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Thomas Peuvrel - Ingénieur en Acoustique et Vibration

Adresse: Rue de la Cuve, 31/1 Tel: + 32 (0)2 64744 97 1050 Bruxelles GSM: + 32 (0)494 71 77 54 Belgique email : thomas_peuvrel@hotmail.com

Compétences et expériences en essais vibro-acoustiques Introduction Ce dossier présente l’ensemble de mes compétences en essais vibro-acoustiques et acoustiques acquis au court de mes projets de recherche, professionnels mais également académiques. Certains set-ups expérimentaux ainsi que certaines techniques utilisées pour l’acquisition de signaux acoustiques et vibratoires et pour le traitement et l’analyse des données sont illustrées et résultent d’un projet de recherche et de développement effectué dans les laboratoires d’essais de LMS international. L’aspect général de l’étude est présentée. D’autres illustrations proviennent des laboratoires de l’Institute of Sound and Vibration Research ou de projets effectués par le bureau d’étude ATS. Elles présentent l’élargissement de mes compétences vibro-acoustiques au domaine électro-acoustique et de l’acoustique environnementale. Dans chacun des projets, je fus responsable de l’accomplissement des travaux de mesures et d’analyses. Concernant les essais vibro-acoustiques chez LMS, la majeure partie des mesures ont été effectuées grâce au logiciel LMS Cada-X et modules d’acquisitions du front-end LMS Scadas. Certaines analyses présentées ont été effectuées avec le logiciel LMS Test.Lab. Essais vibro-acoustiques

• Mesures vibratoires pour la réalisation d’analyse modales structure. Le but général de l’étude était de procéder au recalage d’un modèle FE d’une portière de voiture en vue d’accomplir des comparaisons essais-simulations aux fréquences dites “moyennes” (i.e. jusqu'à 400-500Hz). Une analyse modale la plus complète possible était nécessaire pour obtenir un comportement vibratoire de référence. Le système à tester se constituait d’une cavité délimitée par des parois en béton représentant l’habitacle et l’armature supportant la porte. Considérant cet ensemble complexe, plusieurs étapes et analyses modales furent réalisées sur des configurations diverses de la porte et du système porte/joints/armature pour permettre un recalage progressif du modèle ; entre autre, porte en condition free-free (sans et avec vitre) (figure 1), porte contrainte (i.e insérée et vissée à l’armature, avec et sans accessoires et trim) (figure 2). Deux techniques d’analyse modale structure ont été effectuées. L’une utilisant la technique dite “roving hammer” pour effectuer des mesures rapides et l’autre utilisant un pot vibrant (shaker ou mini-shaker, suivant la gamme de

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fréquence à étudier). Dans le cas d’utilisation d’un pot vibrant, le signal d’excitation était aléatoire de type “Burst Random” et de caractéristiques adaptées aux mesures. Dans le cas de la technique du “roving hammer”, différents embouts ont été utilisés selon la puissance souhaitée de la force d’impact administrée au système. Cette méthode a permis également d’estimer la rigidité de l’armature insérée dans le béton. Figure 1

Porte en condition free-free Set-up général Figure 2

Set-up : pot vibrant et accéléromètres

Un contrôle continu de la validité des mesures a été effectué. Contrôle des spectres autopower des sources d’excitations (marteau, pot vibrant), de la validité de cette fonction selon la bande de fréquence, de la qualité de la fonction de cohérence entre signal de référence et signaux mesurés par les accéléromètres, spectres crosspowers et fonction crosscorrelation entre différents signaux. Vérification de la linéarité et réciprocité du système étudié. Mesures des réponses fréquentielles FRF vibratoires dans les trois directions du repère global de coordonnées si possible. Prise en compte des angles d’Euler entre axes de mesures et surface de la structure.

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Estimation des paramètres modaux par méthode de résolution temporelle ou fréquentielle : Time DOF, Time Domain Multiple Degree of Freedom Estimation, Polimax, Frequency Domain Multiple Degree of Freedom Estimation. Détermination du diagramme de stabilisation, du nombre de pôles solutions du système, estimation des facteurs de contribution modale, sélection des modes en fonction de la stabilité des pôles, de la somme des FRFs et des fonctions MIFs (mode indicator function). Calculs des résidus et estimation des vecteurs modaux. Vérification de l’exactitude et de la qualité de l’analyse modale par les outils de validation, comme la synthèse des réponses fréquentielles en fonction des modes retenus et des résidus calculés, comparaison des fonctions synthétisées et mesurées, étude des valeurs MAC “Modal Assurance Criterion” et “Modal Complexity”. La figure 3 illustre la méthode. Figure 3

Diagramme des pôles solutions et sélection des modes

Animation des modes retenus

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• Mesures vibro-acoustiques pour la réalisation d’analyses modales sur le système couplé fluide-structure.

Une méthodologie identique fut appliquée pour examiner le comportement vibro-acoustique de la porte ainsi que l’éventuel présence de modes couplés. La structure fut excitée par un pot vibrant et les réponses furent mesurées en certains points de la cavité définis par un réseau de microphones (figure 4). Réciproquement, la cavité fut excitée par une source acoustique de type “volume velocity” et les réponses mesurées par les accéléromètres placés en surface de la structure. Deux sortes d’analyse modale ont donc été effectuées dans ce contexte. Un exemple de résultat et la géométrie des points mesurés sont présentés à la figure 5. Figure 4

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Figure 5

• Mesures acoustiques pour la réalisation d’analyse modale acoustique de la cavité.

Procédure similaire en utilisant comme source d’excitation une source acoustique de type “volume velocity” et mesures de la réponse aux microphones. La figure 6 présente un exemple de modes acoustiques mesurés dans ce system d’espace fermé cavité/porte.

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Figure 6

Autres essais vibro-acoustiques : MSc. dissertation Etude de bruits et investigation du comportement vibro-acoustique des scanners IRM. Mesures vibro-acoustiques sur aimants et bobines dans un champ magnétique intense de 3 Tesla. Estimation du “noise floor” des transducteurs. Mesure du comportement du système aux signaux d’excitations de l’imagerie médicale. Comparaison des mesures avec modes des bobines calculés analytiquement.

http://users.skynet.be/thomas.peuvrel/download/MSc_dissertation.pdf Autres compétences en essais vibro-acoustique

• Mesures de la signature de machines tournantes, moteur. Maîtrise de la mesures de la signature de machines tournantes et moteurs (mesure du tacho et des réponses vibratoires). Utilisation de la méthode d’acquisition en fréquence d’échantillonnage fixe ou adaptative en fonction de l’ordre “order tracking”. (Cada-X Smon, Test.Lab Signature data acquisition et post-processing )

• Mesures intensimétriques Maîtrise de la procédure de mesures intensimétriques (selon normes). Calibration de la sonde, méthodes “scanning” et “fixed point”, post-processing.

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• Technique Airborne Source Quantification.

Cette méthode permet d’estimer les contributions de différents éléments ou de surfaces vibrantes par la mesure et l’analyse des voies de transferts d’énergie. Ceci permet de reconnaître les mécanismes qui contribuent le plus à la source de bruit en un point défini. Troubleshooting de l’équipement de mesure Expérience dans le diagnostique de défaillance du matériel d’acquisition LMS Scadas (frontend) et des logiciels Cada-X et Test.Lab. (Expériences dans la division support client LMS Customer Services Test) Mesures acoustiques et électro-acoustiques

• Mesures acoustiques environnementale et architecturale

Réalisation de campagnes de mesures acoustiques en environnement. Détermination des caractéristiques des sources sonores par estimation de leur puissance acoustique en fonction des niveaux de pressions sonores mesurés à distance. Utilisation du logiciel de modélisation sonore 3D IMMI en espace ouvert permettant d’accomplir des études d’impact sur l’environnement et de réaliser des cartes de bruit prévisionnelles. Mesures de l’isolation sonore des parois, plancher, vitres, études des bruit de chocs, détection des fuites (estimation du “Transmisson Loss factor”, et absorption). Propagation et atténuation dans les conduits d’air. Estimation du critère “noise rating” NR. Etude d’intelligibilité et de réverbération : mesures des caractéristiques acoustiques d’un espace fermé par mesures du temps de réverbération (RT et EDT), échogrammes, RASTI. Réalisation des mesures statistiques traditionnelles : Léq, L1, L10, L50, L90, L95.

• Mesure électro-acoustiques.

Mesures d’impédance de transducteurs (haut-parleurs) à l’aide de MLSSA, mesure de fonctions de transferts HRTF (Head Related Transfer Function) en chambre anéchoique. Etude de la synthèse binaurale et des phénomènes psycho-acoustiques.

http://www.isvr.soton.ac.uk/FDAG/VAP/html/osd.html

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Equipement et logiciels utilisés lors d’essais vibro-acoustique

Transducteurs

Pots vibrants : shaker ou mini-shaker Source acoustique : volume velocity source, source de bruit blanc Accéléromètres : mono-axial, tri-axial Microphones : type free-field Sonde Intensimétrique

Modules d’acquisition

Scadas II et III frontend : PDT, QDAC, PQFA, PQCA, PQMA.

Logiciels d’acquisition

LMS Cada-X : FMon, SMon LMS Test.Lab : Desktop, On line random and Acoustic

Reduction, Throughput acquisition, Signature acquisition

Logiciels de post-processing et d’analyses

LMS Cada-X : Modal Analysis, TMon, SMon, Running Modes

LMS Test.Lab : Modal Analysis, Order tracking

Sonomètrie

Sonomètres B&K et 01dB

Autres

Carte de bruit environnementale : IMMI Speaker impédance et réponse fréquentielle : MLSSA Corrélation FE/Test : LMS Gateway Formations complémentaires sur la théorie et la pratique des essais vibro-acoustiques ISMA Course on Modal Analysis. 2003 Katholieke Universiteit, Leuven – Belgique Modules spécialisés en traitement du signal 2001 Institute of Sound and Vibration Research, University of Southampton

Non-Stationary and Non-linear Methods in Digital Signal Processing, Measurement Technology and Instrumentation.

en fonction de la caractéristique de leur gamme d’excitation fréquentielle