Simulation de dynamique des véhicules ferroviaires
Comprendre et optimiser les systèmes à guidage par rail
Simuler la dynamique des voies ferrées et des trains
Comprendre la dynamique des véhicules ferroviaires grâce à la simulation multicorps (MBS)
Les véhicules ferroviaires sont des systèmes complexes et leurs performances sont déterminées par l'interaction de plusieurs composants, notamment l'interface de contact roue-rail, la suspension, les bogies, les attelage et autres pièces mobiles. L'optimisation et la compréhension de ces interactions sont essentielles pour garantir la sécurité, la vitesse, la fiabilité et le confort du véhicule. La complexité et la longueur des trains font de la simulation de leur dynamique de course un problème d'ingénierie difficile à résoudre. Les ingénieurs doivent tenir compte de tous les mouvements relatifs possibles entre les composants individuels.
La simulation de systèmes multicorps (MBS) est la seule technologie permettant d'analyser et de comprendre la dynamique complète du système, sans nécessiter de prototype physique. La MBS permet aux ingénieurs de construire un prototype virtuel, ce qui permet de réaliser des tests virtuels dès le début du cycle de développement. Une exploration approfondie de l'espace de conception peut être effectuée, en tenant compte de nombreux indicateurs de performance clés (KPI), afin de trouver la conception optimale entre les alternatives concurrentes, plus rapidement et moins cher que les tests physiques. La MBS continue à être utile tout au long de la durée de vie du véhicule, par le biais (mais sans s'y limiter) d'une maintenance assistée par simulation, d'enquêtes sur les accidents et de recherches dans les dossiers de garantie/utilisation abusive.
Les mécanismes du contact rail-roue et leur impact
Le contact entre les rails et les roues est l'élément le plus influent dans le comportement dynamique global d'un véhicule ferroviaire. Ce contact joue un rôle dans presque tous les défis de haut niveau de l'industrie ferroviaire, notamment :
- Sécurité et fiabilité de fonctionnement : stabilité de déraillement du véhicule sur les rails.
- Confort des passagers : Les irrégularités des rails impactent le véhicule via l'interface de contact.
- Coûts d'entretien, bruit rayonné et efficacité énergétique : tous sont influencés par l'usure des surfaces des rails et des roues.
En raison du contact métal sur métal à rigidité élevée et du comportement de friction complexe entre les surfaces, la mécanique de contact rail-roue est difficile à résoudre. Pour simuler correctement la dynamique des véhicules ferroviaires, un calcul précis du contact rail-roue est essentiel. La technologie Simpack offre des algorithmes de contact rail-roue rapides, précis et robustes, permettant un contact non elliptique et plusieurs zones de contact par roue.
Optimisation des performances à l'aide du prototypage virtuel
Cette vidéo offre une vue d'ensemble détaillée permettant de développer, d'optimiser et de valider virtuellement les attributs de dynamique et de performance des véhicules ferroviaires à l'aide des fonctionnalités de simulation de Dassault Systèmes. Elle se concentre sur de nombreux aspects, tels que la mise en place d'un trajet plus sûr et confortable, la réduction du temps de déplacement, la prévision des tolérances des structures arbitraires et la fourniture d'informations de maintenance prédictive.
Applications MBS pour tous les types de systèmes ferroviaires
La simulation de système multicorps (MBS) peut être utilisée pour l'analyse et la conception de tout type de véhicule ou mécanisme à rail/guidé, des tramways aux trains à grande vitesse articulés complets. Elle peut également être utilisée pour des applications spécialisées telles que les montagnes russes, les systèmes de manutention de matériaux et même les trains à lévitation magnétique. Utilisé dans le monde entier par les fabricants et les opérateurs, Simpack est le principal logiciel MBS pour la dynamique des systèmes ferroviaires.
Les applications types incluent :
- Sécurité relative au déraillement
- Simulations de courbes sur rails
- Vitesse critique
- Confort des passagers
- Optimisation des profils et des rails, usure et fatigue du contact avec les rails
- Jaugeage
- Transmission et freinage
- Points d'aiguillage et passages à niveau
- Homologation virtuelle (certification par simulation)
- Modélisation des suspensions
Maintenance des chemins de fer via l'analyse d'usure assistée par simulation
- Analyse de l'usure des roues et des rails
- Simulation de voie flexible
Analyse de l'usure des roues et des rails
Chaque année, rien qu'au sein de l'UE, plus de 20 milliards d'euros sont dépensés pour la maintenance et le renouvellement des chemins de fer, ce qui représente plus de 50 % des dépenses totales en exploitation et infrastructures ferroviaires (Septième rapport sur la surveillance du marché ferroviaire, Commission européenne). La maintenance assistée par simulation a le potentiel de réduire ces dépenses en limitant les temps d'arrêt dus aux problèmes de maintenance non planifiée, ce qui permet une maintenance intelligente se concentrant uniquement sur les sections de piste essentielles qui en ont besoin. La simulation peut être utilisée pour identifier les sections de voie essentielles et les pièces cruciales du véhicule, ce qui permet aux opérateurs de planifier les programmes d'entretien en conséquence, avec la possibilité de réduire considérablement les coûts d'entretien.
Les roues et les rails sont soumis à l'usure et à la fatigue de contact roulant (RCF) tout au long de leur cycle de vie, ce qui entraîne des problèmes de maintenance et de sécurité. La simulation multicorps peut faire partie d'une approche de maintenance assistée par simulation, en déterminant la répartition de l'usure sur les profils de rail et de roue et le changement de profil dû à l'usure. Comme il existe de nombreux modèles d'usure et de RCF différents, Simpack dispose d'une structure ouverte permettant la mise en œuvre de lois d'usure et de RCF définies par l'utilisateur.
APPLICATIONS
- Simulation de l'usure des roues, de l'usure des rails et de la RCF
- Comparaison des concepts de véhicules et des géométries de profil concernant l'usure et la RCF
Simulation de voie flexible
La flexibilité et la structure de la voie peut avoir une forte influence sur les caractéristiques dynamiques d'un véhicule ferroviaire. Avec une voie ballastée ou des passages à niveau divergents avec des rails à lames d'aiguillage flexibles, non seulement le véhicule réagit de manière dynamique par rapport à la voie, mais la voie réagit également de manière dynamique par rapport au véhicule. La flexibilité de la voie permet d'observer les réactions dynamiques couplées d'un véhicule ferroviaire et de la voie en raison de la flexibilité des matériaux. Cela peut être à tout niveau, de la déflexion d'un rail à lame d'aiguillage lorsqu'un véhicule le traverse, aux vibrations traversant un pont tout entier. En outre, les charges qui traversent une section de voie peuvent être évaluées et exportées vers un code par éléments finis pour une analyse structurelle, ou vers un logiciel dédié pour l'analyse de fatigue et de durabilité.
La technologie Simpack permet de modéliser des sections de voie flexibles basées sur des éléments finis, ce qui permet d'étudier les interactions avancées entre les trains et les voies. Plusieurs sections de voie flexibles peuvent être modélisées simultanément, ce qui permet d'analyser le comportement dynamique de presque toutes les structures de voie. Deux variantes de modélisation sont disponibles, couvrant tous les niveaux de fidélité. La méthode standard couvre la déformation linéaire, offrant un flux de travail bref avec des temps de calcul rapides permettant un calcul précis, même des structures complexes complètes telles que les ponts. La méthode haute fidélité est utilisée pour représenter la conformité de la voie et des ballasts, avec des effets géométriques de non-linéarité tels qu'un couplage entre la flexibilité verticale et latérale des rails concernés.
La simulation de voie flexible est utilisée pour l'analyse dynamique des éléments suivants :
- Fondations des traverses
- Éclisses
- Semelles de rail
- Traverses suspendues
- Effets couplés des essieux montés avant et arrière
- Charges dans la structure de la voie
- Points d'aiguillage et passages à niveau
- Ponts
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FAQ À propos de la simulation de dynamique de véhicules ferroviaires
La simulation multicorps peut être utilisée pour analyser n'importe quel composant de l'infrastructure qui interagit avec le véhicule en mouvement. Cela inclut la voie et les mécanismes tels que les points/aiguillages et les passages à niveau, ainsi que les câbles aériens et les ponts. Elle peut également être utilisée pour l'analyse de jaugeage d'infrastructures passives telles que les tunnels, les plates-formes et d'autres structures le long des voies.
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