement transversal de la structure rayonnante. Différents cas de tests sont traités pour le cas de rayonnement rigide et élastique en 3D.

Titre traduit

Contribution to the development and validation of a finite element method code for elastro-acoustic problems

Résumé traduit

The prediction of sound radiated by a vibrating structure using measured or calculated data is of interest in many industries, because it allows predicting, analyzing and correcting the harrnful sound effects generated by a source. Numerical methods for solving acoustical radiation problems such as the Finite Element Method «FEM» or the Boundary Element Method «BEM» have been developed but still face numerical difficulties in 3D and for high frequencies.

This work deals with the finite element analysis of acoustic fluid-structure interaction. From the physical point of view, this problem is represented by two mechanical subsystems which interact during their evolution. More precisely, the movement of the structure is influenced by the acoustic waves which exert efforts through the interface. Reciprocally, the movement of the structure influences the state of the fluid by the displacements of the interface which involves the fluid in its movement.

The fluid domain is remplaced by an effictive absorbing boundary Dirichlet to Neumann «DtN» for the exterior acoustical problem. This enables to numerically solve the coupled problem by FEM after having surrounded the scatterer by an artificial bounadry positioned at a well defined distance of the radiant surface.

In addition, this new approach is coded for 2D and 3D Helmholtz problems. We also adapted the Matcher code of the GRANIT group to the later one; therfore we obtain "Rayonnement" code which enables to solve elastoacoustical problems.

The numerical resolution determines not only the pressure field of the surrounding fluid but also the displacement field of the radiating structure.

Various test cases have been treated for the rigid and elastic radiation case in 3D.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [199]-203.
Mots-clés libres: 2D, 3D, Acoustique, Code, Couplage, Elasto-Acoustique, Elasto-Dynamique, Element, Equation, Fini, Helmholtz, Numerique, Onde, Probleme, Test, Validation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Soulaïmani, Azzeddine
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 05 mai 2011 19:31
Dernière modification: 14 oct. 2016 20:56
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/773

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