Добірка наукової літератури з теми "Couplage acoustique-élastique"

Ce travail étudie les approches globales en temps de décomposition de domaine pour résoudre des problèmes transitoires d'interaction fluide-structure. Afin de déterminer un algorithme optimal, nous étudions dans un premier temps la solvabilité des problèmes élastodynamiques et acoustiques transitoires avec des conditions aux frontières de type Robin et de Neumann. Nous énonçons des résultats de solvabilité, en soulignant les différentes régularités espace-temps des solutions. Nous étudions également la solvabilité du problème couplé élastodynamique-acoustique transitoire. Puis en nous basant sur ces résultats mathématiques, nous proposons ensuite un algorithme itératif global en temps basé sur les conditions aux limites de type Robin pour le problème couplé et prouvons sa convergence.Ces résultats sont ensuite mis en oeuvre pour coupler deux méthodes numériques efficaces. La réponse du fluide en temps discret est obtenue à l'aide d'une approche Z-BEM qui combine (i) une méthode d'éléments de frontière (BEM) accélérée par la méthode des matrices hiérarchiques dans le domaine de Laplace et (ii) une quadrature de convolution. La réponse de la structure est modélisée à l'aide de la méthode des éléments finis. Nous développons de cette manière une méthode numérique de couplage itérative globale en temps à convergence garantie, permettant en outre d'utiliser deux méthodes numériques distinctes de manière non intrusive.Plusieurs améliorations sont ensuite proposées: une méthode d'accélération de convergence est mise en œuvre et une approximation à haute fréquence est proposée pour améliorer l'efficacité de la Z-BEM. On propose ensuite un deuxième couplage itératif global-en-temps basé sur une interface acoustique-acoustique, dont la convergence est également démontrée. Ce couplage permet ensuite d'introduire des effets non linéaires dus au phénomène de cavitation pour préciser le modèle fluide. La Z-BEM est enfin adaptée en utilisant la méthode des images pour permettre la prise en compte d'une surface libre.Cette méthode est appliquées à des problèmes à dynamique rapide de dispersion d'ondes de choc acoustiques par des structures élastiques immergées et permet de simuler des configurations réalistes rencontrées dans l'industrie navale
This work addresses global-in-time domain decomposition approaches for the numerical solution of transient fluid-structure interaction problems. To determine an optimal algorithm, we first study the solvability for the transient acoustic and elastodynamic problems with Robin and Neumann boundary conditions. We state solvability results along with the different space-time regularities of the solutions. We also study the solvability for the transient coupled elastodynamic-acoustic problem. Using on these mathematical results we then propose a global-in-time iterative algorithm based on Robin boundary conditions for the coupled elastodynamicacoustic problem and we prove its convergence.These results are leveraged to design a computational methodology by coupling two efficient numerical methods. The fluid response is formulated in the discrete-time domain, using a Z-BEM approach that combines (i) a boundary element method (BEM) accelerated with hierarchical matrix implemented in the Laplace domain and (ii) a convolution quadrature method. The structure response is modelled using the finite elements method. We thus propose a global-in-time iterative coupling with guaranteed convergence, which enables the use of two distinct numerical methods in a non-intrusive manner.Several improvements are then explored: an acceleration method is implemented and a high-frequency approximation is proposed to improved the Z-BEM efficiency. A second iterative global-in-time coupling based on an acoustic-acoustic interface is then proposed and its convergence is also proved. This coupling enables the addition of non linear effects due to the cavitation phenomenon to derive a more realistic fluid model. The Z-BEM is lastly adapted using the method of images to take a free surface into account.This method is applied on fast-time problems of acoustic shock wave scattering by submerged elastic structures and enables to simulate realistic configurations from naval industry

L'objectif de cette thèse est de proposer et de tester une nouvelle méthode pour la mesure des charges d'espace dans les isolants en couche mince avec une haute résolution spatiale. La méthode proposée est appelée Reflectométrie Électro-Acoustique ou en anglais Electro-Acoustic Reflectometry (EAR). La méthode EAR est basée sur le couplage électro-élastique de l'échantillon testé. L'excitation et la mesure sont électriques et se font dans le domaine fréquentiel. Une instrumentation micro-onde est employée pour des mesures à haute fréquence. Le principe de la mesure repose sur le fait que lorsque les charges sont excitées par un champ électrique appliqué, elles génèrent des ondes ultrasonores. L'énergie consommée par la génération de ces ondes produit une signature dans la réflexion par l'échantillon de l'excitation électrique. C'est cette signature qui est utilisée pour retrouver la distribution des charges d'espace par une simple transformée de Fourier inverse. Un banc de mesure composé d'un analyseur de réseaux vectoriel, d'un porte-échantillon dédié et d'une interface d'acquisition a permis de tester la méthode EAR. Les résultats obtenus sont prometteurs. La résolution spatiale démontrée est de 1.2µm en volume. Elle dépasse la meilleure résolution spatiale actuelle obtenue avec les méthodes ultrasonores conventionnelles existantes d'un facteur d'environ 10. Pour améliorer encore la résolution spatiale de la méthode EAR, il est nécessaire d'augmenter la plage de fréquences de mesure. Une approche est proposée pour résoudre les problèmes rencontrés à haute fréquence
The objective of this thesis is to come up with and test a new method for the measurement of space charge in very thin insulating films with a high spatial resolution. The proposed method is called Electro-Acoustic Reflectometry (EAR) method. The EAR method relies on the electro-elastic coupling of the sample under test. Both excitation and measurement are of electrical nature and are performed in frequency domain. A microwave setup is used for high frequency measurements. The measurement principle is the generation of ultasonic waves when space charge undergoes an applied electrical field. The energy that is used up in the generation of these waves leaves a feature in the reflection of the electrical excitation. It is this feature that is used to find the space charge distribution by a simple inverse Fourier transform. A measurement setup comprising a vector network analyser, a dedicated sample holder and an acquistion interface allows to test the EAR method. The obtained results are promising. A bulk spatial resolution of 1.2µm has been demonstrated. It exceeds the current best spatial resolution achieved by existing conventionnal ultrasonic methods by a factor of about 10. To further enhance the spatiale resolution of the EAR method, it is necessary to broaden the measurement frequency range. An approach to deal with the problems occuring at high frequnecy is proposed

Avec l’avènement du laser femtoseconde il est devenu possible de mesurer comment la démagnétisation femtoseconde peut permettre de sonder l’interaction d’échange dans les métaux ferromagnétiques. La démagnétisation induite par laser d’un matériau avec un fort couplage magnéto-élastique amène à la relaxation des contraintes mécaniques, générant ainsi des ondes acoustiques longitudinales (L) et transversales (T). Dans ce travail de thèse, la génération d’impulsions acoustiques picosecondes T par le mécanisme de démagnétostriction dans des matériaux fortement magnétostrictifs est traitée analytiquement et montrée expérimentalement dans le cas d’un alliage de Terfenol. En premier lieu, nous avons développé un modèle phénoménologique de magnétostriction directe dans un film monocristallin de Terfenol. Les expériences pompe-sonde linéaire MOKE résolues en temps montrent que la relaxation transitoire des contraintes magnéto-élastiques du film amène à l’excitation d’ondes GHz acoustiques L at T. Ces résultats sont la première observation expérimentale de l’excitation d’ondes acoustiques transversales picoseconde par mécanisme de démagnétostriction induit par laser. En second lieu, nous avons analysé le processus d’interaction d’ondes acoustiques L avec l’aimantation d’un film mince de Terfenol. L’onde acoustique picoseconde produit un changement de magnétisation du film et induit la conversion de modes acoustiques. C’est une autre voie de génération d’ondes acoustiques T que nous avons mis en évidence. La gamme de fréquence des impulsions générées est liée à l’échelle de temps de démagnétisation, qui corresponds à quelques centaines de GHz - 1 THz
With the advent of femtosecond lasers it became possible to measure how femtosecond optical demagnetization can probe the exchange interaction in ferromagnetic metals. Laser-induced demagnetization of materials with strong magneto-elastic coupling should lead to the release of its build-in strains, thus to the generation of both longitudinal (L) and shear (S) acoustic waves. In this thesis, generation of shear picosecond acoustic pulses in strongly magnetostrictive materials such as Terfenol is processed analytically and shown experimentally. In case of Terfenol with strong magneto-crystalline anisotropy, laser induced demagnetostriction is responsible for S excitation. First, the phenomenological model of direct magnetostriction in a Terfenol monocrystalline film is developed. The shear strain generation efficiency strongly depends on the orientation of the film magnetization. Time-resolved linear MOKE pump-probe experiments show that transient laser-induced release of the magnetoelastic strains lead to the excitation of GHz L and S acoustic waves. These results are the first experimental observation of picosecond shear acoustic wave excitation by laser-induced demagnetostriction mechanism. Second, the interaction of an optically generated L acoustic pulse with the magnetization of a Terfenol thin film is reported. Arrival of the picosecond strain wave alters a change of its magnetization and leads to acoustic mode conversion, which is another pathway of shear acoustic wave generation. The frequency bandwidth of the generated acoustic pulses matches the demagnetization timescale and lies in the range of several hundreds of GHz, close to 1 THz

Dans cette ère du tout électrique, la demande en technologie électrique est en nette augmentation dans plusieurs secteurs (automobile, ferroviaire et aéronautique). Malheureusement, le bruit et les vibrations d’origine magnétiques provenant de ces technologies restent une problématique préoccupante dans ces moyens de transports, perturbant ainsi le confort des passagers. Sachant que le fonctionnement de ces dispositifs électriques comme les moteurs, les générateurs, les transformateurs repose en grande partie sur les matériaux ferromagnétiques, les principales sources d’émission acoustiques sont la magnétostriction et les forces magnétostatiques. Les travaux de thèse discutés dans ce manuscrit visent à améliorer les connaissances actuelles sur les propriétés magnétiques et magnétostrictives des matériaux ferromagnétiques (NO Fe-3%Si) dans une perspective de compréhension et de maitrise de leur comportement sous différentes sollicitations (contrainte mécanique, effet des fréquences d’excitation. . .). L’étude présentée offre une approche complète d’investigation partant du matériau jusqu’au dispositif électrique. Un premier volet expérimental présente les caractérisations magnétiques et magnéto-élastiques effectuées sur des tôles magnétiques et sur une structure stratifiée. S’ajoute à cela, une étude sur la résonance mécanique induite par la magnétostriction dans une structure stratifiée ressemblant à un transformateur.Un deuxième volet traite de la modélisation du comportement magnétoélastique de la magnétostriction et de son intégration dans un outil basé sur la méthode des éléments finis pour permettre de prédire la magnétostriction sur une structure plus complexe qu’une simple tôle. Enfin, une étude impliquant l’interaction de la magnétostriction avec les forces de magnétiques est décrite avec une comparaison des résultats de simulation avec une méthode analytique et avec des mesures expérimentales
In this era of all-electric, the demand for electrical technology is clearly increasing in several sectors (automotive, rail and aeronautics). Unfortunately, magnetic noise and vibrations originating from these technologies remain a worrying issue in these means of transport, thus disrupting passenger comfort. Knowing that the operation of these electrical devices such as motors, generators and transformers relies largely on ferromagnetic materials, the main noise sources are magnetostriction and magnetic forces. The thesis works discussed in this manuscript aim to improve the current knowledge on the magnetic and magnetostrictive properties of ferromagnetic materials (NO Fe-3% Si) in a perspective of understanding and control of their behavior under different solicitations (mechanical stress, frequencies ...). The presented study offers a complete investigation approach from the material to the electrical device. A first experimental part presents the magnetic and magneto-elastic characterizations carried out on magnetic sheets and on a laminated structure. A study on the magnetic resonance induced by the magnetostriction including on an experimental modal analysis is presented as well. A second part deals with the modeling of the magneto-elastic behavior of magnetostriction and its integration into a finite element tool to predict the impact of the magnetostriction on a more complex structure than simple electrical sheet. Finally, a study of a possible interaction of magnetostriction with magnetic forcesis described with a comparison of simulation results with an analytical method and experimental measurements

Les isolants et les semi-conducteurs sont les principaux constituants des circuits intégrés, dont les performances croissantes sont notamment dus à la miniaturisation des composants, mais au prix d’une plus grande vulnérabilité : un champ électrique élevé favorise l’accumulation de charges, modifiant les caractéristiques du composant. Au contraire, les charges introduites par dopage contribuent à son bon fonctionnement. Pour une connaissance précise du profil de charges dans les isolants et les semi-conducteurs, un instrument de mesure directe et non destructive à l’échelle nanométrique est alors étudié dans ce mémoire. Une implémentation fondée sur une méthode pompe-sonde utilisant un laser femtoseconde permet d’obtenir une résolution spatiale inférieure à 50 nm. Une détection interférométrique ou électro-optique et l’accumulation d’un grand nombre de mesures sont nécessaires pour améliorer les signaux. Des mesures valident les premières étapes de la réalisation expérimentale.