Plusieurs collaborations récentes entre les laboratoires LVA INSA Lyon, KU Leuven et MATEIS INSA Lyon ont portés sur la modélisation, le design, et la mesure de structures composites sandwich aux propriétés d’amortissement optimisées pour une gamme de fréquence donnée. Nous nous proposons dans cette présentation de donner une vue d’ensemble de ces différentes études, à la fois analytiques et expérimentales, à travers plusieurs applications pour la vibroacoustique.

Dans une première étude, nous considérerons un tri-couche hybride acier-polymère-acier utilisé dans l’industrie automobile. En couplant différentes techniques expérimentales complémentaires - analyse modale, méthode haute résolution ESPRIT, techniques de caractérisation sans contacts par vibrométrie laser (méthode RIC, corrélation par fonction de Hankel) - il est possible de caractériser finement cette structure complexe sur une large gamme fréquentielle [40Hz–20 kHz]. Les facteurs de pertes et les rigidités de flexion équivalents (fonctions de la fréquence) sont identifiés et comparés à un modèle analytique de plaque mince équivalente (modèle de Guyader), ainsi qu’aux ondes de Lamb (bien plus couteuse en temps de calcul). Cette comparaison mesure/modèle permet alors l’identification en fonction de la fréquence du module d’Young complexe de l’âme en polymère via résolution inverse ; prédictions confirmées par ailleurs via des mesures DMA sur la couche de polymère seule et par extrapolations par équivalence temps/fréquence. Dans la continuité de cette étude, la thèse de doctorat de Fabien Marchetti au LVA a permis d’étendre aux multicouches anisotropes la modélisation équivalente de Guyader ainsi que la méthode RIC (initialement développée pour les structures isotropes). Nous détaillerons les principales avancées théoriques et expérimentales de ce travail, et notamment les perspectives qu’ouvre la comparaison des formulations spatiale, temporelle et équivalente du facteur de perte structurel sur le cas d’application du tri-couche précédemment étudié.

Une seconde étude que nous aborderons dans cette présentation traite du contrôle et de l’architecturation spatiale des propriétés viscoélastiques locales de membranes silicones pour des sandwichs hybride. La modulation spatiale des propriétés mécanique de la couche silicone centrale est pilotée via une techniques récente d’irradiation UV. Des poutres tricouches « architecturées » (moitié irradiée, moitié non irradiés) sont conçues et caractérisées expérimentalement. Là encore le très bon accord entre les rigidités locales équivalentes mesurées et prédites confirme la validité de l’approche. On discutera alors des perspectives qu’offre l’architecturation pour un contrôle des performances vibroacoustique de structures complexes. En particulier les solutions tri-couches optimisées (idéales en termes de rapport rigidités/masse et amortissement/masse), peuvent être particulièrement efficaces en basses/très basses fréquences, là où des méta-matériaux usuels sont souvent inefficaces.

Enfin, au cours du projet ANR MAESSTRO le remplacement de la table d’harmonie du piano en bois de lutherie par un multicouche composite a été étudié. Nous finirons cette présentation en évoquant le récent travail mené dans ce cadre pendant le projet de fin d’étude d’Armand Brun au LVA en collaboration avec l’ENPC, où des plaques en épicéa ont été caractérisées en large bande fréquentielle, avant d’être « drapées » (peaux en fibre de carbone) de manière à modifier leurs caractéristiques mécaniques pour viser celles d’un bois de résonance de haute qualité utilisé pour la facture instrumentale. Ce travail préliminaire a permis d’entreprendre la conception d’une table d’harmonie complète en composites, en cours de caractérisation vibratoire à l’ENPC par Pierre Margerit (extraction des nombres d’ondes complexes par méthode ESPRIT HRWA 2D).

1. Projet BQR (Bonus Qualité Recherche) INSA Lyon « VIVARIUM - VIeillissement Vibro-Acoustique matéRIaUx Multicouches », Collaboration LVA/MATEIS, 2014-2015.
2. K. Ege, N.B. Roozen, Q. Leclère, R.G. Rinaldi. Assessment of the apparent bending stiffness and damping of multilayer plates ; modelling and experiment. Journal of Sound and Vibration, 2018, 426, pp.129-149. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018....
3. F. Marchetti, K. Ege, N.B. Roozen, Q. Leclère, On the structural dynamics of laminated composite plates and sandwich structures ; a new perspective on damping identification, Submitted to Journal of Sound and Vibration, 2019.
4. Projet CARNOT I@L MHYRIAM, architecturation de la couche polymère des Matériaux HYbrides RIgides et Amortissants, Collaboration LVA-MATEIS-IMP, 2016-2017. https://www.ingenierie-at-lyon.org/...
5. M. Gallo, C. Chesnais, K. Ege, Q. Leclère, N. Totaro, R.G. Rinaldi, Spatial Patterning of the Viscoelastic Core Layer of a Hybrid Sandwich Composite Material to Trigger Its Vibro-Acoustic Performances, 10th International Styrian Noise, Vibration & Harshness Congress, ISNVH 2018, Graz, Austria. SAE Technical Paper, https://hal.archives-ouvertes.fr/ha...
6. « Modélisations Acoustiques, Expérimentations et Synthèse Sonore pour Tables d’haRmonie de pianO », Collaboration X-INSA-ENSTA-ENPC-SPCP Piano Technologies, 2014-2019 https://www.maesstro.cnrs.fr/
7. A. Brun, Conception et caractérisation d’une table d’harmonie de piano quart de queue en composites, Projet Recherche et Ingénierie (PRI), INSA Lyon, Génie Mécanique (GM), 2019.
8. P. Margerit, A. Lebée, J.-F. Caron, K. Ege, X. Boutillon. The High-Resolution Wavevector Analysis for the characterization of the dynamic response of composite plates. Journal of Sound and Vibration, 2019, pp.177-196. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019....