Towards a new technique of passive noise control : nonlinear dynamic absorber and energy pumping
Vers une nouvelle technique de contrôle passif du bruit : absorbeur dynamique non linéaire et pompage énergétique
Résumé
The combination of a nonlinear absorber with a linear primary system may allow to observe the energy pumping phenomenon. The work of this thesis was to apply this concept in acoustics, that is to say to work on a new technique of passive noise control using a nonlinear absorber. This technique would be effective for the low frequencies, where absorbing materials are ineffective. An experimental academic set-up has been developed using the air inside a tube as the primary acoustic system, a thin circular visco-elastic membrane with cubic stiffness as the nonlinear absorber and the air in a large box to ensure a weak coupling between these two elements. A model of this set-up has also been developed in order to conduct simulations. In free vibrations, the energy pumping results in a rapid decrease of noise level in the tube while the energy, initially present in the primary system, is fully localized on the membrane and dissipated by viscosity in it without any return to the acoustic system. That's why we talk about targeted energy transfer in the literature, as well as energy pumping. But this is only possible above a certain energy threshold below which the membrane has no particular action. In the frequency domain, under certain energy level conditions, the membrane is able to simply clipping the first resonance peak of the acoustic system, without modifying its initial response around it.
L'association d'un absorbeur non linéaire à un système primaire linéaire peut permettre d'observer le phénomène de pompage énergétique. Le travail de cette thèse a consisté à appliquer ce concept à l'acoustique, c'est-à-dire à travailler sur une nouvelle technique passive de réduction du bruit utilisant un absorbeur non linéaire. Cette technique serait efficace pour traiter les basses fréquences, là où les matériaux absorbants sont inopérants. Un montage expérimental académique a été développé en utilisant l'air à l'intérieur d'un tube en tant que milieu acoustique primaire, une fine membrane circulaire visco-élastique en tant qu'oscillateur à raideur essentiellement cubique et l'air contenu dans une boîte de grande taille pour assurer un couplage faible entre ces deux éléments. Un modèle de ce montage a également été élaboré afin de pouvoir procéder à des simulations. En oscillations libres, le pompage énergétique se traduit par une rapide décroissance du niveau sonore dans le tube pendant que l'énergie initialement présente dans ce système primaire se localise entièrement sur la membrane puis se dissipe par viscosité dans celle-ci, sans retour possible vers le milieu acoustique. On parle ainsi de transfert énergétique ciblé (“targeted energy transfer”) dans la littérature, terme devenu équivalent à celui de pompage énergétique (“energy pumping”). Ceci n'est cependant possible qu'à partir d'un certain seuil d'énergie initiale en dessous duquel la membrane n'exerce aucune action particulière. En fréquentiel, sous certaines conditions de niveau d'énergie, la membrane est capable de simplement écrêter le premier pic de résonance du milieu acoustique sans modifier la réponse initiale du système autour de celui-ci.
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