Modélisation globale statique des systèmes mécaniques hyperstatiques pré-chargés
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this work has been to develop global models applied to the statical analysis of hyperstatic and pre-loaded power transmission mechanical systems. This models are based on the finite elements method and take into account the interaction between the different technological elements. They improve the precision results of the digital mock-up. A driving bogie has been chosen as an application of this work in collaboration with the “ALSTOM Transport” company. The bogie presents numerous hyperstatic loops and flexible pre-loaded components. The non-linear behaviour of the suspension springs, due to great geometrical variations and contact with clearance has been studies separately. Various loadings have been applied to the bogie : suspension springs angle orientation, external force on the frame, engine torques. The joining components (bearings, springs) interaction with the adjacent structure has been analysed.
Abstract FR:
L'objectif de ces travaux était de développer des modèles globaux d'analyse statique des systèmes mécaniques de transmission de puissance hyperstatiques et pré-chargés. Ces modèles sont basés sur la méthode des éléments finis et ils s'intègrent dans la notion plus générale de " maquette numérique " du comportement mécanique. La principale originalité est d'intégrer l'ensemble des couplages entre les différents éléments technologiques (arbres, carters, engrenages, paliers, ressorts). Cette étude s'inscrit dans la continuité de travaux réalisés depuis quinze ans au Laboratoire. Elle a consisté à adapter la méthode à des systèmes mécaniques de grandes tailles et à l'intégrer dans un environnement de calcul industriel. Une approche nouvelle a été développée pour prendre en compte la pré-charge de composants mécaniques souples. La méthode a été appliquée au mécanisme d'un bogie moteur dans le domaine du ferroviaire, en lien avec l'entreprise ALSTOM Transport. La particularité du mécanisme est de présenter un grand nombre de boucles hyperstatiques au niveau local (montage de roulements à rouleaux coniques utilisés par paires, suspension par ressorts et articulations élastiques) et au niveau global (montage du châssis, de réducteurs à engrenages). De plus, certaines boucles sont pré-chargées. Les ressorts de suspension ont fait l'objet d'une étude spécifique car leur comportement est fortement non linéaire à cause des grandes déformations et de la présence de contact avec jeux. Le comportement du bogie a été analysé sous différentes sollicitations de fonctionnement agissant sur des principes différents : orientation des ressorts de suspension comme source d'efforts internes, efforts extérieurs appliqués sur le châssis, couples moteurs. Une attention particulière a été portée au comportement des composants de liaison (paliers, ressorts) et à leur interactions avec l'environnement. L'étude a démontré la nécessité d'une approche globale pour la simulation de ce mécanisme. Les outils informatiques développés rendent la méthode applicable à tout autre mécanisme similaire, éventuellement hyperstatique et pré-chargé et de grande taille.