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1 - LOI DE HOOKE GÉNÉRALISÉE

2 - SOLIDE ISOTROPE ILLIMITÉ. POTENTIELS

3 - CRISTAL ILLIMITÉ

4 - RÉFLEXION ET RÉFRACTION

5 - ONDES GUIDÉES

Article de référence | Réf : AF3814 v1

Solide isotrope illimité. Potentiels
Acoustique - Propagation dans un solide

Auteur(s) : Daniel ROYER, Eugène DIEULESAINT

Relu et validé le 21 oct. 2019

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Auteur(s)

  • Daniel ROYER : Ingénieur de l’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris (ESPCI) - Professeur à l’Université Denis-Diderot, Paris 7

  • Eugène DIEULESAINT : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité (ESE) - Professeur émérite à l’Université Pierre-et-Marie-Curie, Paris 6

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INTRODUCTION

Dans un solide isotrope, le déplacement apparaît comme la somme d’un vecteur sans divergence et d’un vecteur irrotationnel. Ces vecteurs donnent lieu à une décomposition de l’équation de propagation en deux parties indépendantes :

  • l’une décrit une onde transversale (mouvement de cisaillement) ;

  • l’autre une onde longitudinale (suite de compressions et de dilatations).

Dans un solide anisotrope tel qu’un cristal, l’équation de propagation admet trois solutions et donc trois ondes élastiques. La surface des lenteurs acous-tiques, analogue à la surface des indices en optique, comprend trois nappes. L’intérêt de cette surface est, d’une part, que sa normale indique, pour toute direction, le sens de progression de l’énergie et, d’autre part, qu’elle illustre les phénomènes de réflexion et de réfraction à l’interface de deux solides.

Les ondes guidées par un plan (ondes de Rayleigh) jouent un grand rôle non seulement en géophysique mais aussi dans le traitement des signaux élec- triques. Elles sont traitées dans la dernière partie de cet article. Les ondes de Lamb (modes de plaque), de Love (modes dans une couche et son substrat) et les ondes se propageant dans un cylindre y sont aussi décrites.

L’article « Acoustique » fait l’objet de plusieurs fascicules :

AF 3 810 Équations générales

AF 3 812 Propagation dans un fluide

AF 3 814 Propagation dans un solide

Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.

Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules.

De plus, on trouvera à la fin du fascicule Acoustique- Équations générales un tableau des principales notations utilisées.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af3814


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2. Solide isotrope illimité. Potentiels

Dans ce cas, selon la relation 94 de [AF 3 812], la relation [3] s’écrit :

Tij = λSδij + 2µSij.
( 4 )

Les deux coefficients indépendants λ et µ (exprimés en GPa) sont appelés ici constantes de Lamé. Ce couple de constantes caractérisant l’isotropie du matériau est remplaçable par un autre : module d’Young (Y ) et coefficient de Poisson (ν) ou par deux constantes élastiques c1111 et c1122, en notation matricielle c11 et c12. Ces coefficients sont reliés entre eux  ; par exemple, on a :

Le coefficient de Poisson (ν) est toujours inférieur à 0,5. Pour des métaux tels que l’acier ou le duralumin :

λ » 2µ ®rarr; ν » 1/3.

Des ordres de grandeur des constantes de Lamé de quelques matériaux sont donnés dans le tableau 1.

Ainsi, dans un solide isotrope, la loi de Hooke [4] s’exprime (avec la relation ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ROYER (D.), DIEULESAINT (E.) -   Ondes élastiques dans les solides, Tome 1. Propagation libre et guidée,  -  p. 120-121, Masson, Paris (1996).

  • (2) - KINO (G.S.) -   Acoustic waves, devices, imaging and analog signal processing,  -  Prentice-Hall, Englewood Cliffs, p. 100 (1987).

  • (3) - ADLER (E.L.) -   SAW and Pseudo-SAW properties, using matrix methods,  -  IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 41, p. 876-882 (1994).

  • (4) - DIEULESAINT (E.), ROYER (D.) -   Dispositifs à ondes élastiques.  -  Techniques de l’Ingénieur, Traité Électronique, E 3 210 (2000).

  • (5) - DEFRANOULD (Ph.), WRIGHT (P.) -   Filtres à ondes de surface : conception, fabrication, applications.  -  Techniques de l’Ingénieur, Article E 2 200 (2000).

  • (6) - ACHENBACH (J.D.) -   Wave...

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