Commission GST/MIA
Bruit rayonné par les surfaces mécaniques vibrantes 2000 page préparée par INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE ET DE SECURITE pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles
Cette page web présente les cas tests proposés pour la validation des progiciels de calcul du bruit rayonné par des structures mécaniques tri-dimensionnelles
Toute contribution sur la discussion, le calcul, la présentation des résultats est la bienvenue
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CAS TEST AUTOMOBILE N°1: RENAULT / PSA |
Pilotage RENAULT Direction de la Recherche
Structure : La structure d’étude est constitué de deux cavités formées par des plaques d’acier de 2 mm d’épaisseur. Une cavité est fermée, l’autre comporte deux ouvertures. La petite cavité (cavité excitatrice) n’est plus cubique, elle a une paire de face en vis à vis non parallèle.
Il a été décidé de ne monter le caisson qu’une seule fois, dans les ateliers de Renault. Le transport du caisson monté sera effectué dans une caisse en bois spécialement conçue pour le caisson.
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La liaison entre les plaques sera assurée par des cornières de [30*30*4]mm et des vis de 4 mm. La distance inter-vis est fixée à 50mm afin d’assurer un contact continu jusqu’au plus hautes fréquences. |
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Matériaux : Plaques en Acier Inox (masse volumique 7800 Kg.m-3, module d’Young
2,1 1011 Pa, coefficient de Poisson 0,3).
Conditions limites : En libre libre. Trois crochets d’assemblages seront montés sur le caisson, les câbles de supports seront fournis. Les labos de mesure doivent prévoir une système de support pouvant maintenir jusqu’à 140 kg. La distance caisson/sol devra être précisément fixée et respectée lors des essais acoustiques.
Excitation : 1) Effort vertical sur le coin inférieur de la petite cavité
2) Source acoustique placée dans la petite cavité
Ces deux types d’excitation seront considérés successivement.
Le problème de la source acoustique peu encombrante et capable de délivrer une puissance suffisante dés 50 Hz a été soulevée lors de la réunion. Les labos doivent se prononcer sur les capacités de leurs matériels.
Grandeurs à mesurer/calculer :
Pression acoustique en quelques points dans les cavités et à l ‘extérieur
Vitesse normale en quelques points sur la plaque séparant les deux cavités
Puissance acoustique rayonnée sous excitation mécanique (et excitation acoustique ?)
Domaine de fréquence : de 50 Hz à 4000 Hz
Configurations : Trois configurations seront étudiées
Les mesures de vitesse s’effectueront sur la tôle (côté excitation) et sur le septum (coté réception).
Délais : L’étude (mesure et calcul) ne devrait pas dépasser un an. Renault effectuera les premières mesures courant automne 2000. Le caisson sera ensuite disponible pour les autres laboratoires. Le résultat des analyses expérimentales Renault sera mis à disposition de tous les participants.
Les acteurs de l’étude
Pilotage : RENAULT
Mesures :
Renault ne bénéficie pas de chambre acoustique correctement traitée. Aussi, nos travaux se limiterons à une analyse modale du caisson et une mesure de réponse forcée sous excitation mécanique.
Les 2 labos sont invités à décrire leurs moyens expérimentaux afin de trouver des conditions de mesures compatibles, voire complémentaires (dimensions et limitations acoustiques des salles, matériels de mesures, matériels d’excitation mécanique et acoustique).
Calculs et Méthodes de résolution:
La plupart des intervenants n’ont pas encore précisé les approches et les outils qu’ils pensent utiliser. Je les invite à se manifeste à ce sujet.
D’autres acteurs peuvent se joindre à nous. Nous pensons particulièrement à l’INSA, VIBRATEC et à INTERAC qui sont les bienvenus.
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CAS TEST Caisson vibrant avec une ouverture N°2: pilote INRS |
La structure proposée est un caisson de 600x499x396 mm3 dont la plus grande face, amovible, comporte une ouverture de dimension 200x300 mm2 centrée. Les plaques sont en aluminium de 6 mm. Cinq des six faces sont revêtues d'un caoutchouc amortissant, apportant une masse additionnelle donnée sous la forme d'une masse surfacique équivalente. Cette structure comporte une cinquantaine de modes jusqu'à 1000 Hz. Ce cas correspond à une simplification d'un bâti de machine, capotage ou capotage partiel.
Le caisson est placé dans une chambre semi-anéchoique. La face ouverte est dans un plan perpendiculaire au sol. Le centre du caisson est quant à lui placé à une distance de 1.285m du sol réfléchissant.
Schéma du caisson avec ouverture
Le caisson est posé sur des plots. Le montage présente des fréquences de suspension inférieure à 20Hz.
L'aluminium a les caractéristiques suivantes (AU3G) : Module d'Young : 69Gpa, Masse volumique : 2700kg/m3
Le matériau amortissant est placé sur toutes les faces sauf la face amovible. L'influence en raideur de ce matériau amortissant est inconnue, de même que ses caractéristiques d'absorption. Les masses ajoutées sont les suivantes :
La plaque amovible est assemblée au moyen de vis (voir schéma). Les autres plaques sont soudées entre elles, mais sans apport de matière (soudure électrique). Ce type de liaison est délicat à modéliser car il présente une rigidité assez faible.
Assemblage de la plaque amovible
Cas de chargement :
Deux types d'excitation seront testés et calculés :
Excitation d'origine solidienne.
Dans ce cas d'étude, on considère une excitation ponctuelle unitaire normale à la paroi, appliquée sur la face arrière (opposée à l'ouverture) et décentrée (x = 0 , y = 0.4 m, z = 0.1 m).
Plusieurs calculs sont à effectuer :
Tous ces résultats seront obtenus expérimentalement.
Excitation acoustique:
On introduit une source acoustique ponctuelle, de débit unitaire, décentrée (x = 0.15, y = 0.305 m, z = 0.26 m).
Calculs à effectuer : identiques aux cas précédents.
Tous ces résultats seront obtenus expérimentalement également. La source sera caractérisée séparément. Les résultats seront normés par rapport à son débit.
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CAS TEST N°3 " Prévision de l’indice d’affaiblissement " : pilote USINOR |
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CAS TEST N°4" Prévision de l’indice d’affaiblissement " : pilote USINOR |
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CAS TEST N°5 " Prévision de l’indice d’affaiblissement " : pilote USINOR |
Domaine de fréquences : de 20 Hz à 5000 Hz
Définition de mesure et calcul de la transparence acoustique calcul La transparence acoustique est définie en fonction de l’incidence (angles q , j ) et de la fréquence (pulsation w ) par : t (w ,q ,j ) = Wt/WI ou Wt est la puissance transmise et WI la puissance incidente Une intégration numérique sur les angles d’incidence permettra l’obtention de la transparence en champ diffus. mesure Le moyen d’essai est le suivant :
Deux types de mesure sont proposées:
La pression est mesurée en plusieurs point dans la salle réverbérante. La puissance incidente est alors déduite de la pression moyenne pm par WI = pm2S/4r c. La puissance transmise est mesurée dans la chambre anéchoïque par intensimétrie. La puissance transmise dans la chambre anéchoïque est mesurée par intensimétrie sans puis avec la plaque, et la transparence est obtenue à partir de la perte par insertion.Cas test 8 Transmission à travers une paroid de béton
Proposé par le CSTB
Données
2 volumes à parois absorbantes : coefficient d’absorbtion normal a = 0.3
1 paroi séparative simplement appuyée
Béton 18 cm (E=28 109 N/m2, h=0.01, r=2300 kg/m3,n=0.15),
de dimensions Lx=3.8 m, Ly=2.5 m.
Volume source D1=3.5 m
Volume réception D2=3.0 m. (Longueur totale 3.5 + 0.18 + 3 m).
Source en (0.5,0.4,0.3), 1 Récepteur M en (3,2,6)
Quantités calculées
De 0 à 5000 Hz, bande fine et1/3 d’octave
Niveau de pression LP en M
LP1 = LP moyen volume source
LP2 = LP moyen volume réception
Isolation : LP1-LP2
Niveau de vitesse LV moyen de la plaque
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CAS TEST N°6 COUPLAGE STRUCTURE/ FLUIDE LOURD pilote DCN |
On recherche de préférence des cas test sur des structures simples, dans une configuration
accessible à l'expérimentation et à une modélisation analytique.
1. RAYONNEMENT D'UNE PLAQUE PLANE
Plaque plane d'environ 1 m2, d'épaisseur 10 mm, excitée par une force ponctuelle, rayonnant dans un denii-espace (eau). La surface plane prolongeant la plaque est un interface eau/air (assimilable à une condition de Dirichlet).
N.B. : Pour une structure dans l'eau, il est pratiquement impossible de reproduire
expérimentalement une condition de baffle rigide.
Quantités évaluées :
- niveau d'accélération de la plaque en différents points et moyenne
- puissance acoustique rayonnée.
Configurations :
1. 1 Plaque plane non raidie
1.2 Plaque plane raidie, excitation sur la plaque
1.3 Plaque plane raidie, excitation sur raidisseur.
Bande de fréquence étudiée: 0 - 1 0 000 Hz.
2. CAVITE PARALLELEPRPEDIQUE
Couplage entre une plaque excitée par un pot vibrant et une cavité fluide (mise en évidence de la masse ajoutée). Les parois latérales sont couvertes de mousse de faible impédance (interface assimilable à une condition de Dirichlet).
Evaluation des quantités suivantes
- niveau de l'accélération de la plaque en différents points et moyenne
- niveau de pression acoustique dans la cavité en différents points et moyenne.
Configurations : 3 valeurs de hauteur d'eau H.
Gamme de fréquence: 0 - 1 0 000 Hz.
3. COQUE SPHERIQUE
Rayonnement d'une coque sphérique mince pleine d'air, excitée par une force ponctuelle.
Evaluation de la pression rayonnée (théoriquement axisyrnétrique), à différentes distances (niveau max et directivité).
Gamme de fréquence : La fréquence max dépendra des possibilités d'expérimentations (structures test disponibles, limitations liées à l'instrumentation et aux dimensions des cuves).
