La compréhension et la prédiction du comportement vibro-acoustique des systèmes légers bois du bâtiment constitue un enjeu scientifique d'actualité. En 2015 une étude montrait encore que presque la moitié de ces systèmes constructifs n'offrait pas satisfaction. Un modèle prédictif à l'échelle du bâtiment, en cours de normalisation, permet de prendre en compte la performance individuelle des différents systèmes séparatifs pour remonter à un niveau de performance globale. La difficulté scientifique réside alors dans l'évaluation de la performance individuelle associée à chaque conception admissible, dans un vaste ensemble de systèmes techniquement réalisables. Dans cette recherche, une méthodologie est proposée pour la construction de modèles numériques capables de prendre en compte, aux basses fréquences, la complexité et la diversité des systèmes bois constitués de multiples plaques, poutres, cavités acoustiques et matériaux poroélastiques. En accord avec les procédures d'évaluation normalisées, des modèles déterministes pour les excitations mécaniques du système sont construits. Une approche probabiliste est alors développée en réponse à la problématique des incertitudes liées à la construction légère. Ainsi, en résolvant un problème stochastique inverse utilisant des données expérimentales pour identifier les hyperparamètres de modèles probabilistes développés, il est possible de quantifier la propagation des incertitudes du système à la performance prédite en conditions de laboratoire. Par suite, des configurations optimales, robustes aux incertitudes, sont recherchées. Du fait de la nature combinatoire du problème d'optimisation, un algorithme génétique, particulièrement adapté à un espace de recherche discret ainsi qu'à l'optimisation multi-objectif, est mis en oeuvre. Dans les cas traités, les configurations optimales tendent vers une maximisation de la rigidité structurelle / Being able to understand and predict the vibroacoustic behavior of lightweight wood-based building systems contitute a serious scientific concern. In 2015, acoustic comfort investigation claims that unsatisfactions are expressed with respect to around 50% of such constructions. In particular, low frequency discomfort is target of criticism. A methodology was proposed, currently running through standardisation process, which translates the individual performance of the building systems into a global building performance index. The challenge consequently lies in the prediction of the individual performances in regard to the wide spread of wood based designs. In this research, a methodology is introduced for the construction of computational models able to handle the complexity and diversity of the systems, constituted of multiple boards, stiffeners, cavities and poroelastic media. Structural excitations of the system are constructed according to standard evaluation procedures. Then, a probabilistic approach is undertaken in order to take into account the uncertainty problematic, inherent to lightweight wood based constructions. In particular, stochastic inverse problems are constructed to identify, from experimental measurements, hyperparameters associated with ad hoc probabilistic models. Eventually, uncertainty quantification can be performed in regard to predicted performance in laboratory conditions. Following, robust optimal designs are sought in the presence of uncertainties. No continuous mapping from the search space of the configurations to the space of the fitness functions representative of the objective performance exists and derivatives cannot be defined. By way of consequence, the class of the evolutionnary algorithm, suited to discrete search spaces as well as multi-objective optimisation, is chosen. Considered optimisation problems displayed preferential directions of the genetic algorithm towards stiffest admissible designs

Avec le développement rapide des modèles mathématiques et des outils de simulation, le besoin des processus de quantification des incertitudes a été bien augmenté. L'incertitude paramétrique et la groupe des nombreux décisions sont aujourd’hui les deux barrières principales dans la résolution des grandes problèmes systématiques.Capable de proportionner l'incertitude de la sortie sur celle des entrées, l’Analyse de Sensibilité Globale (GSA) est une solution fiable pour la quantification de l’incertitude. Parmi plusieurs algorithmes de GSA, Fourier Amplitude Sensitivity Analysis (FAST) est l’un des choix les plus populaires des chercheurs. Basé sur ANOVA-HDMR (ANalysis Of VAriance - High Dimensional Model Representation), il est solide en mathématique est efficace en calcul.Malheureusement, la décomposition unique d’ANOVA-HDMR se dépend sur l’indépendance des entrées. À cause de cela, il y a pas mal de cas industriels qui ne peut pas se traiter par FAST, particulièrement pour ceux qui donnent uniquement les échantillons mais sans lois de distribution. Sous cette demande, deux méthode extensifs de FAST avec design de corrélation sont proposées et étudiées dans la recherche. Parmi les deux méthodes, FAST-c s’est basé sur les distributions et FAST-orig s’est basé sur les échantillons.Comme applications et validations, multiples problèmes vibroacoustiques se sont traités dans la recherche. Les matériaux acoustiques avec soustructures, sont des candidats parfaits pour tester FAST-c et FAST-orig. Deux application sont présentées dans la première partie de la thèse, après l’état de l’arts. Les modèles choisis sont matérial poroélastique et structures composite sandwich, dont les propriétés mécaniques sont tous fortement influencées par les paramètres géométriques microscopique ou mesoscopique. D’avoir la méthode de FAST originale comparée avec les deux nouvelles, on trouve bien plus d’information sur la performance vibroacoustique de ces matériaux.Déjà répondu à la demande de GSA sur les modèles avecs les variables dépendantes, la deuxième partie de la thèse contient plus de recherches reliées avec FAST. D’abord FAST est pris en comparaison avec Random Forest, une algorithme bien connu de data-mining. Leurs erreurs potentiels et la possibilité de fonctioner ensemble sont discutés. Et dans les chapitres suivies, plus d’application de FAST sont présentées. Les méthodes sont appliquées sous plusieurs différente conditions. Une modèle de structure périodique qui contient des corrélation parmi les unités nous a en plus forcé à développer une nouvelle FAST-pe méthode. Dans ces applications, les designs des processus préliminaires et les stratégies d’échantillonages sont des essences à présenter. / With rapid development of mathematical models and simulation tools, the need of uncertainty quantification process has grown higher than ever before. Parametric uncertainties and overall decision stacks are nowadays the two main barriers in solving large scale systematic problem.Global Sensitivity Analysis (GSA) is one reliable solution for uncertainty quantification which is capable to assess the uncertainty of model output on its inputs’. Among several GSA algorithms, Fourier Amplitude Sensitivity Test (FAST) is one of the most popular choices of researchers. Based on ANOVA-HDMR (ANalysis Of VAriance - High Dimensional Model Representation), it is both mathematically solid and computationally efficient.One unfortunate fact is that the uniqueness of ANOVA-HDMR relies on the independency of input variables. It makes FAST unable to treat many industrial cases especially for those with only datasets but not distribution functions to be found. To answer the needs, two extended FAST methods with correlation design are proposed and further studied in this research. Among them FAST-c is distribution-based and FAST-orig is data-based.As a frame of validation and application, a number of vibroacoustic problems are dealt with in this research. Vibroacoustic materials with substructures, are perfect test candidates for FAST-c and FAST-orig. Two application cases are presented in the first part of this thesis, following the literature review. The models chosen here are poroelastic material and sandwich composite structures, both having their mechanical properties hugely influenced by their microscopic and mesoscopic geometric parameters. Getting the original FAST method compared to the two with correlation design, many different features on materials’ vibroacoustic performance are latter discovered.Having got an answer for GSA on models with dependent variables, the second part of this thesis contains more extended researches related to FAST. It is taken into comparison with Random Forest, a well-known data-mining algorithm. The potential error of both algorithms are analyzed and the possibility of joint application is discussed. In the following chapters, more applications of FAST-series methods are reported. They are applied under various conditions where another improved version named FAST-pe is developed to treat a model of periodic structures with correlation among each units. Upon these FAST application cases, the design of preliminary process and the sampling strategies is the core part to be introduced.

Bicyclist are increasingly shaping the picture of urban traffic. With regard to guided navigation through urban areas, navigation systems that are designed for this type of traffic participants do not offer a satisfying solution. Voice instructions are often perceived as annoying and far too detailed. In addition, the usage of headphones to hear these instructions reduces the hearing and localization of environmental sounds significantly. Visual information on the other hand, draws the attention too much away from the main traffic situation. This effects the ability to react to and interact with other traffic participants and the surrounding and results in a feeling of insecurity.This thesis investigates how acoustic and vibro-tactile signals can be used to provide cyclists with necessary navigation instructions while maintaining the ability to perceive ambient sounds and keep attention to the environment. In addition, the focus is placed on the experience of guided navigation with a non-visual, multi-sensory system.

Das Thema der Optimierung der Rütteldruckverdichtung ist seit vielen Jahrzehnten Gegenstand der Forschung. In dieser Arbeit werden die bisher untersuchten Mechanismen und Erkenntnisse zusammengefasst. Es ergeben sich jedoch einige Fragestellungen, aus denen sich die Forschungsfragen der vorliegenden Arbeit ableiten lassen. Die meisten Erkenntnisse sind theoretischer Natur und vieles wurde in der Praxis noch nicht nachgewiesen. Aus diesem Grund wurde ein Modellversuchsstand aufgebaut, der die Rütteldruckverdichtung mit einem Modellrüttler realitätsnah abbilden kann. Die darin eingebaute Sensorik wird im Rahmen einer Parameterstudie eingesetzt, bei der Standardversuche zur Rütteldruckverdichtung mit Parametervariationen durchgeführt werden. Durch die Parameterstudie konnten einige Vermutungen, die bisher nur theoretischer Natur waren oder aus der praktischen Anwendung stammen, erstmals nachgewiesen werden. Dazu gehören ein großer Einfluss der Schwingwegamplitude auf die Verdichtung sowie ein starker Einfluss der eingestellten Verdichtungsfrequenz. Diese Parameter sollten optimiert und nicht maximiert werden, da dies die Verdichtung wieder verschlechtern kann. Darüber hinaus hat sich der Vorlaufwinkel als geeigneter Regelparameter erwiesen, da er ein reproduzierbares Verhalten in gleichen Tiefenlagen zeigt. Weiter zeigt er das Ende eines Verdichtungsschritts in der jeweiligen Tiefenlage an, wenn er einen nahezu konstanten Wert erreicht. Zudem konnte durch den Vergleich verschiedener Verdichtungsverfahren die schrittweise Verdichtung gegenüber dem Pilgerschrittverfahren und dem konstanten Ziehen als beste Methode identifiziert werden. Auf Basis der Auswertungen wurde ein neuer Regelparameter eingeführt. Mit Hilfe des Sensorphasenwinkels kann das Bewegungsverhalten des Rüttlers erfasst und ein unrundes Bewegungsverhalten erkannt werden. Des Weiteren konnte ein Einfluss der Spülmethode, des Spüldurchsatzes und der Kornzertrümmerung festgestellt werden. Eine optimierte Verdichtungskontrolle und ein optisches Verfahren zur qualitativen Bewertung der Verdichtung wurden erstmals eingesetzt. Kern der vorliegenden Arbeit ist die Optimierung der Rütteldruckverdichtung. Hierzu konnten geeignete Regelparameter identifiziert und in Form eines multikriteriellen Regelalgorithmus umgesetzt werden. Dieser wurde für das Eindringen und Heben vorgeschlagen und erstmals für die Verdichtung angewendet. Der Modellrüttler passte seine Frequenz anhand der aufgezeichneten Sensordaten an die umgebenden Bodeneigenschaften an. Die dabei verwendeten Regelparameter wurden variiert und mit Großversuchen verglichen, um Wege und Potentiale aufzuzeigen, die im Großgerät Anwendung finden sollten. Die vorliegende Arbeit legt den Grundstein, um die gewonnenen Erkenntnisse in weiteren Modellversuchen anzuwenden und die neu entstandenen Forschungsfragen zu beantworten. Dadurch kann die Rütteldruckverdichtung optimiert werden, um in Zukunft ressourcenschonender und intelligenter eingesetzt zu werden.

Le projet CLIC (City Lightweight Innovative Cab) dans lequel s’inscrit cette thèse de doctorat vise à développer une cabine de camion allégée sans dégrader les performances vibratoires et acoustiques. Pour cela il est nécessaire d’établir dans un premier temps un modèle de prédiction vibroacoustique du système couplé structure/espace intérieur incluant l’influence des matériaux dissipatifs (amortissement ou absorption) dans le domaine des moyennes fréquences. Les méthodes basées sur les éléments finis et les approches statistiques les plus couramment utilisées étant peu adaptées pour ce domaine de fréquence (coût de calcul important, méthodes peu flexibles), nous utiliserons le formalisme de la méthode SmEdA (Statistical modal Energy distribution Analysis). L’objectif principal de cette thèse de doctorat est dès lors, d’étendre cette méthode à la prise en compte de l’effet d’amortissement induit par des matériaux dissipatifs. La méthodologie se divise en trois étapes: 1. Les modèles équivalents des matériaux dissipatifs sont établis: (1) un modèle de plaque équivalent pour décrire la plaque amortie par un ou plusieurs patch(s) viscoélastique(s) et (2) un modèle de fluide équivalent pour décrire un matériau poreux agissant dans la cavité. 2. Chaque sous-système amorti est modélisé par éléments finis. Les méthodes MSE (Modal Strain Energy) et MSKE (Modal Strain Kinetic Energy) sont ensuite utilisées pour estimer les facteurs de perte modaux de chaque sous-système. 3. Le calcul SmEdA est effectué sur le système couplé en prenant en compte les facteurs de pertes modaux de chaque sous-système estimés dans la deuxième étape. Le point d’excitation est appliquée à la plaque, en supposant la force stationnaire et large bande. Afin de valider la méthodologie proposée un cas semi-complexe composé d’une plaque rectangulaire couplée à une cavité parallélépipédique est considéré. Ce système peut être utilisé pour étudier l’interaction vibroacoustique entre la structure de la cabine et l’intérieur de l’habitacle. Deux cas d’amortissement sont étudiés pour le système semi-complexe plaque-cavité: (1) un cas où la plaque est amortie avec un (ou plusieurs) patch(s) viscoélastique(s) et (2) un cas où un matériau poreux est placé dans la cavité. Le problème vibroacoustique est pour chaque cas modélisé suivant les trois étapes proposées et analyses dans le formalisme de la méthode SmEdA. Les résultats sont ensuite comparés au cas de référence (sans matériau dissipatif). La dernière partie de la thèse porte sur la validation expérimentale pour chaque cas test de la méthodologie numérique proposée. a mobilité d’éntrée, la puissance injectée et les énergies des sous-systèmes sont comparées aux prédictions numériques. Enfin les facteurs de pertes modaux des sous-systèmes estimés par les méthodes MSE et MSKE sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus par la méthode d’analyse modale à haute résolution (méthode ESPRIT). / The project CLIC (City Lightweight Innovative Cab) aims to develop a lighter-weighted truck that maintains NVH performances of the initial design. This PhD research is then to establish a vibroacoustic prediction model of a complex structure-bounded fluid system (cabin structure coupled to cabin space) including dissipative treatments (damping or absorbing materials) for the mid-frequency domain. Since most commonly used element based and statistical methods are not suitable for this frequency domain, a proper prediction tool, which should be flexible in modeling capabilities and feasible in computational cost, must be implemented. The SmEdA (Statistical modal Energy distribution Analysis) method is considered in this thesis to comply with these requirements. The main objective of this research is to extend this method for taking account of the damping effect induced by dissipative materials. Development and validation of the methodology are carried out. 1. Dissipative materials are represented by simplified equivalent models: (1) the equivalent single layer model for describing the plate covered with a viscoelastic layer and (2) the equivalent fluid model for describing a porous material into the cavity. 2. Each subsystem including the equivalent models of the dissipative materials is modeled with FEM(Finite Element Model). The FE matrices including the energy dissipation are then computed. The MSE (Modal Strain Energy) and MSKE (Modal Strain Kinetic Energy) methods are used to estimate the modal damping loss factor of each subsystem mode. 3. The SmEdA calculation is performed on a whole system considering the modal damping loss factors estimated in the second step for each subsystem. The power is injected into the plate at a localized point by the stationary white noise force and subsequently, the SmEdA parameters are computed. To validate the proposed methodology, laboratory test cases of the structure-fluid problem composed of a rectangular plate coupled to a parallelepipedic cavity are considered. Such system can be used to study the vibroacoustic interaction between structure and fluid. Two damped test cases of the plate-cavity system are studied: (1) a system with a viscoelastic damping pad on the plate and (2) a system with a composite fibre in the cavity. The damped test cases are modeled following the three steps and are analyzed in the framework of SmEdA. The results are then compared to the original case with no damping treatment. The last part of the thesis presents an experimental validation of the numerical computation results on each test case. Measured quantities such as input mobility, injected power and subsystem energies are compared to the numerical predictions. The modal damping loss factors of the damped subsystems estimated with MSE and MSKE methods are compared to the experimental results estimated by a high-resolution modal analysis method (ESPRIT method).

This diploma thesis is focused on studying the influence of different types of surface treatments on vibropressed product. The main goal is to characterize surface treatments consisting of application of surface coatings that are hardened by infrared or ultraviolet radiation. Theoretical part gives specifications already known methods for surface finishing. Briefly describes selected types of prefabricated concrete parts and specificate the requirements for these products. It also describes used test methods. The experimental part was aimed at establishing the effectiveness of changing properties concrete products by adding coatings on their surface. This was achieved by testing the properties of concrete paving blocks with modified surfaces and testing of reference blocks that did not have any surface treatment followed by mutual comparison of the results.

Ce mémoire de thèse traite la problématique des émissions vibroacoustiques dès les premières phases de conception de machines électriques dans le but de mettre en œuvre des machines robustes, fiables et surtout efficientes répondant aux contraintes dans un large domaine d’applications et spécialement pour le véhicule électrique et hybride. Ce manuscrit ne s’intéresse pas seulement à l’identification et la mise en exergue de la problématique vibroacoustique mais surtout a apporté des solutions et des éléments de réponse à certaines contraintes. La problématique vibroacoustique étant trop vaste et trop complexe, ce travail de thèse se focalise sur les aspects vibroacoustiques d’origine électromagnétiques. Pour ce faire, les méthodes de réduction de bruit sont présentées mais seules les solutions de réduction passive sont évoquées. Ces solutions se basent sur le dimensionnement et la conception par optimisation de machines électriques performantes et moins bruyantes. Cela nous ramène au cœur de ce travail qui est le développement d’outils et de modèles multi-physique réunissant les critères de généricité, rapidité, précision et facilité de couplage. Dans ce cadre, plusieurs modèles électriques, magnétiques, mécaniques, thermiques, et acoustiques sont présentés. Différentes stratégies de couplages et d’approches de modélisation sont investiguées. Des conclusions sont tirées à chaque fois en fonction des besoins pour le cas d’application. / This PhD thesis deals with the issue of vibroacoustic emissions from the first design phases of electrical machines in order to have robust, reliable and above all efficient machines that meet the constraints in a wide range of applications and especially electrical vehicles. This manuscript is not only interested in the identification and highlighting the vibroacoustic problem, but above all to brought solutions and response elements to certain constraints. Knowing that the vibroacoustic problem is too vast and complex, this thesis focuses on vibroacoustic aspects of electromagnetic origin. To do so, the methods of noise reduction are presented but only the passive reduction solutions are used. These solutions are based on the design and optimization of efficient and less noisy electrical machines. This brings us back to the core of this work, which is the development of tools and multi-physics models combining the criteria of genericity, speed, accuracy and simplicity of coupling. In this context, several electric, magnetic, mechanical, thermal and acoustic models are presented. Different coupling strategies and modeling approaches are investigated. Conclusions are drawn each time according to the needs for the application use case.

Em tecidos biológicos lesados, a viscoelasticidade é a propriedade física que mais se modifica em relação ao tecido normal. Palpação manual é geralmente usada para identificar estas lesões, tais como nódulos e cistos. Recentemente, vários estudos envolvendo técnicas ultrassônicas e de ressonância magnética, denominadas elastografia, têm sido empregadas para avaliar as propriedades viscoelásticas dessas lesões. Uma das dificuldades neste tipo de estudo está relacionada ao desenvolvimento de simuladores de tecidos biológicos com inclusões equivalentes, uma vez que, essas estruturas lesadas originam-se a partir do próprio tecido biológico. Com base nessas motivações, técnicas quantitativas de elastografia por ressonância magnética e ultrassom foram exploradas para avaliar lesões simuladas em fantomas viscoelásticos. Estas lesões, com diferentes propriedades viscoelásticas, foram geradas no interior de um fantoma usando radiação ionizante. Os fantomas, também conhecidos como gel dosimétrico, foram desenvolvidos a base de pele animal, e irradiados utilizando um sistema de terapia de radiação convencional. Imagens de relaxometria por ressonância magnética (RRM) foram adquiridas nestes fantomas e usadas como referência padrão da dose absorvida e de sua distribuição. Os perfis da distribuição de dose avaliados nessas imagens de RRM e pelo sistema de planejamento radioterápico TPS 3D foram comparados aos de rigidez das imagens elastográficas. O estudo elastográfico nestes fantomas foi realizado utilizando os métodos de Vibroacustografia (VA), Vibrometria por Ultrassom (VU) e Elastografia por Ressonância Magnética (ERM). O segundo objetivo desta tese foi explorar a viabilidade de existência de speckle em imagens de vibroacustografia. Para testar essa idéia, um modelo tridimensional (3D) para a função de espalhamento de ponto (PSF) do sistema de VA foi simulada. O código da simulação foi desenvolvido em ambiente MATLAB e empregando sub-rotinas do programa Field II para simulação numérica dos transdutores. Imagens de ultrassom modo-B (IUSB) e vibroacustografia foram simuladas usando esse modelo de PSF-3D para um transdutor esférico e confocal, respectivamente. Essas IUSB foram simuladas para servir como um parâmetro comparativo com as imagens geradas por VA. As imagens de ultrassom foram exibidas em um plano tomográfico que corresponde ao plano de imagem da VA. As simulações foram realizadas utilizando um cluster de computadores de alto desempenho. Todas as imagens foram simuladas empregando um modelo de fantoma virtual não homogêneo com dimensões de (10 × 10 × 50) mm3. Os resultados preliminares mostraram um padrão de interferência nas imagens de VA, semelhantes à speckles, obtidas empregando o transdutor confocal. Estas imagens foram produzidas a partir de espalhadores localizados no interior do volume da célula de resolução da PSF-3D. / The viscoelasticity of injured biological tissues is the physical property that changes the most in relation to normal tissue. Manual palpation is commonly used to identify these lesions, such as nodules and cysts. Recently, several studies involving ultrasound and magnetic resonance imaging techniques, called elastography, have been employed to assess the viscoelastic properties of these lesions. One difficulty in this type of study is related to the development of biological tissues mimicking materials with similar inclusions, once these injured structures originate from anomalies within the biological tissue. Based on these motivations, quantitative elastographic techniques based on magnetic resonance and ultrasound modalities have been used to assess injuries in viscoelastic mimicking-tissue phantom materials. These lesions, with different viscoelastic properties, were generated within a phantom using ionizing radiation. The phantoms, also known as dosimeter gel, were developed based on animal skin powder, and irradiated using a conventional radiation therapy system. Magnetic resonance relaxometry images (MRR) were acquired in these phantoms, and were used as absorbed dose standard reference and its distribution. The estimated dose distribution profiles from these images and the ones provided by TPS 3D software radiotherapy planning system were compared to the elastograms. The elastographic studies were conducted using Vibro-acoustography (VA), Magnetic Resonance Elastography (MRE) and Shearwave Dispersion Ultrasound Vibrometry (SDUV) techniques. The second goal of this thesis was to explore the feasibility of speckle existence in vibro-acoustography images. To test that, a three-dimensional (3D) model for the systems point spread function (PSF) was simulated. The simulation code was implemented in MATLAB and using the program Field II subroutines. The numerical simulations were performed using a cluster of high performance computers. B-mode ultrasound and VA images were simulated using that PSF 3D model, for a spherically focused and a confocal transducer, respectively. These B-mode images were simulated as a comparative parameter to the images generated by VA. The B-mode ultrasound images were displayed in a tomographic plane corresponding to the VA imaging plane. All images were simulated using a virtual phantom with dimensions (10 × 10 × 50) mm3. Preliminary results showed a interference pattern in VA images taken with a confocal transducer. These images were produced from scatterers located inside the PSF resolution cell volume.

Orientador: João Antonio Pereira / Banca: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Banca: Edson Antonio Capello Sousa / Resumo: Em muitos problemas do nosso cotidiano ocorre acoplamento entre a resposta acústica no interior de uma cavidade e a excitação estrutural em um de seus contornos flexíveis, bem como a resposta estrutural nestes contornos também está relacionada à fonte acústica da cavidade. Interior de automóveis, cabine de caminhões e fuselagem de aviões são apenas alguns exemplos práticos destes tipos de sistemas. Acoplamento implica que o comportamento dos sistemas acústico e estrutural não são independentes um do outro, e ambos devem ser considerados como um único sistema global. O propósito deste trabalho é avaliar a técnica de matrizes compactas na solução de problema de acoplamento vibroacústico em cavidades de geometria regular e irregular. Preliminarmente, a análise do acoplamento vibro-acústico é baseado no método dos elementos finitos e o conjunto de equações não simétricas que modela o movimento é discutida. A aproximação vibro-acústica por matrizes compactas é feita utilizando conceitos de impedância e mobilidade. No modelo de matrizes compactas, o acoplamento é obtido através da avaliação dos modos acústicos e estruturais desacoplados da cavidade e da estrutura flexível, respectivamente. Simulações numéricas utilizando o método dos elementos finitos e a técnica de matrizes compactas são apresentadas para modelos vibro-acústicos de geometria regular e irregular. Testes experimentais são realizados em uma cavidade irregular feita de PVC e aço. A metodologia de análise dos resultados é baseada nas FRF(s) definidas pelas relações entre a resposta em pressão acústica da cavidade e a força estrutural e entre a resposta em velocidade e a força estrutural aplicada sobre a superfície flexível. A comparação dos modelos numéricos e experimentais mostra o potencial da técnica de matrizes compactas. / Abstract: In many systems of day-life occurs the coupling between the acoustical response in a cavity and a structural excitation on a flexible boundary, whereas the structural response in this same boundary is also related to acoustical excitation source. Car interiors, cabs of trucks and aircraft fuselage are a just a few practical examples of this sort of systems. Coupling implies that the acoustical and structural system behavior is not independent from each other, and therefore they must be considered as a global system behavior. The aim of this work is to evaluate a compact matrix formulation to solve vibro-acoustic problems in regular and irregular shape cavity. Preliminary, the vibro-acoustic coupling analysis is based on finite element method and the set of non-symmetric equation that represents the movement is discussed. The compact matrix formulation approaches have been done using impedance and mobility concepts. In compact matrix model, the coupling is obtained by evaluating the uncoupled acoustic modes and structural modes of the cavity and flexible structure, respectively. Numerical simulation using the finite element method and the compact matrix formulation are shown for regular and irregular shape cavity model. Experimental tests are evaluated in an irregular rigid cavity made of PVC and steel. The results analysis methodology is based on FRF(s) defined by the relationship between the pressure acoustic response in the cavity and structural force and between the velocity response and structural force applied on the flexible boundary. The comparison of numerical and experimental models shows the potential of the compact matrix formulation. / Mestre

Cette thèse répond à une problématique de commande frontière d’une conduite acoustique dont l’actionnement est assuré par un réseau d’actionneurs/capteurs co-localisés constituant une peau active. Pour faire face au caractère intrinsèquement multiphysique de ce problème vibro-acoustique, nous avons choisi dans cette thèse d’employer une approche hamiltonienne à ports, approche structurée basée sur la représentation des échanges entre différents domaines énergétiques au sein d’un système et entre différents systèmes. Nous avons proposé une modélisation hamiltonienne à ports de l’équation d’onde interconnectée à la frontière au système d’actionnement distribué, correspondant à une formulation 2D du problème physique. Nous avons développé une méthode de discrétisation spatiale basée sur l’utilisation de différences finies sur plusieurs grilles en quinconce qui préserve la structure hamiltonienne à ports de l’équation d’onde. Cette méthode permet en outre d’interconnecter facilement le système discrétisé avec d’autres sous-systèmes, dans le but de mettre en place un actionnement par exemple. Son principal avantage sur d’autres méthodes préservatives de structure réside dans sa simplicité de mise en œuvre qui découle de l’utilisation de différences finies. Concernant la commande du système vibro-acoustique, nous avons proposé une méthode de synthèse de loi de commande distribuée pour les systèmes régis par deux lois de conservation en 1D. L’originalité de cette méthode réside en le fait qu’elle repose sur le calcul d’invariants structuraux (fonctions de Casimir) exploités afin de modifier la structure du système en boucle fermée. Les conditions d’application sur un système 2D sont étudiées et des résultats numériques valident les lois de commande synthétisées. / This thesis deals with the boundary control of an acoustic by a network of co-localised sensors/actuators which constitutes a smart skin. In order to cope with this multiphysical problem, we chose to place our study in the framework of port-Hamiltonian systems, a structured approach based on the representation of energy exchanges between different energy domains between different systems of subsystems. We proposed a port-Hamiltonian model of the wave equation interconnected through its boundary to the distributed actuation system, which corresponds to a 2D formulation of the physical problem. We developed a spatial discretization method based on the use of finite differences on several staggered grids that preserve the port-Hamiltonian structure of the wave equation. This method also permits to easily interconnect the discretized system with other subsystems, which is convenient for instance for control purposes. Its main advantage over other structure preserving methods is its simplicity of implementation which stems from the use of finite differences. In order to control the vibro-acoustic system, we proposed a control law synthesis method for systems governed by two conservation laws in 1D. The originality of this method lies in the fact that it relies on the computation of structural invariants (Casimir functions) exploited in order to modify the structure of the system in closed loop. The conditions of application of these laws on a 2D system are studied and numerical results validate the synthesized control laws.