Advanced numerical modeling of vibrations induced by railway traffic

par Reda Mezeh

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Marwan Sadek et de Fadi Hage Chehade.

Soutenue le 11-07-2017

à Lille 1 en cotutelle avec l'Université libanaise , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de génie civil et géo-environnement (LGCgE) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Modélisation numérique avancée des vibrations induites par le trafic ferroviaire


  • Résumé

    Les lignes à grande vitesse sont considérées comme une source importante de perturbations environnementales qui sont de moins en moins tolérées par les habitants. Afin de comprendre la dynamique de ces systèmes, il est important de développer des modèles numériques pour simuler les problèmes de vibration véhicule/voie ferrée et comprendre les interactions de la voie ferrée et des composants du véhicule. Une nouvelle approche basée sur la mise à jour périodique de la configuration « Méthode PCU » est d’abord proposée pour l’évaluation de la réponse dynamique des poutres infinies continuellement supportées sous charges mobiles à grande vitesse. La méthode PCU est utilisée pour évaluer la réponse dynamique d’un système simplifié voie ferrée/sol dans lequel la fondation du rail est remplacée par une couche viscoélastique continue. D’autre part, une modélisation numérique 3D considérant le couplage dynamique mutuel complexe entre les composantes de la voie ferrée et la couche du sol est développée. Un schéma de maillage adaptatif est appliqué pour simuler l’effet des charges mobiles ; il est représenté par la création des nœuds mobiles attachés aux charges. Cette modélisation est appliquée avec succès dans la gamme de vitesses sub-Rayleigh et super-Rayleigh. Dans la dernière partie, la modélisation numérique 3D est utilisée pour calibrer les impédances dynamiques du modèle simplifié proposé dans le premier chapitre. Une procédure itérative d’ajustement de courbe est réalisée à l’aide de l’algorithme génétique. Des lois constitutives qui régissent le comportement dynamique des éléments discrets sont proposées aux différentes fréquences de chargement et gamme de vitesses.


  • Résumé

    The high speed lines are considered as an important source of environmental disturbance that are less and less tolerated by inhabitants. In order to understand the dynamics of these systems, it is important to develop numerical models to simulate the vibration problems vehicle/track and understand the interactions of the track and vehicle components. A new approach based on periodic configuration update “PCU method” is firstly proposed for the assessment of the dynamic response of continuously supported infinite beams under high speed moving loads. The PCU method is used to assess the dynamic response of a simplified track/ground system in which the rail foundation is replaced by a continuous viscoelastic layer. On the other hand, a 3D numerical modeling that considers the complex mutual dynamic coupling between the track components and the subgrade layer is developed. An adaptive meshing scheme is applied to simulate the moving loads effect; it is represented by the creation of load-attached moving nodes on the rail-beam. This modeling is successfully applied in the sub-Rayleigh and super-Rayleigh velocity range. In the last part, the 3D numerical modeling is used to calibrate the dynamic impedances of the simplified beam model proposed in the first chapter. An iterative curve fitting procedure is carried out using the genetic algorithm. Constitutive laws that govern the dynamic behavior of the discrete elements are proposed at different load frequency and velocity range.



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