Etude de l'interaction roue-rail et de ses conséquences vibroacoustique

Abstract

L'étude du comportement des voies ferrées sous les passages de trains à différentes vitesses, est une des recherches les plus importantes menées dans le domaine des transports. Durant le passage répété de trains, des bruits, des chocs et vibrations acoustiques sont observés tout au long de la voie ferrée. Ces vibrations dépendent de la qualité de la plate-forme, de l’état de surface de contact roue-rail, de la vitesse de roulement, des charges appliquées, des grandeurs physiques et mécaniques des rails et des roues. Elles peuvent influer négativement sur le confort et la sécurité des passagers, l’environnement urbain et industriel, et nécessiter des travaux coûteux de maintenance pour rendre à la voie sa géométrie initiale. Pour progresser dans la compréhension du phénomène de l’interaction roue-rail, il apparaît utile de les étudier à l’aide d’outils permettant d’observer le rail, la roue et le couplage roue-rail soumis aux différents efforts de sollicitation aussi bien dans un état statique que dynamique. Ces applications permettent de mesurer plusieurs paramètres de vibration structurale du couplage roue-rail. Les déplacements, les déformations, les vitesses, les accélérations, et la distribution des contraintes, sont modélisés par la méthode des éléments finis (MEF) avec des comportements structurels élastiques linéaires. Les résultats numériques obtenus sont déterminés grâce à des modèles bidimensionnels et tridimensionnels et sont comparés à d’autres résultats de la littérature. Le but essentiel de ces applications est d’identifier la zone la plus sollicitée durant le contact, en fonction des paramètres dynamiques (vitesse, charges dynamiques verticales) et la géométrie de contact entre la roue et le rail (dimensions de surface de contact). Elles permettent également de déterminer la distribution de pression transmise par la roue au rail et d’apprécier le bruit généré par le couplage roue-rail sous forme de déplacements et de fréquences privilégiées, ainsi que l’importance de ses influences sur le comportement voie-véhicule, le confort des voyageurs et sur l’entourage urbain et indus.