TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES.. 5 AVANT PROPOS.. 11 INTRODUCTION GENERALE... 13 CHAPITRE 1 : TECHNIQUE GLOBALE D ANALYSE STATIQUE 1. NOTION DE MECANISME...15 1.1 LES ELEMENTS DE STRUCTURE... 16 1.2 LES ELEMENTS DE LIAISON... 16 1.2.1 Le modèle des liaisons cinématiques... 16 1.2.2 Le modèle des éléments technologiques de liaison... 16 1.3 LES EFFORTS INTERNES... 17 2. MODELES NUMERIQUES ET METHODES DE RESOLUTION...17 2.1 MODELES NUMERIQUES... 17 2.2 METHODES DE RESOLUTION... 18 2.3 OPTIMISATION : LA SOUS-STRUCTURATION STATIQUE... 20 2.3.1 Introduction... 20 2.3.2 Principe global de résolution du système non linéaire...20 2.3.3 Condensation et calculs de restitution... 21 3. MODELISATION DES ELEMENTS DE STRUCTURE...22 3.1 OUTIL INFORMATIQUE... 22 3.2 HYPOTHESES SUR LE COMPORTEMENT... 23 3.3 PRE-CHARGE D UN ELEMENT DE STRUCTURE... 24 3.3.1 Principe... 24 3.3.2 Mise en œuvre... 25 4. MODELISATION DES ELEMENTS DE LIAISON...25 4.1 LES PALIERS A ROULEMENTS... 25 4.2 LES ENGRENAGES... 29 4.3 LES CONTACTS AVEC JEUX... 31 5. MISE EN ŒUVRE INFORMATIQUE...33 5.1 INTRODUCTION... 33 5.2 ARCHITECTURE DE L ENSEMBLE LOGICIEL... 33 5.3 DEVELOPPEMENT DES LOGICIELS... 34 5.3.1 SISFER... 34 5.3.2 PRESIS... 35 6. CONCLUSION...35-5 -
CHAPITRE 2 : PRESENTATION DU SYSTEME ETUDIE : LE BOGIE DE TRAIN 1. CONSTITUTION DU MECANISME ET PROBLEMATIQUE...37 1.1 OBJECTIF DE L ETUDE... 37 1.2 DECOMPOSITION FONCTIONNELLE DU MECANISME... 38 1.3 MISE EN EVIDENCE DES BOUCLES DE CHARGES... 39 1.3.1 Analyse cinématique des liaisons... 39 1.3.2 Les boucles locales pré-chargées... 40 1.3.3 Les boucles globales... 41 1.4 SOLLICITATIONS ETUDIEES... 41 1.4.1 Paramètres de fonctionnement étudiés... 41 1.4.2 Conditions aux limites en déplacement... 42 2. LES MODELES DES ELEMENTS LINEAIRES DE STRUCTURES...44 2.1 LES TYPES D ELEMENTS FINIS UTILISES... 44 2.2 LES MODELES DES BOITES D ESSIEUX... 45 2.3 LES MODELES DES ARTICULATIONS ELASTIQUES DE BOITES D ESSIEUX... 46 2.4 LE MODELE DU CHASSIS... 47 2.5 LES MODELES DES ESSIEUX ET DES ROUES... 49 2.6 LES MODELES DES CARTERS DE REDUCTEUR, DES ARBRES ET DES BIELLES... 50 3. MODELES DES ELEMENTS SPECIFIQUES DU BOGIE...51 3.1 LES MODELES DES ELEMENTS DE STRUCTURES PRE-CHARGES : LES RESSORTS... 51 3.2 LES MODELES DES ELEMENTS DE LIAISON... 52 3.2.1 Les paliers à roulements... 52 3.2.2 Les engrenages... 53 3.2.3 Les zones de contact avec jeux des ressorts... 54 4. CONCLUSION...55 CHAPITRE 3 : COMPORTEMENT DES RESSORTS DE SUSPENSION DE BOGIE 1. DEFINITION DU MODELE NUMERIQUE...57 1.1 DESCRIPTION DES SYSTEMES ETUDIES... 57 1.2 PRINCIPE DE DEFINITION DU MODELE NUMERIQUE... 58 1.2.1 Les paramètres géométriques... 58 1.2.2 Les paramètres de simulation... 59 1.3 MODELE GEOMETRIQUE PARAMETRE... 59 1.3.1 Définition de la géométrie... 59 1.3.2 Géométrie théorique des ressorts... 61 1.3.3 Géométrie des ressorts réels... 63 1.4 MODELE NUMERIQUE... 65 1.4.1 Le maillage éléments finis... 65 1.4.2 Prise en compte des non linéarités : la pré-charge... 66 1.4.3 Simulation des interfaces par zones de contact... 66 1.5 GRANDEURS PHYSIQUES CALCULEES... 70-6 -
2. RESULTATS DES SIMULATIONS...71 2.1 RESSORT N 1... 71 2.2 RESSORT N 2... 75 2.3 RESSORT N 3... 78 2.4 COMPARAISON ENTRE UN RESSORT REEL ET UN RESSORT PARFAIT... 82 2.5 INFLUENCE DE L ETENDUE DES FACES D APPUI... 87 3. CONCLUSION : ANALYSE DES RESULTATS...90 3.1 INFLUENCE DE LA MODELISATION DE L APPUI LATERAL... 90 3.2 INFLUENCE DU NOMBRE D ELEMENTS DE CONTACT... 90 3.3 PARAMETRES INFLUENÇANT L EFFORT DE CHASSE... 90 CHAPITRE 4 : METHODE D ANALYSE DU COMPORTEMENT DU BOGIE 1. NOTATIONS ET FORME DES RESULTATS RECHERCHES...94 1.1 DENOMINATION DES RESSORTS... 94 1.2 DENOMINATION DES LIAISONS PIVOT ET DES PALIERS A ROULEMENTS... 94 1.3 NOTATION DES TORSEURS D EFFORTS... 96 1.4 PRESENTATION DU CHARGEMENT DES ELEMENTS DE CORPS ROULANTS... 98 2. MECANISME DE CHARGEMENT DES ROULEMENTS A ROULEAUX CONIQUES...99 2.1 BUT DE L ETUDE... 99 2.2 MODELE DE COMPORTEMENT PROPOSE... 99 2.3 REPONSE A UN DEPLACEMENT AXIAL DE PRE-CHARGE... 101 2.3.1 Sollicitations étudiées... 101 2.3.2 Répartition de la force axiale sur les roulements... 102 2.3.3 Evolution de la force axiale interne avec le déplacement de pré-charge... 104 2.4 REPONSE A UNE FORCE RADIALE EXTERIEURE... 105 2.4.1 Sollicitations étudiées... 105 2.4.2 Répartition de la force axiale sur les roulements... 106 2.4.3 Couple induit par la force radiale... 109 2.4.4 Répartition de la force radiale entre les roulements... 110 2.4.5 Evolution des efforts internes avec la force radiale... 111 2.5 COMBINAISON D UNE PRE-CHARGE AXIALE ET D UNE FORCE RADIALE... 111 2.5.1 Sollicitations étudiées... 111 2.5.2 Répartition de la force axiale sur les roulements... 112 2.6 REPONSE A UN COUPLE EXTERIEUR... 115 2.6.1 Sollicitations étudiées... 115 2.6.2 Réponse des roulements à un couple extérieur... 116 2.7 RELATIONS ANALYTIQUES GENERALES... 117 2.7.1 Liaison pivot de boîte d essieux... 117 2.7.2 Liaison pivot principale... 118 2.7.3 Liaison pivot moteur... 119 2.7.4 Liaison pivot intermédiaire... 120-7 -
3. DEFINITION D UN ETAT DE REFERENCE POUR L ETUDE DU BOGIE...121 3.1 PROBLEMATIQUE... 121 3.2 CONTROLE DE LA DIRECTION DES EFFORTS DE CHASSE... 122 3.2.1 Définition de l effort de chasse... 122 3.2.2 Charge verticale à appliquer sur le châssis... 122 3.2.3 Orientation des ressorts... 123 3.2.4 Efforts de chasse sous charge... 124 3.3 ANALYSE DES EFFORTS TRANSMIS PAR LES PALIERS... 125 3.3.1 Chargement des liaisons pivot... 125 3.3.2 Analyse du chargement des paliers d une des liaisons pivot de boîte... 127 4. CONCLUSION...129 CHAPITRE 5 : ANALYSE DU COMPORTEMENT GLOBAL STATIQUE D UN BOGIE DE TRAIN SOUS CHARGE 1. INFLUENCE DE L EFFORT DE CHASSE DES RESSORTS...132 1.1 PROBLEMATIQUE... 132 1.2 ORIENTATION DES RESSORTS... 132 1.3 EFFORTS DE CHASSE SOUS CHARGE... 133 1.4 ANALYSE DES EFFORTS TRANSMIS PAR LES PALIERS... 135 1.4.1 Chargement des liaisons pivot... 135 1.4.2 Analyse du chargement des paliers d une des liaisons pivot de boîte... 136 1.4.3 Comparaison avec l état de référence... 138 2. INFLUENCE D UN EFFORT LATERAL APPLIQUE SUR LE CHASSIS...139 2.1 PROBLEMATIQUE... 139 2.2 ANALYSE DES EFFORTS TRANSMIS PAR LES PALIERS... 139 2.2.1 Chargement des liaisons pivot... 139 2.2.2 Analyse du chargement des roulements d une des liaisons pivot... 141 2.2.3 Comparaison avec l état de référence... 143 3. INFLUENCE DU COUPLE MOTEUR...144 3.1 PROBLEMATIQUE... 144 3.2 ANALYSE DES EFFORTS APPLIQUES PAR LES REDUCTEURS SUR LES ESSIEUX... 145 3.3 EQUILIBRE DES EFFORTS DANS LES REDUCTEURS... 146 3.4 ANALYSE DES EFFORTS DANS LE REDUCTEUR AVANT... 149 3.4.1 Analyse du chargement des liaisons pivot... 149 3.4.2 Liaison pivot principale... 150 3.4.3 Liaison pivot intermédiaire... 152 3.4.4 Liaison pivot moteur... 153 3.5 ANALYSE DES EFFORTS DANS LE REDUCTEUR ARRIERE... 155 3.6 ANALYSE DES EFFORTS TRANSMIS PAR LES PALIERS DE BOITES D ESSIEUX... 156 3.6.1 Comparaison avec l état de référence... 157-8 -
4. INFLUENCE DE L ENVIRONNEMENT SUR LE CHARGEMENTS DES PALIERS...158 4.1 PROBLEMATIQUE... 158 4.2 LIAISON PIVOT DE BOITE D ESSIEUX... 158 4.3 LIAISONS PIVOT DE REDUCTEUR... 159 4.3.1 Liaison pivot principale... 159 4.3.2 Liaison pivot intermédiaire... 161 4.3.3 Liaison pivot moteur... 162 5. CONCLUSION...163 CONCLUSION GENERALE........ 165 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES... 169 ANNEXE A : PRINCIPALES METHODES DE CALCUL A1. METHODE DE NEWTON-RAPHSON...173 A2. METHODE DE CONDENSATION STATIQUE...175 ANNEXE B : PRE-CHARGE D'UNE PIECE MECANIQUE MODELISEE PAR ELEMENTS FINIS... 176 ANNEXE C : PLANS DU REDUCTEUR. 178 ANNEXE D : ETUDES COMPLEMENTAIRES SUR LES RESSORTS D1. EVOLUTION DES JEUX ENTRE SPIRES DU RESSORT N 3...177 D2. VALIDATION DE LA MODELISATION DU CONTACT ENTRE SPIRES DU RESSORT N 3...181 ANNEXE E : CARACTERISTIQUES DES LIAISONS PIVOT... 189 ANNEXE F : RESULTATS DE LA SIMULATION DU BOGIE F1. ETAT DE REFERENCE DU BOGIE...190 F1.1 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-GAUCHE... 191 F1.2 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-DROITE... 193 F1.3 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-GAUCHE... 194 F1.4 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE -DROITE... 195 F2. INFLUENCE DE L ORIENTATION DES RESSORTS SUR LE COMPORTEMENT DU BOGIE...197 F2.1 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-GAUCHE... 198 F2.2 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-DROITE... 199 F2.3 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-GAUCHE... 201 F2.4 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-DROITE... 202 F3. INFLUENCE D UNE FORCE LATERALE APPLIQUEE SUR LE CHASSIS...204 F3.1 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-GAUCHE... 205 F3.2 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-DROITE... 206 F3.3 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-GAUCHE... 208 F3.4 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-DROITE... 209-9 -
F4. INFLUENCE D UN COUPLE MOTEUR SUR LE COMPORTEMENT DU BOGIE...211 F4.1 TORSEUR D EFFORTS TRANSMIS PAR LES LIAISONS PIVOT DE BOITES... 211 F4.2 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-GAUCHE... 212 F4.3 LIAISON PIVOT DE BOITE AVANT-DROITE... 213 F4.4 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-GAUCHE... 215 F4.5 LIAISON PIVOT DE BOITE ARRIERE-DROITE... 216 F4.6 TORSEURS D EFFORTS TRANSMIS PAR LES LIAISONS PIVOT DU REDUCTEUR ARRIERE... 218 F4.7 LIAISON PIVOT PRINCIPALE DE REDUCTEUR ARRIERE... 218 F4.8 LIAISON PIVOT INTERMEDIAIRE DE REDUCTEUR ARRIERE... 220 F4.9 LIAISON PIVOT MOTEUR DE REDUCTEUR ARRIERE... 221 FOLIO ADMINISTRATIF... 223-10 -