Modélisation de l'interaction dynamique transitoire pont-train à grande vitesse avec prise en compte de la voie ferrée

par Cyril Renard

Thèse de doctorat en Calcul et optimisation des structures mécaniques

Sous la direction de

Soutenue en 2000

à Compiègne .


  • Résumé

    L'objectif de ces recherches est de développer une modélisation numérique complète de l'interaction dynamique entre un pont et un train à grande vitesse avec prise en compte de la voie ferrée. La première partie de la thèse est consacrée à l'étude du comportement dynamique de poutres sous sollicitation de charges mobiles par une approche analytique et par éléments finis. Une méthode semi-analytique est présentée pour la résolution des problèmes sous masses mobiles, ainsi que des études comparatives entre les effets de forces et de masses mobiles. Dans la seconde partie, les différents aspects de la modélisation de l'interaction dynamique transitoire train + pont, avec prise en compte des imperfections de la voie ferrée, sont détaillés. Le train est représenté par un système discret multicorps ; les systèmes pont et rail + ballast sont schématisés par des éléments finis de type poutre. La voie ferrée (rail + ballast) est discrétisée par des éléments combinant d'une part, les effets de flexion du rail représentés par des éléments de poutre en flexion, et d'autre part, la rigidité et la masse du ballast assimilé à un milieu élastique. L'interaction entre ces trois systèmes est basée sur le principe de sous-structuration modale. Le modèle des imperfections de la voie provient d'une représentation par processus aléatoire stationnaire, caractérisé par sa densité spectrale. Deux méthodes originales ont été développées pour la résolution du problème d'interaction pont + train : une méthode découplée avec une formulation itérative et une méthode couplée, permettant de résoudre les équations de l'ensemble des systèmes en un seul super-système. Dans la troisième partie, la structure interne des signaux de réponse est analysée dans le domaine temps-fréquence à l'aide de la méthode Pseudo-Wigner-Ville lissée et de la transformation en ondelettes avec une justification mathématique sur le choix de rondelette utilisée. Dans la dernière partie sont détaillées les différentes fonctionnalités du code de calcul développé, au travers d'applications numériques faisant apparaître notamment, la contribution réelle des imperfections de la voie sur le comportement dynamique du pont et le caractère non conservatif de l'interaction dynamique train + pont. Des études paramétriques permettent de mettre en évidence quelques recommandations au sujet de la simulation numérique de l'interaction dynamique pont + train à grande vitesse.


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Informations

  • Détails : viii-178 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : P. 156-153

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