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Contribution au dimensionnement des roues ferroviaires en fatigue de contact de roulement

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 10-06-2013
auteur(s) Langueh Amavi Mawule Guissou
jury P. Dufrenoy, E. Charkaluk, J.F. Brunel, H. Maitournam, T. Palin-Luc, M. Ciavarella, T. M.A. Nguyen, J.L. Francoual, F. Demilly
école Université Lille 1
  
résumé L'augmentation des charges transportées par essieu, des vitesses de circulation et l’état des voies peuvent conduire à des endommagements des roues en surface ou sous-surface, généralement appelée écaillage. L’objectif de cette thèse est de développer une approche complète de dimensionnement des roues ferroviaires en fatigue de roulement, permettant de prendre en compte les sollicitations locales via la géométrie réelle du contact roue/rail, le comportement inélastique du matériau de la roue (acier) et les conditions d'exploitation (charge sur la roue et vitesse). A l’heure actuelle, les méthodes de dimensionnement des roues ne permettent pas de prendre en tous ces éléments au travers d’une même simulation. Il s’agit , dans le contexte industriel, d’étudier l’influence de la nuance d’aciers et du procédé de fabrication sur la durabilité de la roue.
Dans un premier temps, des essais mécaniques ont été réalisés en vue de la modélisation du comportement mécanique des matériaux étudiés. Le modèle à écrouissage cinématique non-linéaire d’Armstrong-Frederick est utilisé pour la modélisation du comportement mécanique des matériaux.
L’algorithme stationnaire basé sur une approche eulérienne est ensuite utilisé pour déterminer l’état stabilisé de la structure. L’influence du glissement, du mésalignement, de la position du chargement, et de la nuance d’aciers sur la réponse mécanique (état asymptotique), les trajets de chargement en fatigue et la limite d’adaptation a été étudiée. Les critères de fatigue de Dang Van et de Manson-Coffin sont principalement utilisés pour l’analyse en fatigue. Les résultats obtenus permettent la construction de cartes d’adaptation numérique et celles-ci sont alors discutées. Il est montré que le facteur de charge tel que défini dans les shakedown maps apparait comme insuffisant pour choisir un acier. D'autre part, l’influence des contraintes résiduelles introduites par le traitement thermique de la bande de roulement est analysée. Il est montré qu’elle modifient les contraintes hydrostatiques comme c’est genéralement le cas en fatigue, mais aussi le cisaillement mésoscopique, qui constitue un résultat nouveau.
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