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Streszczenie:
Prediction of the acoustic performance of 3D printed materials is investigated at normal and grazing incidence. A direct numerical (microscopic) simulation that solves the full set of Navier-Stokes equations is used as a reference. It is compared with a macroscopic approach in which the material is represented by an equivalent fluid. The materials have a periodic microstructure, consisting either of a single network of spherical or cubic cavities connected by cylindrical channels or of a double-nested network. The samples are printed using the stereolithography technique and are tested using an impedance tube and a duct test bench. For single network geometries, the results of sound absorption at normal and grazing incidence predicted using the equivalent fluid approach are in good agreement with those obtained by the microscopic approach. Comparisons with impedance tube measurements confirm that both approaches can accurately predict the absorption coefficient of the samples. For the in-duct liner configuration, the transmission loss measurements and predictions show similar evolution with frequency change, despite the discrepancy in amplitude. For the double network geometry, the equivalent fluid approach cannot exactly reproduce the results obtained with the direct numerical simulation. Finally, while the predictions with the microscopic approach provide a good match with the impedance tube measurements, only a poor agreement is obtained using the duct testing bench.

Słowa kluczowe:
Acoustic absorber,3D printing,Duct,Multiscale approach

Streszczenie:
L’objectif de cette étude est de modéliser et de caractériser le comportement de matériaux réalisés en impression 3D lorsqu’ils sont placés en paroi d’un conduit. Le matériau considéré présente une structure périodique dont la cellule de base comporte une sphère reliée aux sphères des autres cellules par des canaux cylindriques. Le squelette rigide du matériau permet de le modéliser comme un Fluide Équivalent. Quand le matériau est placé en paroi de conduit, la modélisation par son impédance de surface n’est plus suffisante et la propagation dans le matériau doit être prise en compte. Trois modélisations du matériau sont étudiées. Les deux premières s’appuient sur une description macroscopique au moyen d’un Fluide Équivalent. Dans la première, il est décrit par ses fonctions caractéristiques dynamiques (densité et compressibilité), calculées au moyen d’un modèle numérique d’un tube de Kundt. Dans la seconde modélisation, les paramètres du modèle JCALP sont déduits par résolution des équations de Stokes, Laplace et Poisson pour une seule cellule du matériau. Le troisième modèle consiste à décrire le matériau dans sa globalité à l’échelle microscopique et à résoudre les équations de Navier-Stokes Linéarisées (NSL) dans le conduit et le matériau. Les résultats des trois modèles sont comparés en incidence normale et en paroi d’un conduit. Différentes techniques d’impression 3D ont été utilisées pour réaliser des échantillons, et montrent une variabilité importante des géométries effectivement réalisées et par suite des coefficients d’absorption mesurés en tube de Kundt. Les résultats d’expérimentations en paroi de conduit sont également comparés avec ceux de la modélisation.