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Traitements acoustiques à porosité contrôlée pour atténuation optimale

Jean Boulvert

Ph.D. thesis (2020)

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Abstract

This thesis exploits some of the new possibilities offered by additive manufacturing to designand optimize treatments for sound attenuation consisting in porous materials.Additive manufacturing allows to control individually each pore of a material. The poroustreatment design process is turned upside down: instead of searching through a catalogue ofexisting materials to solve a problem, it is possible to directly design the right material byadjusting its microstructure. This research is part of a plan to reduce aircraft engine noise butextends beyond the aeronautical field, both theoretically and in terms of possible applications.A predicting method of the acoustic behaviour of porous materials produced by additivemanufacturing and taking into account the impact of manufacturing defects is first introduced.Porous materials with controlled graded properties are then studied. A method foroptimizing microstructural or manufacturing parameters is developed. The ability of gradedporous materials to attenuate frequencies too low to be attenuated by non-graded materialsis then proven and the optimal gradient for broadband attenuation is defined. The impactof the wall thickness of the pores along with the impact of transverse propagation insideporous materials is studied. Finally, a metaporous treatment allowing broadband and subwavelengthabsorption is developed. The results of this research can be applied to createporous treatments with a high noise attenuation.The analytical and numerical models used in this research are based on the hypothesis ofporous materials acoustically behaving as equivalent fluids. The results are physically analyzedand experimentally validated through impedance tube testing of specimens producedby additive manufacturing.

Résumé

Cette thèse exploite certaines possibilités offertes par la fabrication additive pour concevoiret optimiser des traitements pour l'atténuation acoustique à base de matériaux poreux sousun nouvel angle.La fabrication additive permet de contrôler chaque pore d'un matériau individuellement. Leprocessus de conception de traitement poreux est chamboulé : pour répondre à un problème,au lieu de chercher parmi un catalogue de matériaux existants, il est possible de concevoirdirectement le matériau adéquat en ajustant sa microstructure. Cette recherche s'inscrit dansune démarche de réduction du bruit des réacteurs d'avion mais s'étend au-delà du domaineaéronautique, aussi bien au niveau théorique qu'à celui de ses possibles applications.Une méthode de prédiction de comportement acoustique de matériaux poreux produits parfabrication additive prenant en compte l'impact des défauts de fabrication est d'abord introduite.Les matériaux poreux à gradient de propriétés contrôlé sont ensuite étudiés. Uneméthode d'optimisation des paramètres microstructuraux ou de fabrication est développée.La capacité des matériaux poreux à gradient de propriété à atténuer des fréquences hors deportée des matériaux sans gradient est ainsi prouvée et le gradient optimal pour l'atténuationlarge bande est défini. L'impact de la taille des parois des pores ainsi que l'impact de possibilitédu son de se propager transversalement dans un matériau poreux est étudié. Enfin,un traitement métaporeux permettant l'absorption large bande et sub-longueur d'onde estdéveloppé. Les résultats de cette recherche peuvent être mis en application pour créer destraitements poreux à forte capacité d'atténuation du bruit.Cette recherche fait appel à des modèles analytiques et numériques basés sur l'hypothèseselon laquelle le matériau poreux peut être considéré acoustiquement comme un fluide équivalent,à l'analyse physique des comportements et à des validations expérimentales au traversde tests en tube d'impédance de spécimens produits par fabrication additive.
Department: Department of Mechanical Engineering
Program: Génie mécanique
Academic/Research Directors: Annie Ross, Jean-Philippe Groby
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/5572/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 05 May 2021 11:15
Last Modified: 11 Nov 2022 10:11
Cite in APA 7: Boulvert, J. (2020). Traitements acoustiques à porosité contrôlée pour atténuation optimale [Ph.D. thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/5572/

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