Essais & Simulations n° 137

MESURES Simulation

MESURES Simulation numérique Un logiciel pour innover dans le domaine des métamatériaux pour l’absorption et l’isolation acoustique Afin de se conformer à des normes de plus en plus contraignantes en matière d’isolation acoustique, notamment en basse fréquence, dans le domaine des transports, MetAcoustic a mis au point une solution innovante à base de méta-matériaux et de simulations vibroacoustique à l’aide du logiciel Comsol Multiphysics et de son module Acoustics. Au sein de l'entreprise MetAcoustic, société d'ingénierie et de R&D en acoustique et vibration, Damien Lecoq s'appuie sur sa bonne compréhension des phénomènes vibroacoustiques et sur son expertise en mesure et simulation, notamment par la méthode des éléments finis, pour proposer des solutions innovantes, telles que l'utilisation des métamatériaux. Sous son impulsion, la société spécialisée dans les méta-matériaux a choisi le logiciel de simulation numérique Comsol Multiphysics et son module Acoustics afin de mettre en œuvre des solutions originales, singulièrement en isolation acoustique basse fréquence. Méta-matériau utilisé pour les vibrations acoustiques dans l'isolation Interface Comsol Multiphysics montrant un échangeur de chaleur Les méthodes classiques d’isolation acoustique en basse fréquence nécessitent en effet des matériaux denses et épais, donc difficiles à mettre en œuvre, par exemple dans un véhicule. Tout simplement parce qu’à basse fréquence, typiquement inférieure à 500Hz, la taille caractéristique de l’onde acoustique qui se propage est de l’ordre du mètre. Toutefois, l’utilisation de méta-matériaux change radicalement la donne, en offrant des isolants de faible épaisseur, pratiques à mettre en œuvre pour un coût et des performances inégalés. Sorte de petite révolution dans le domaine de l’isolation basse fréquence. Des matériaux complexes Les méta-matériaux (ici en acoustique) sont des matériaux composites, constitués d’une matrice et de renfort. Ce sont des matériaux structurés de façon non naturelle, et modifiables par le biais d’inclusions supplémentaires (comme des tubes rigides) dans une matrice, souvent du polyuréthane. Le volume des inclusions peut atteindre 50% du volume total Damien Lecoq, associé de la société Metacoustic, lors de sa présentation aux Comsol Days de Paris, le 4 avril dernier 30I ESSAIS & SIMULATIONS • N°137 • mai 2019

MESURES du matériau. Le but du réseau d’inclusions est de piéger le son. Les méta-matériaux ont plusieurs avantages. Ils sont accordables en fonction des problématiques rencontrées, plus particulièrement des épaisseurs et des fréquences en jeu. Ils sont en général deux fois plus légers et trois fois plus fins que les matériaux classiques (pour une même fréquence acoustique donnée). Toute la difficulté consiste à accorder la taille et la distribution spatiale des inclusions dans la matrice selon un cahier des charges donné. L'isolation acoustique implique la prise en compte de l'acoustique et des vibrations des matériaux intermédiaires entre la source sonore et la zone à isoler. Et seule une prise en compte couplée de ces deux physiques est à même de modéliser correctement et avec précision ce qui se passe. C’est ce point qui a conduit MetAcoustics à utiliser Comsol Multiphysics et son module Acoustics, pour sa capacité à simuler ces deux physiques et leurs couplages, avec par exemple la simulation des effets d'interférence, de résonance, de réflexion au niveau des différentes inclusions. Les interférences permettent de définir des bandes de fréquences interdites pour la propagation du son dans le matériau. Les propriétés de résonance permettront de piéger l'énergie sonore dans le matériau, réduisant d'autant la part disponible pour la transmission du son. Il est ainsi possible de prédire avec précision l’efficacité d’un méta-matériau pour une application spécifique. Le marché évoluant, de nouvelles demandes d’optimisation et de conception font aussi leur apparition, par exemple pour alléger les structures. Ces exigences entrainent des modifications qui peuvent altérer la qualité vibroacoustique du dispositif tout entier et nécessitent des simulations supplémentaires. De plus, MetAcoustic compare systématiquement les résultats de simulation avec des mesures, et exploite l’estimation de paramètres disponible avec le module Optimization de Comsol Multiphysics, afin d’obtenir des données matériaux les plus fiables possibles pour ses calculs. MetAcoustic exploite largement le calcul parallèle et les ressources du Cloud possible avec Comsol Multiphysics, afin de résoudre des modèles les plus proches des applications, et de fait souvent gourmands en ressources informatiques ! ● Solution m+p lance un nouveau banc de mesure de raideur Le banc d’essais vibratoire m+p HFDST-3000-E développé par m+p international permet de mesurer la raideur dynamique et le facteur de perte des supports élastomère dans une gamme de fréquences jusqu’à 3 000 Hz. Le but de ce banc d’essais haute-fréquence est de caractériser dynamiquement des supports moteur, des supports châssis, des amortisseurs de vibrations, etc. sous une précharge statique. Le banc d’essais mesure la raideur dynamique du spécimen dans une gamme de 250 à 50 000 N/mm pour des fréquences allant de 50 à 3 000 Hz. La capacité des supports élastomère utilisés dans l’automobile (afin de réduire la transmission des vibrations dans la voiture) à transmettre les vibrations est caractérisée, entre autres, par la raideur dynamique du support. Conséquence du développement des véhicules hybrides et électriques, la demande pour caractériser la raideur dynamique sur des plages de fréquences de plus en plus hautes ne cesse d’augmenter. Le m+p HFDST-3000-E repose sur un excitateur électrodynamique qui peut être utilisé avec différents modes d’essais définis dans le logiciel de contrôle de vibrations m+p VibControl. Vibrateur, spécimen, capteurs et masse sismique sont isolées des vibrations extérieures. Le système de contrôle de vibrations fourni est un produit standard et est constitué du logiciel m+p VibControl et du matériel d’acquisition m+p VibRunner comportant, par exemple, 16 voies d’entrée. Tous les paramètres et les mesures effectuées sont consignés dans un fichier résultat : ces fichiers peuvent être analysés directement pendant la réalisation de l’essai, ou utilisés a posteriori pour l’analyse, pour générer des rapports, ou pour le dépannage. ● ESSAIS & SIMULATIONS • N°137 • mai 2019 I31