Modelling strategies for thin imperfect interfaces and layers

• The global trend towards quieter environments has been one of the key topics of acoustics research for years. The recent tightening of the regulations on noise exposure as well as the many reports on the impact of noise on human health confirm this situation and stress ever more the need for innovative mitigation strategies. Numerous efforts from many teams allowed to refine existing solutions and explore new approaches towards a lower noise level ultimately leading to a number of promising concepts. Central to this field, the use of poroelastic media and the development of realistic meta-materials are paving the way to tackle the problem. In the meantime, a great part of the most widely adopted systems to mitigate noise, such as acoustics panels for instance, resort to thin resistive screens placed on the surface to protect the bulk and control the properties. Despite often being one of the thinnest components of the systems, they have a non-negligible impact on the overall response and are subject to a number of uncertainties.The approach chosen in this thesis differs from the global trend of designing new solutions and conversely relies on investigating the effect of uncertainties inherent to all these sound proofing systems. More precisely, the work performed focuses on modelling the impact of uncertain interfaces and uncertain parameters in the thin layers used as protective, tuning or aesthetic elements. These acoustic films, and to a certain extent the thin interface zones resulting from the assembly process, are notably challenging to characterise with precision. The main goal of this thesis is then to propose strategies to account for uncertainties on the parameters of the films and interfaces and predict their impact on the overall response of the systems.Three different scientific contributions are presented in this thesis. Together they discuss modelling aspects related to the films, propose possible simplifications and demonstrate the effect of parameter uncertainties. Finally they introduce numerical strategies to efficiently account for uncertainties in computations within the context of poroelastic and meta-poroelastic media.

• Den globala trenden mot allt tystare miljöer, har i flera år varit i fokus för forskningen inom teknisk akustik. Den senaste tidens skärpning av de reglementen som berör gränser för tillåten ljud- och bullerexponering, tillsammans med studier av bullers påverkan på hälsa, välbefinnande, inlärningsförmåga etc., understryker behovet av nya innovativa strategier. Dessa inbegriper som exempel förfining av redan existerande lösningar, utforskande av nya vägar till effektiva åtgärder för att uppnå en lägre ljudnivå, med flera. Stommen i de flesta åtgärder för att reducera ljudnivåer har sedan mitten av 1900-talet varit olika former av poroelastiska material och under de senaste decennierna även en utveckling av så kallade metamaterial, d.v.s. material vars egenskaper ej går att finna i naturen förekommande form, vilket även bereder väg för att finna nya lösningar på problemet. I dagsläget används, i de mest allmänt använda systemen för att reducera buller, till största delen tunna resistenta skikt som placeras på ytan för att skydda mot mekanisk påverkan och men även för att kunna kontrollera de akustiska egenskaperna. Trots att dessa ytskikt oftast är en av de tunnaste komponenterna i olika system, så är deras påverkan på det totala resultatet avsevärd och kan inte förbises. På grund av deras design, är tillverkningen ofta behäftad med bristande precision och de bidrar därför ofta till att de totala akustiska egenskaperna hos sammansatta system där de ingår, ofta uppvisar en spridning på grund av denna variation.I denna avhandling behandlas metoder för kunna undersöka effekten av dessa oundvikliga osäkerheter som finns i alla dessa ljudreducerande system. Mer precist, så har arbetet fokuserat på att modellera den påverkan som osäkerheten i gränsytorna och parametrarna i de tunna ytlagren innebär. Bland annat har arbetet varit inriktat på att hantera de utmaningar som ligger i att med precision karaktärisera de akustiska ytskikten och i viss utsträckning de tunna gränsytornas avskärmning som kommer av monteringsprocessen. Avhandlingens mål är att föreslå strategier för att ta i beaktande de osäkerheter hos filmens och gränsytornas parametrar för att förutse deras påverkan på det totala resultatet av systemet.Tre olika vetenskapliga bidrag presenteras i denna avhandling. Tillsammans behandlar de modelleringsaspekter relaterade till de tunna ytskikten, föreslår möjliga förenklingar och demonstrerar effekterna av osäkerheter i ingående modellparametrar. Slutligen introduceras numeriska strategier för att genom beräkningar, effektivt kunna beakta osäkerheterna gällande poroelastiska och meta-poroelastiska medier.

• La tendance globale poussant à développer des environnements plus calmes est, depuis des années, un des aspects clés de la recherche en acoustique. Le récent durcissement des régulations sur l'exposition au bruit ainsi que les nombreux rapports concernant son impact sur la santé humaine rappellent le besoin criant de stratégies innovante pour palier le problème. Le travail de nombreuses équipes a permis d'améliorer les solutions existantes et d'explorer de nouvelles approches, aboutissant à de nouveaux concepts prometteurs. L'utilisation de matériaux poroélastiques et  le développement de matériaux méta-poroélastiques réalistes sont un élément central de ces recherches et préfigurent des pistes viables pour résoudre le problème du bruit. En parallèle, une grande partie des systèmes courants pour le traitement des nuisances sonores, comme les panneaux acoustiques, utilisent de fins films résistifs placés en surface pour protéger les matériaux et contrôler le comportement acoustique du système. Malgré que ces films soient souvent les plus petits composants des panneaux, ils ont un impact non-négligeable sur la réponse globale et sont sujet à un certain nombre d'incertitudes.L'approche choisie dans cette thèse diffère de la tendance globale poussant au développement de nouveaux système. À l'inverse, ce travail s'emploie à modéliser l'impact des incertitudes concernant les films acoustiques et zones d'interface sur le comportement des absorbeurs et traitement acoustiques. Ces films et zones sont notoirement difficiles à caractériser avec précision à cause de leurs propriétés ou de de leur inaccessibilité. Le principal objectif de cette thèse est de proposer des stratégies pour prendre en compte les incertitudes et interfaces afin de prédire leur impact sur la réponse globale.Trois contributions scientifiques sont présentées. Ensemble, elle discutent différents aspects de modélisation se rapportant aux films et aux absorbeurs, proposent de possibles simplifications et mettent en lumière  l'effet des incertitudes. Finalement, ces contributions introduisent des stratégies au niveau du modèle ou du calcul pour prendre en compte les incertitudes dans le contexte des matériaux poroélastiques et méta-poroélastiques.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Strömningsmekanik och akustik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Fluid Mechanics and Acoustics (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Farkostteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Vehicle Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

uncertainties

thin layers

numerical methods

simplified models

poroelastic materials

incertitudes

couches fines

méthodes numeriques

modèles simplifiés

matériaux poroélastiques

osäkerheter

tunna lager

numeriska metoder

förenklade modeller

poroelastiska medier

Engineering Mechanics

Teknisk mekanik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)