Architectured poroelastic metamaterials for sound attenuation enhancement in the low frequency range : application to silencers and partition panels - Laboratoire ROBERVAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Architectured poroelastic metamaterials for sound attenuation enhancement in the low frequency range : application to silencers and partition panels

Métamatériaux poroélastiques architecturés pour l’amélioration de l’atténuation acoustique en basses fréquences : application aux silencieux et aux cloisons

Ke Li
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 758043
  • IdRef : 080727212

Résumé

People exposed to noise pollution may suffer from a wide range of physical and psychological disorders. To reduce the noise level, porous materials are widely used because of their light weight and excellent sound absorption capacity. However the sound attenuation in the low frequency range is still a serious challenge, especially if one considers easy manufacturing and low cost constraints for industrial applications. To face this issue, a new metamaterial family obtained by shaping a homogeneous poroelastic material is proposed. It allows to enhance the acoustic efficiency thanks to skeleton resonances that are easily tuned without increasing the bulk density and sacrificing space. Two configurations are addressed experimentally and numerically: the sound attenuation in a duct and the sound transmission through a partition. In the case of the sound attenuation in a duct, the metamaterial is a poroelastic lamella network, that provides an enhanced sound attenuation around its first bending structural resonance. In the case of sound transmission through a finite size panel or an infinite double panel partition, the metamaterial is a network of poroelastic clamped beams, that provides an enhanced sound insulation when tuned to the first mode of the finite size plate or to the mass-spring-mass resonance of the double panel partition. For both configurations, numerical models accounting for the periodicity of the structure allow to efficiently analyze the dissipation mechanisms and the effect of several parameters, like mass ratio, Young’s modulus and air flow resistivity. The double panel partition with embedded resonators is also investigated by transfer matrix method for which effective parameters of the host panel are derived. Dynamic behaviors are observed on the effective density and modulus of the panel.
La pollution sonore a des conséquences notables sur la santé des populations exposées. Pour réduire le niveau sonore, les matériaux poreux sont largement utilisés en raison de leur faible masse et de leur excellente propriété d’absorption acoustique. Cependant, l’atténuation du son en basses fréquences reste un défi majeur, surtout si l’on considère les contraintes de fabrication et de coût pour les applications industrielles. Dans cette étude, une nouvelle famille de métamatériaux obtenus par en donnant une forme particulière à un matériau poroélastique homogène est proposée. L’amélioration des propriétés acoustiques s’appuie sur des résonances du squelette facilement ajustées sans ajouter de masse ou compromettre l’espace. Deux configurations sont étudiées expérimentalement et numériquement : l’atténuation du son en conduit et l’isolation acoustique à travers une paroi. Pour l’application en conduit, le métamatériau est un réseau de lamelles poroélastiques, qui procure une atténuation acoustique supplémentaire autour de sa première résonance de flexion. Dans le cas de l’isolation acoustique d’une paroi de taille finie ou de double paroi, le métamatériau est un réseau de poutres poroélastiques, accordé sur le premier mode de la paroi ou sur la résonance masse-ressort-masse de la cloison double. Pour les deux configurations, un modèle numérique prenant en compte la périodicité de la structure du matériau permet d’analyser efficacement la dissipation et l’effet de plusieurs paramètres, comme le rapport de masses, le module d’Young et la résistivité du passage de l’air. La double cloison, intégrant des résonateurs élastiques, est également étudiée par la méthode des matrices de transfert avec laquelle les paramètres effectifs du panneau sont dérivés. Des comportements dynamiques sont observés sur la densité et la rigidité de flexion effective du panneau.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03614598 , version 1 (21-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03614598 , version 1

Citer

Ke Li. Architectured poroelastic metamaterials for sound attenuation enhancement in the low frequency range : application to silencers and partition panels. Acoustics [physics.class-ph]. Université de Technologie de Compiègne, 2021. English. ⟨NNT : 2021COMP2628⟩. ⟨tel-03614598⟩
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