An acoustic trade-off chart for the design of multilayer acoustic packages - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Applied Acoustics Année : 2019

An acoustic trade-off chart for the design of multilayer acoustic packages

Une carte de compromis acoustique pour la conception de solutions acoustiques multicouches

Résumé

This paper presents a novel trade-off chart to support the design of multilayer acoustic packages. In this multi-objective problem, a designer has to specify a combination of layers from a set of available acoustic materials and thicknesses. Material types may include porous, mass-weighted, facing, among others. The combination must meet requirements in terms of sound absorption, sound transmission loss, cluttering, mass, etc. While predictions and analyses can be made on predetermined multilayer acoustic packages using the transfer matrix method, statistical energy analysis, finite elements methods or modal analysis, comparing a large number of possible combinations is cumbersome. On the other hand, optimization methods can be used to identify optimal thicknesses or material properties for a given layer combination, but the obtained solution may not be industrially relevant since, in general, only a limited set of acoustic materials and layer thicknesses exist commercially. In this paper, a new design methodology is proposed, which takes into account only the feasible combinations and provides guidelines for compromises between different performance parameters. The three-step methodology is demonstrated through a case study inspired by the automotive industry. First, relevant categories of layer configurations are defined, and following these patterns, all possible combinations of materials from a given inventory are calculated and stored in a database. Then, for selected performance parameters, the Pareto set of "better combinations" is identified. Finally, the "better solutions" are displayed on a trade-off chart through utility functions that allow weighing the different performance parameters. The tool developed for doing so is applied to the case study, and two example situations are presented. For each situation, the trade-off chart provides several suitable solutions, which are discussed. The use of this new tool effectively induces gains of time at the early stage of design, when it is most crucial.
Ce papier présente une nouvelle carte de compromis pour aider à la conception de solutions acoustiques multicouches. Dans ce problème multi-objectif, un concepteur doit spécifier une combinaison de couches à partir d'un jeu de matériaux et d'épaisseurs disponibles. Les types de matériaux peuvent inclure des matériaux poreux ou lestés, ou des couches de protections, par exemple. La combinaison doit répondre à des exigences d'absorption acoustique, de perte par transmission, d'encombrement, de masse, etc. Bien que des prédictions et des analyses puissent être réalisées pour une solution acoustique multicouche donnée en utilisant la méthode des matrices de transfert, l'analyse statistique énergétique, la méthode des éléments finis ou l'analyse modale, comparer un grand nombre de combinaisons possibles est complexe et coûteux. D'autre part, les méthodes d'optimisation peuvent être utilisées pour identifier les épaisseurs et les propriétés matériau optimales pour une combinaison de couches données, mais la solution obtenue peut ne pas être pertinente d'un point de vue industriel puisque, de manière générale, les matériaux acoustiques et les épaisseurs disponibles commercialement sont limités. Dans ce papier, une nouvelle méthodologie de conception est proposée, qui prend en compte uniquement les combinaisons réalisables et qui fournit des lignes directrices pour des compromis entre différents critères de performance. La méthodologie, composée de trois étapes, est présentée à travers un cas d'application inspiré par l'industrie automobile. Dans un premier temps, des catégories de configurations multicouches pertinentes sont définies, et toutes les combinaisons possibles respectant ces configurations avec un inventaire de matériaux donné sont calculées et stockées dans une base de données. Puis, pour des critères de performance choisis, le front de Pareto des « meilleures combinaisons » est identifié. Finalement, les « meilleures solutions » sont représentées sur une carte de compromis à l'aide de fonctions d'utilité qui permettent de pondérer différents critères de performance. L'outil développé est appliqué au cas d’application, et deux situations types sont présentées. Pour chaque situation, la carte de compromis fournit plusieurs solutions pertinentes, qui sont discutées. L'utilisation de ce nouvel outil permet un gain de temps aux étapes initiales de la conception, là où cela est le plus crucial.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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Dates et versions

hal-02184275 , version 1 (15-07-2019)

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Citer

Hugues Pichon, Elsa Piollet, Annie Ross. An acoustic trade-off chart for the design of multilayer acoustic packages. Applied Acoustics, 2019, 148, pp.9-18. ⟨10.1016/j.apacoust.2018.12.003⟩. ⟨hal-02184275⟩
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