The study of normal impedance of perforated plate acoustic liners including the effect of bias flow was studied. Two impedance models were developed, by modeling the internal flows of perforate orifices as infinite tubes with the inclusion of end corrections to handle finite length effects. These models assumed incompressible and compressible flows, respectively, between the far field and the perforate orifice. The incompressible model was used to predict impedance results for perforated plates with percent open areas ranging from 5% to 15%. The predicted resistance results showed better agreement with experiments for the higher percent open area samples. The agreement also tended to deteriorate as bias flow was increased. For perforated plates with percent open areas ranging from 1% to 5%, the compressible model was used to predict impedance results. The model predictions were closer to the experimental resistance results for the 2% to 3% open area samples. The predictions tended to deteriorate as bias flow was increased. The reactance results were well predicted by the models for the higher percent open area, but deteriorated as the percent open area was lowered (5%) and bias flow was increased. A fit was done on the incompressible model to the experimental database. The fit was performed using an optimization routine that found the optimal set of multiplication coefficients to the non-dimensional groups that minimized the least squares slope error between predictions and experiments. The result of the fit indicated that terms not associated with bias flow required a greater degree of correction than the terms associated with the bias flow. This model improved agreement with experiments by nearly 15% for the low percent open area (5%) samples when compared to the unfitted model. The fitted model and the unfitted model performed equally well for the higher percent open area (10% and 15%). / Ph. D.

Las estructuras periódicas macroscópicas han sido objeto de una intensa investigación durante las dos últimas décadas debido a su capacidad de imitar fenómenos ondulatorios que son inherentes a la escala atómica. Aunque las placas perforadas son estructuras muy comunes en acústica, éstas parecen guardar propiedades de transmisión de sonido inexploradas, cuyo estudio ha sido impulsado por el descubrimiento de la Transmisión Óptica Extraordinaria en láminas de metal perforadas con agujeros distribuidos periódicamente cuando interactúan con la luz. En el presente trabajo se muestra que las placas perforadas no sólo presentan máximos de transmisión total resonante y mínimos de la anomalía de Wood cuando los agujeros están distribuidos de forma periódica, sino también apantallamiento acústico extraordinario debido al cortocircuito hidrodinámico producido por el acoplamiento entre la placa y el fluido. También se detalla el rol de los parámetros geométricos de las placas perforadas en las características de transmisión, ilustrando diferentes estrategias para moldear el espectro de transmisión. La transmisión acústica a través de placas de aluminio con perforaciones regulares sumergidas en agua presenta una alta complejidad tanto a incidencia normal como cuando se varía el ángulo de incidencia del sonido. Aparecen ondas de superficie radiantes provenientes de la vibración de la placa, lo cual es demostrado usando un nuevo modelo teórico que incluye el acoplamiento elastoacústico completo. Gracias al estudio complementario de la transmisión y la propagación en placa de una placa fonónica sólido-sólido se retrata una perspectiva completa del efecto del acoplamiento. Como consecuencia directa, se observan fenómenos de plegamiento y bandas de propagación prohibida en modos tipo Scholte-Stoneley sin necesidad de corrugaciones o de agujeros. Finalmente, se comparan las propiedades de transmisión de agujeros individuales y redes de agujeros para luz, electrones y sonido analizando y comentando sus diferencias. Se ha encontrado que, aunque para la luz la red de agujeros en sí misma lleva a transmisiones del 100% y modos atrapados a la superficie, esto no se produce ni para electrones ni para sonido. En consecuencia, las resonancias del agujero constituyen el mecanismo clave que posibilita la existencia de fenómenos exóticos en sonido. Los resultados principales aquí mencionados son explicados de manera detallada y comentados sobre la base de datos teóricos y experimentales. El objetivo general de esta tesis es dilucidar por medios teóricos y experimentales los fenómenos físicos que se hayan involucrados en la transmisión acústica a través de placas perforadas. En este estudio se usa esencialmente el método de transmisión de ultrasonidos bajo el agua. Los modelos teóricos desarrollados tienen en cuenta la configuración experimental para poder establecer comparaciones precisas entre las medidas y los cálculos. Se toman en cuenta diversos factores que pueden modificar la transmisión de sonido a través de placas perforadas tales como: - La orientación de la onda incidente con respecto a la placa. .- Los parámetros geométricos que definen la placa, es decir, la distancia entre agujeros, el diámetro de los mismos y el espesor de la placa. .- Los parámetros elásticos relacionados con el contraste de impedancia entre el sólido y el fluido. .- El material contenido en los agujeros, de modo que se estudian no sólo placas fonónicas constituidas por un fluido y un sólido sino también aquellas formadas por dos sólidos distintos. Para el caso particular de una placa fonónica constituida por dos sólidos se emplea además una técnica para medir las vibraciones de la placa directamente en su superficie con el fin de complementar las medidas de transmisión de ultrasonidos. Desde una perspectiva teórica, el problema ha sido abordado para estructuras infinitas partiendo de diversas hipótesis. / Estrada Beltrán, HA. (2011). Ultrasonic transmission through periodically perforated plates [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14119

Cette étude s’inscrit dans les efforts faits par l’industrie aéronautique pour la protection environnementale.Pour cela, un des objectifs principaux est de réduire les émissions de polluants et les émissions sonores des aéronefs. Les émissions polluantes sont liées à la qualité de la combustion qui dépend elle même de la conception des chambres de combustion. Les émissions sonores sont réduites grâce à des traitements passifs comme les structures absorbantes placées en paroi des moteurs pour diminuer le bruit de soufflante. Pour ces deux applications différentes, on utilise des matériaux perforés. En effet, les matériaux absorbants sont constitués d’une structure en nid d’abeilles surmontée d’une plaque perforée. Dans les chambres de combustion, les perforations permettent l’injection d’un air froid protégeant les parois des hautes températures, mais leur présence peut modifier la caractérisation acoustique de la chambre. L’objectif de cette thèse est de modéliser la réponse acoustique d’un matériau perforé. La taille des perforations étant petite devant les longueurs d’ondes sonores, des techniques de modélisation asymptotique adaptées à la résolution de problèmes multi-échelle peuvent être mises en œuvre. En effet, ces méthodes permettent de faire le lien entre les effets présents à l’intérieur d’une perforation et la réponse acoustique homogénéisée de la plaque perforée. Dans ces travaux,ce sont les effets visqueux présents dans les perforations qui ont été essentiellement étudiés. Ensuite,des simulations numériques directes ont été réalisées pour vérifier la validité des hypothèses émises lors de la modélisation asymptotique. Ces travaux de thèse ont permis d’améliorer la compréhension de la modélisation de la réponse acoustique des matériaux perforés. De plus, la méthode analytique présentée peut être mise en œuvre pour des perforations de géométrie complexe. / This study is part of the effort made by the aeronautic industry to protect the environment. Thus,one of the main objectives is to reduce aircraft polluting emissions and sound emissions. The pollutinge missions are linked to the combustion quality which depends on the combustion chamber’s design.Noise pollution is reduced thanks to passive treatments such as absorbing structures placed on engine walls. For both applications, perforated plates are used. Indeed, absorbing materials are composed of honey comb structures topped by a perforated plate. In combustion chambers, cold air is injected through perforations to protect the walls from high temperatures, but the perforations can modify the chamber’s acoustic behavior. The objective of this thesis is to model the acoustic response of aperforated material. The perforation size is smaller than the sound wave length, therefore asymptotic modeling techniques adapted to resolving multiscale problems can be implemented. Indeed, thesemethods allow to link the effects inside the perforation with the homogenized acoustic response of theperforated plate. In this study, the viscous effects inside the perforation have been analysed. Moreover,direct numerical simulations have been performed to verify the asymptotic modeling hypotheses. The findings of this thesis allow to understand the acoustic modeling of perforated materials. Furthermore,the developed analytical method can be implemented for perforations with complex shape.

The acoustics of small cavities raises interest of the scientific community since it involves particular damping mechanisms. In fluid dynamics, when a small perturbation is propagating within a Newtonian and heat-conducting fluid bounded by a rigid and isothermal surface, viscous and thermal dissipative mechanisms are generated near the walls. Such effects can have significant impact on the acoustic behaviour of the system.<p>Several types of practical applications can be cited, among which: hearing aids, micro-electro-mechanical systems (transducers, microphones and loud-speakers), absorbing materials made of thin capillary nets or small pores, dissipative silencers, thermo-acoustic heat exchangers, or any kind of device bringing into play small resonant cavities filled with a dissipative fluid (micro-acoustics).<p><p>This study focuses on appropriated reductions of the physical equations, in order to enhance the efficiency of the numerical resolution without adversely affecting the accuracy. Moreover, the proposed strategies lead to numerically stable systems as they involve only one scalar partial order differential equation (or equivalent fluid equation). The emphasis is put on the physical aspect of those reductions, their range of applicability, benefits and drawbacks.<p>Two new reduced models are proposed to estimate the visco-thermal acoustic wave propagation. A first extension deals with waveguide geometries and relax the hypothesis of the fluid at rest. The second original formulation addresses visco-thermal acoustics in 3D arbitrary geometries. This model is based on different considerations coming from existing techniques as well as the estimation of a wall-distance field.<p><p>A second part aims at studying the acoustic behaviour of biphasic materials and more specifically poro-elastic materials. This type of acoustic component is widely used in industry because of their good absorbing properties in the medium- and high-frequency <p>ranges.<p>A preliminary bibliographic research deals with the derivation of the set of partial order differential equations that account for both fluid/structure interactions and the anisotropy of a given poro-elastic material. It has been shown that transversely orientated capillary materials (for instance catalyst substrates) can be simulated using the proposed reduction technique.<p>At last, the modelling of the acoustic transmission between two domains separated by perforated or micro-perforated plates or thin plates of poro-elastic materials is discussed. The analogy between the rigid perforated plate models with an equivalent fluid formulation has been presented. As a result, this model has been extended in order to account for flexural effects of the solid part.<p><p><p>Ce travail porte sur l'étude de certains phénomènes d'amortissements intervenant dans l'acoustique des petites cavités. En méchanique des fluides, lorsqu'une petite perturbation se propage au sein d'un fluide newtonien et caloporteur borné par un mur rigide et isotherme, ces mécanismes dissipatifs particuliers se localisent aux abords des parois et jouent un rôle significatif dans certaines situations.<p>Parmi les exemples d'applications pratiques, il est possible de citer les appareils d'aide auditive, les systèmes microélectromécaniques (transducteurs, microphones et haut-parleurs), les matériaux absorbants constitués de fins réseaux capillaires ou de pores aux dimensions réduites, les systèmes de silencieux, d'échangeurs de chaleur thermo-acoustiques ou tout autre appareil mettant en jeu des cavités résonantes aux dimensions réduites (micro-acoustique).<p><p>L'étude proposée ici se focalise sur des stratégies de réduction appropriées des équations physiques, ceci afin d'améliorer l'efficacité du modèle tout en conservant une précision acceptable. Les techniques présentées aboutissent à des systèmes numériquement stables mettant en jeu une seule équation scalaire (ou équation fluide équivalent). Ainsi, l'accent est porté sur l'aspect physique des réductions, leurs domaines d'application, avantages et inconvénients.<p>Deux modèles originaux sont proposés afin de prédire la propagation acoustique visco-thermique. Une première extension permet d'évaluer la pression acoustique au sein de géométries particulières de type guides d'onde en présence d'un écoulement hydrodynamique. La seconde formulation présentée s'intéresse à l'acoustique dans des domaines 3D arbitraires. Cette méthode se base sur des considérations conjointes de modèles réduits existants ainsi que sur l'estimation d'un champ de distance à la plus proche paroi.<p><p>Dans une seconde partie, nous nous proposons d'étudier le comportement acoustique de matériaux biphasique et plus précisément les matériaux poro-élastiques (très utilisés dans l'industrie en raison de leurs caractéristiques absorbantes dans les domaines des moyennes et hautes fréquences).<p>Une étude bibliographique préliminaire nous a permis d'exprimer l'ensemble des équations aux dérivées <p>partielles modélisant à la fois les interactions fluide/structure et l'anisotropie générale des matériaux. <p>Cette réflexion nous a permis d'aboutir à un modèle de matériau isotrope transverse intéressant, combinant le modèle fluide proposé et la formulation acousto-élastique équivalente. Ainsi la modélisation de structures capillaires orientées (comme les matériaux utilisés dans les catalyseurs automobiles) s'en trouve grandement simplifiée.<p>Enfin, la transmission acoustique intervenant entre deux domaines fluides séparés par une plaque perforée ou micro-perforée ou bien une couche de matériau poreux a été étudiée. L'analogie entre les modèlisations existantes et un modèle générique de fluide équivalent a été mise en évidence. Pour finir, cette formulation a été étendue afin de prendre en compte les effets de flexion de la partie solide. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished