ANALYSE NUMERIQUE D UN MODELE EXPERIMENTAL DE VOIE DE CHEMIN DE FER. Alvaro Yeregui Tejedor Hamid Chebli Didier Clouteau

Transcription

1 ANALYSE NUMERIQUE D UN MODELE EXPERIMENTAL DE VOIE DE CHEMIN DE FER. Alvaro Yeregui Tejedor Hamid Chebli Didier Clouteau 1

2 INTRODUCTION. Situation actuelle -Problème: Dégradation accentuée des voies provoquée par les trains grand vitesse. -Il manque des modeles du comportement des voies. Projet Supertrack -Def: Projet du programme GROWTH de la CEE, destiné a la modelisation du comportement physique du system train-voie pendant son cycle de vie, pour améliorer son design et sa maintenance. -Participants: Participants du secteur industriel: SNCF, RENFE, GIF, GDS. Organisations de recherche: CEDEX, NGI. -Axes de travail: Participants académiques: École Centrale Paris, Linkoping University in situ, Mesures sur la réseau, Modélisation physique, Modélisation numérique, Validation 2

3 INTRODUCTION. Analyses numériques de la Trackbox. Modélisation physique de sections de voie: Trackbox. (CEDEX) Modélisation numérique de la Trackbox. (ECP) Trackbox Constitution: - Structure metalique de la Trackbox. - Voie et sous-couches. - Systèmes de génération de conditions climatologiques et système de mesures. Objectif: Essais non-linéaires long terme, avec de modeles à grand échelle, en appliquant des cycles de charge. Avantages : - Réduction de temps de mesures. - Expérimentation en différentes sections de voies. 3

4 INTRODUCTION. Analyses numériques de la Trackbox. Objectives Comment peut le nouveau environnement des voies, influencer son comportement? -Étude du comportement dynamique de la structure de la Trackbox. -Etude du comportement de la Trackbox, quand on applique des charges verticales. -Comportement dynamique. -Conditions de contact entre les voies et la structure de la Trackbox. 4

5 INTRODUCTION. Plan: -Description de la Trackbox. -Méthodologie des analyses. -Etude dynamique de la structure metalique de la Trackbox. -Analyse de l ensemble de la Trackbox. 5

6 DESCRIPTION DE LA TRACKBOX. Structure de la Trackbox. 6

7 DESCRIPTION DE LA TRACKBOX. Structure de la Trackbox. 7

8 DESCRIPTION DE LA TRACKBOX. Structure de la Trackbox. 8

9 DESCRIPTION DE LA TRACKBOX. Voies et sous-couches. 9

10 DESCRIPTION DE LA TRACKBOX. Système de génération de conditions climatologiques. Système de mesures. 10

11 METHODOLOGIE M.E.F. Modeles élastiques Réponse statique. Modes naturels de vibration. Réponse fréquentielle/temporelle. Logiciel de calcul SDT MATLAB 11

12 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Introduction Analyse du comportement dynamique de la structure. Influence du comportement de la structure de la Trackbox sur le comportement global de la Trackbox. Analyses des premiers modes de vibration. -Modes de vibration Résume l information dynamique. -Premiers Les plus significatifs pour notre cas. 12

13 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Comportement dynamique de la structure de la Trackbox. Model. Simplifications -Un seule module latéral -Élimination d une partie de la structure supérieure. Model A1 13

14 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Comportement dynamique de la structure de la Trackbox. Modo 3, Hz Modo 4, Hz Mode 1, Hz Mode 2, Hz Modes associés aux portiques. Modo 5, Hz Modo 6, Hz Modes associés aux surfaces libres des murs. 14

15 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Influence de la structure sur le comportement dynamique de la Trackbox -Modes de vibration provoqués par la structure. -Vibrations sur les surfaces libres des murs. Model A2 -Variation du comportement dynamique provoqué par les modifications faites sur la Trackbox. Model B Model A3 15

16 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Modes de vibration provoqués par la structure Comparaison des modes de vibration des models A1 et A2. A1, Mode 1, Hz A2, Mode 1, Hz A1, Mode 2, Hz A2, Mode 3, Hz Conclusions: -Il paraît difficile que ces modes soient excités pendant l application des charges verticales. -Ces modes sont indépendants de la partie supérieure de la structure non modelé. 16

17 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Vibrations sur les surfaces libres des murs. Model A1 A partir de 20 Hz A1, Modo 4, Hz Model A3 Vibrations similaires Conclusions: -Modes facilement excitables. A3, Modo 4, Hz A3, Modo 6, Hz Compression verticale voies poussée horizontal des murs excitation des modes? 17

18 ETUDE DYNAMIQUE DE LA STRUCTURE DE LA TRACKBOX Variation du comportement de la Trackbox aprés les modifications de la structure. -Comparaisions des modes propes de vibration des models A2 et B. -Modes analogues dans les deux models. -Augmentation des fréquences des modes, spécialement les modes associés au balancement de la boite. B, Modo 1, 10.9 Hz A2, Modo 4, Hz -Conclusions: -Ajout des poutres d appui additionnelles est une bonne correction. 18

19 ANALYSE NUMERIQUE D UN MODELE EXPERIMENTAL DE VOIE DE CHEMIN DE FER. -Description de la Trackbox. -Etude dynamique général de la structure de la Trackbox. -Analyse du comportement dynamique de la structure. -Influence du comportement de la structure de la Trackbox sur le comportement global de la Trackbox. -Modes de vibration provoqués par la structure. -Vibrations sur les surfaces libres des murs. -Variation du comportement dynamique provoqué par les modifications faites sur la Trackbox. 19

20 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Introduction -Trackbox Application des charges verticales sur les voies. Observation de la dégradation de ses éléments. -Quel sera l effet de l environnement des voies (structure metallique de la Trackbox) pendant les essais? -Études -Influence de la structure de la Trackbox sur le comportement dynamique de la voie. -Influence des contacts entre les murs de la Trackbox et la section de la voie. 20

21 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Modeles -Section de la voie choisie tronçon de la ligne Madrid-Zaragoza. -Modele basique. -Modeles utilisés. A1: frontières latérales libres. B1: frontières latérales encastrées. A2: frontières latérales encastrées. B2: frontières latérales glissantes. 21

22 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Vérification du comportement statique. 2 x 98.5 KN -Modélisation du joint rail-traverse plus rigide. -Module de Young. 22

23 m ) m ) ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Comportement dynamique des voies réelles TIME (sec) δ V ( m ENGINE AT 40 Km/h: TIME RAIL ABSOLUTE VERTICAL DEFLECTIONS ON SUBSECTION 2B (S14) (sec) Statique V= 40 Km/h V= 100 Km/h δ V ( m ENGINE AT 100 Km/h: RA Amplification déflexion 3.8 % Amplification déflexion 29 % Effet dynamique: -Vitesse des ondes s du terrain. -Excitation des modes propre de la voie. 23

24 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Comportement dynamique des models. Application des charges. Critère produire la meme deflexion. Réponse temporelle. f(t) F(jw) U(jw) = G(jw) F(jw) u(t) 40 Km/h 100 Km/h Amplification expérimentale. ~ 3.8 % ~ 29 % Amplification calculée (model A1). 1 % 5.8 % 24

25 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Comportement dynamique des models. Cause de l amplication de la deflexion Hz Sources d erreur -Modules de Young. -Non inclusion des masses non suspendues dans les modeles. 25

26 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Influence de la structure de la Trackbox sur le comportement dynamique de la section de voie. En général, modes de vibration analogues. Même deformation. Différent fréquence. Exemple: Mode différent. Model B1, Hz Model A2, Hz Model B1, Hz 26

27 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX Influence des conditions de contact. Déflexions pour des charges de 2 x 98.5 KN P1 P2 Model B mm mm Model B mm mm 20 % 8 % Model B1 Model B2 27

28 ANALYSE DE L ENSEMBLE DE LA TRACKBOX -Construction du model de la voie. -Validation statique et dynamique du model de la voie. -Influence de la structure de la Trackbox sur le comportement dynamique de la section de voie. -Influence des conditions de contact. 28

29 PERSPECTIVES -Comparaison entre rigidité des murs de la structure de la Trackbox et le terrain autour la voie réelle. -Étude de la réflexion des ondes dans les murs. 29