Métamatériaux acoustiques piézoélectriques pour le contrôle d'ondes guidées - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Piezoelectric Acoustic Metamaterials for Guided Wave Control

Métamatériaux acoustiques piézoélectriques pour le contrôle d'ondes guidées

Résumé

This work concerns the propagation of elastic waves in an active Phononic Crystal (PC) consisting of a homogeneous piezoelectric plate, polarized according to its thickness and covered on both sides with a 1D periodic array of thin electrodes connected to impedances. The advantage of this type of CP, made from active materials, is the possibility of modulating, statically or dynamically, the band structure. Since the material used is piezoelectric, the tunability of the device is obtained by applying different periodic electrical boundary conditions (PEC) leading to control of the dispersion of the guided Lamb waves propagating in the CP. More particularly, we are interested in this study in the case of electrodes with a floating potential or connected to inductors. In the latter case, we show the opening of hybridization gaps thanks to the coupling of elastic waves to electrical resonances. Two methods are used to obtain the experimental dispersion curves. : on the one hand, the measurement of the electrical impedance on an electrode of the CP giving a spectrum whose peaks correspond to the presence of standing guided waves; on the other hand, the measurement of the electric potential on each electrode, making it possible to complete the characterization by analyzing the mode couplings as a function of the symmetries of the system. This experimental study is based on a complete elastodynamic modeling, taking into account the piezoelectric characteristics and the eigenmode coupling effects of Lamb in the CP.
Ce travail concerne la propagation des ondes élastiques dans un Cristal Phononique (CP) actif constitué d’une plaque piézoélectrique homogène, polarisée suivant son épaisseur et recouverte sur ses deux faces d’un réseau périodique 1D d’électrodes minces connectées à des impédances. L’intérêt de ce type de CP, réalisé à partir de matériaux actifs, est la possibilité de moduler, de façon statique ou dynamique, la structure de bandes. Le matériau utilisé étant piézoélectrique, l’accordabilité du dispositif est obtenue en appliquant différentes conditions aux limites électriques périodiques (CLE) conduisant à un contrôle de la dispersion des ondes de Lamb guidées se propageant dans le CP. Plus particulièrement, on s’intéresse dans cette étude au cas d’électrodes avec un potentiel flottant ou connectées à des inductances. On montre dans ce dernier cas l’ouverture de gaps d’hybridation grâce au couplage des ondes élastiques à des résonances électriques. Deux méthodes sont utilisées pour l'obtention des courbes de dispersion expérimentales. : d’une part la mesure de l'impédance électrique sur une électrode du CP donnant un spectre dont les pics correspondent à la présence d'ondes guidées stationnaires; d'autre part, la mesure du potentiel électrique sur chaque électrode, permettant de compléter la caractérisation en analysant les couplages de modes en fonction des symétries du système. Cette étude expérimentale s’appuie sur une modélisation élastodynamique complète, prenant en compte les caractéristiques piézoélectriques et les effets de couplage de modes propres de Lamb dans le CP.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03125758 , version 1 (29-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03125758 , version 1

Citer

Feriel-Hiba Chikh-Bled. Métamatériaux acoustiques piézoélectriques pour le contrôle d'ondes guidées. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Normandie Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020NORMLH16⟩. ⟨tel-03125758⟩
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