Qualification de bogie

Etude de cas sur les différents tests pouvant être effectués pour une qualification de bogie.

DESCRIPTION

Dans le cadre d’une procédure de qualification d’un châssis de bogie ou pour de l’investigation, des essais statiques et de fatigue doivent être effectués. Ces essais sont généralement réalisés selon une spécification technique d’essais basée sur les prescriptions des normes européennes et/ou internationales.

Lors d’une demande client, notre laboratoire peut se charger de tout ou partie des étapes indispensables à la bonne exécution des essais, sous accréditation COFRAC EN 17025, à savoir :

L’élaboration de la spécification d’essais à partir d’une note de calcul dans l’objectif de définir les sollicitations à réaliser et donc de construire le programme d’essais.

La conception et la confection des outillages permettant de simuler les conditions aux limites représentatives des conditions de service. Lors des essais, il est d’usage pour des raisons de difficultés d’approvisionnement et/ou d’encombrement nécessaire à la mise en place des actionneurs, que les équipements auxiliaires tels que les moteurs, réducteurs, système de freinage, etc. ne soient pas montés sur le châssis. Notre laboratoire est alors force de proposition pour concevoir des interfaces simulant ces éléments en respectant, par exemple l’axe de rotation des moteurs, la position du centre d’inertie des équipements, les orientations des sollicitations, la souplesse des liaisons.

Pour ce faire, notre bureau d’études modélise en 3 dimensions la présence du châssis de bogie dans le banc d’essai et détermine les solutions techniques les plus adéquates pour appliquer les sollicitations en fonction des exigences du client.

La constitution du plan de jauges peut également nous être confiée. Dans ce cas, nos ingénieurs d’essais, à partir des éléments fournis par le client (calculs) et de leurs propres expériences sur des châssis comparables, déterminent la position des extensomètres à mettre en place en fonction de leur sensibilité particulière aux divers chargements. Le nombre de points de mesure est d’ordinaire de l’ordre de 200 voies mais nos moyens de mesure peuvent traiter jusqu’à 350 voies.
La réalisation des essais statiques est destinée à vérifier, grâce à des mesures de contraintes, le dimensionnement des châssis de bogie avec comme double objectif de leur assurer une résistance face aux sollicitations exceptionnelles et courantes, appliquées tout au long de leur vie.Les essais statiques des châssis de bogie, généralement effectués avant les essais de fatigue, doivent permettre de s’assurer que :

  • – des déformations permanentes ou des ruptures catastrophiques ne se produiront pas sous l’effet de sollicitations exceptionnelles qui peuvent survenir un nombre de fois limité au cours de leur vie,
  • – des fissurations par fatigue ne risquent pas de se produire, au cours de leur vie, sous l’effet de la répétition des sollicitations du service courant.

Les chargements sont quant à eux appliqués généralement par l’intermédiaire de vérins statiques et dynamiques de capacité unitaire maximale de 400 kN. Ces derniers permettent de simuler l’ensemble des combinaisons de chargement pouvant être rencontrées sur un châssis de bogie.

Nos systèmes de pilotage et de mesure sont équipés de logiciel de dépouillement automatique permettant l’analyse des résultats.

La réalisation des essais de fatigue est complémentaire des essais statiques afin de vérifier la conception générale et la fabrication de la structure.

Une dizaine de mesure de contraintes permet de surveiller le déroulement des essais. Des contrôles non destructifs à des points d’étapes définis permettent de valider la tenue mécanique du châssis.

L’essai de fatigue consiste à reproduire les sollicitations appliquées sur le châssis de bogie lors d’un virage. Ainsi, 10 millions de courbes sont simulées avec une alternance gauche/droite tous les 10 ou 20 cycles. La fréquence de l’essai peut atteindre 5 Hz.

D’autres forces, dites particulières, ayant généralement une influence locale sur la fatigue de la structure peuvent être simulées, soit en même temps que les forces principales, soit séparément. Le nombre de cycles à effectuer peut être variable et dépend du besoin du client.

Dans le cadre de telles prestations, jusqu’à 14 vérins dynamiques viennent solliciter de manière simultanée le châssis de bogie. Une vingtaine de capteurs de force peuvent alors être mis en œuvre pour le pilotage et la surveillance de l’essai. A l’Agence d’Essai Ferroviaire, deux bancs d’essais permettent la réalisation de telles prestations. A titre d’exemples, les essais décrits ci-dessous ont été réalisés pour nos clients :

  • – Essai complexe d’inertie (12 vérins) : Ces essais de fatigue ont consisté à simuler une combinaison de sollicitations représentatives de courbe à gauche et à droite avec également les effets d’inertie sur les équipements auxiliaires (forces centrifuges ; défaut de voie, freinage ou accélération).
  • -Essai de traction freinage (12 vérins) : Dans le cadre d’une autre prestation, l’objectif était de vérifier que des fissures par fatigue ne risquaient pas d’être rencontrées en condition de traction ou de freinage. Ainsi, des vérins ont été positionnés au niveau des moteurs afin de simuler les couples de traction. De même, la réaction au niveau de l’attache de la bielle du réducteur tout comme la mise en place de forces longitudinales au niveau des essieux, caractéristiques d’accélération ou de ralentissement, étaient simulées.
La réalisation des examens non destructifs par magnétoscopie, ressuage ou également par ultrasons (sous accréditation COFREND) fait partie intégrante des essais de fatigue. Ces contrôles permettent de vérifier qu’il n’y a pas de fissuration lors des essais.