Ontwikkeling en validatie van een golfgebaseerde techniek voor voorwaartse en inverse simulatie van vibro-akoestische problemen met trimmateriaaldemping.

De voorbije jaren heeft vibro-akoestiek een belangrijke rol verworven in de maakindustrie. Deze evolutie kwam op gang door groeiende klantvereisten, die een bepaald geluid met kwaliteit associ\"eren, en door steeds strengere reglementering op het afgestraalde geluid van producten en de menselijke blootstelling aan geluid en trillingen. Ook belangrijk is de trend naar lichtgewichtmaterialen, aangespoord door een toegenomen ecologisch bewustzijn en hoge directe en indirecte materiaalkosten. Deze lichtgewichtmaterialen hebben nochtans minder gunstige vibro-akoestische eigenschappen door hun lagere massa met behoud van stijfheid. Vaak worden meerlaagse dempende materialen toegevoegd, maar bijna altijd a posteriori. De introductie van deze dempende lagen in een geïntegreerde ontwerpcyclus met vaak tegenstrijdige vereisten, waaronder het NVH gedrag (Noise, Vibration and Harshness), vormt wereldwijd een uitdaging voor ingenieurs. 

Een hedendaagse ontwerpomgeving vereist een groot aantal prototypes. Tijdrovende en dure fysieke prototypes worden echter meer en meer virtueel om de ontwikkelingstijd te verkorten. Jammer genoeg kan op dit moment geen enkele van de bestaande technieken het vibro-akoestisch gedrag voorspellen over het hele menselijk hoorbare frequentiegebied. Momenteel bestaan er technieken voor het laag- en hoogfrequente gebied, maar niet voor het middenfrequente gebied, dat voor veel toepassingen overeenkomt met het gebied waar het menselijk gehoor het meest gevoelig is. Elementgebaseerde methodes zijn beperkt tot het laagfrequente gebied gekenmerkt door lange golflengtes in verhouding tot de probleemgeometrie doordat de modelgrootte en de rekentijd meer dan lineair toeneemt met frequentie. Statistische methodes steunen daarentegen op een aantal aannames die alleen gelden in het hoogfrequente gebied met korte golflengtes. Toevoegen van lichtgewichtmaterialen en complexe dempende lagen beperkt de toepasbaarheid van de huidige technieken nog verder door de grote resulterende modellen en korte golflengtes.

De Golfgebaseerde Methode, die de kern vormt van deze verhandeling, is ontwikkeld om de problemen van de laagfrequente methodes te verlichten en het middenfrequente gebied te overbruggen. De dynamische veldvariabelen benaderen met een set van golffuncties die exacte oplossingen zijn van het wiskundig probleem, leidt tot een efficiëntere techniek. De methode is in het verleden al toegepast voor akoestische en structuurdynamische problemen en het gecombineerde vibro-akoestische probleem.

In het licht van de opgang van lichtgewichtmaterialen en complexe dempende lagen focust het onderzoek in deze verhandeling op de introductie van nauwkeurige modellen voor deze materialen in een efficient golfgebaseerd model van de vibro-akoestische omgeving. Twee aparte sporen worden hierin gevolgd om een dubbel doel te dienen. Een eerste, zeer effici\"ente aanpak is gebaseerd op een koppeling tussen de Golfgebaseerde Methode en de Transfermatrixmethode en laat snelle, benaderende voorspellingen toe op een model met een amper toegenomen rekenkost in vergelijking met het ongedempte vibro-akoestisch model. Een tweede techniek laat gedetailleerde voorspellingen toe van het dynamisch gedrag van deze dempende lagen en hun impact op de vibro-akoestische omgeving.

Beide bijdragen breiden het toepassingsgebied van de Golfgebaseerde Methode uit naar vibro-akoestische problemen met complexe dempende lagen. De theoretische ontwikkelingen zijn ondersteund door een aantal numerieke validatiestudies die de toepasbaarheid en efficiëntie van de voorgestelde technieken aantonen.