1.3 Mesures au passage du train . . . 50 1.4 Procédure d’analyse des résultats expérimentaux de l’essai . . . 50
2 Analyse des mesures de rugosité . . . 52
2.1 Rugosité du rail . . . 52 2.2 Rugosité de la roue . . . 55 2.3 Fréquences d’excitation dues à la rugosité . . . 59 2.4 Comparaison des mesures de rugosité . . . 61
3 Caractéristiques dynamiques de la voie . . . 62
3.1 Protocole de mesure . . . 62 3.2 Caractéristiques dynamiques de la voie dans la direction verticale . . . 63 3.3 Caractéristiques dynamiques de la voie dans la direction latérale . . . 64
4 Mesures au passage sur le site LRS . . . 65
4.1 Accélération de la voie au passage . . . 65 4.2 Méthode de détection de défauts à partir de mesures vibratoires . . . 71 4.3 Bruit au passage . . . 73 4.4 Méthode de détection de défauts à partir de mesures acoustiques . . . 80
5 Conclusions générales sur l’exploitation des mesures de l’essai . . . 80
5.1 Validation des hypothèses de modélisation . . . 82 5.2 Outil de détection de défauts sur la roue à partir de mesures en bord de voie . . 82
Ce chapitre présente les résultats d’une campagne de mesures réalisée en situation réelle mai- trisée. Le comportement acoustique et vibratoire de l’interaction roue/rail est caractérisé sur une voie en ligne droite et à vitesse constante. Cet essai en situation réelle a été élaboré de façon à répondre à deux objectifs principaux.
Le premier objectif est de pouvoir alimenter le modèle temporel développé pendant la thèse mais aussi de pouvoir en évaluer les performances. Cet essai fournit des données de rugosité des roues et du rail, ainsi que des données d’accélération de la voie dans différentes situations. Le second objectif est de caractériser expérimentalement le comportement du rail et le bruit au passage en présence de défauts sur la roue ou la voie. En particulier, le bruit d’impact est mesuré dans le cas de méplats, d’AEL et de faux-rond sur la roue. Ce type de mesures n’étant pas courant dans la littérature, les hypothèses et les résultats de modélisation de ces points singuliers doivent être vérifiés en situation réelle.
Deus séries de mesures ont été effectuées simultanément. La première, sur une voie standard, permet d’évaluer les différences de comportement entre le passage d’une roue sans défaut et celui d’une autre avec un défaut identifié. Un train d’essai a donc été spécialement composé, avec plu- sieurs essieux spécialement sélectionnés pour la nature du défaut présent sur la roue. Ce chapitre est intégralement consacré à l’exploitation de cette première série de mesures. La seconde série de mesures, sur une voie avec des joints de rail, permet de comparer le comportement du système avec celui mesuré sur le précédent site mais aussi d’estimer le comportement du rail autour du joint, en fonction du sens de parcours de celui-ci. Les résultats des mesures au passage sur le site avec un joint de rail sont rapportés dans l’annexe A.
Sur les deux sites, différents types de mesures ont été réalisés. Afin de caractériser la voie, des mesures de rugosité et d’accélérance ont été menées. Seules des mesures de rugosité ont été ef- fectuées sur le véhicule. Des mesures d’accélération et de bruit ont été enregistrées au passage du train d’essai. La caractérisation expérimentale du comportement de la voie et du bruit généré dans différentes situations permet de faire des hypothèses sur la prise en compte des défauts de roue dans le modèle d’interaction. Elle permet aussi d’émettre des premières conclusions sur la faisabilité d’un outil de détection de défauts de roues à partir de mesures en bord de voie. Les premiers résultats de cette campagne de mesures ont été présentés au 10e Congrès Français d’Acoustique, à Lyon [15].
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Dispositif expérimental
1.1 Description du site de l’essai
1.1.1 Voie ferrée sélectionnée
La voie sélectionnée pour l’essai est la ligne Amiens-Compiègne (Figure 2.1). Cette voie est non électrifiée et limitée à 100 km/h. Elle a été sélectionnée car elle comporte à la fois une partie équipée de Longs Rails Soudés (LRS) et une autre équipée de rails à barres courtes longues de 18 m, séparés par des Joints de Rail (JR) et reliés par des éclisses. De plus, l’environnement dégagé est idéal pour des mesures acoustiques. Deux sites de mesures ont donc été installés, le premier sur la partie LRS et le second sur la partie JR.
Figure 2.1 – Voie sélectionnée pour l’essai.
Les différents capteurs installés sur le site JR sont décrits dans l’annexe A. L’équipement du site LRS est décrit au paragraphe suivant.
1.1.2 Equipement du site Long Rail Soudé (LRS)
Le site LRS a été équipé de 18 accéléromètres au total sur les travées sélectionnées (figure 2.2). La distance entre les traverses sur cette ligne ferroviaire est en moyenne de :
l = 0.58 m (2.1)
Sachant que le périmètre des roues équivaut à environ 3 m, l’équipement de 6 travées permet de mesurer un tour de roue complet. Par conséquent, l’influence d’un défaut sur la roue peut être quantifié à chaque passage.
Chaque travée est équipée d’un accéléromètre vertical et d’un accéléromètre latéral sur le rail, à mi-distance entre les traverses. La vibration des traverses séparant les travées a aussi été me- surée par des accéléromètres verticaux. Sur la figure 2.2, on peut voir les accéléromètres latéraux sur chaque travée, ainsi que les accéléromètres verticaux sur les traverses marquées.
Figure2.2 – Position des accéléromètres sur le site LRS.
Le site LRS a aussi été équipé de 3 microphones omnidirectionnels (Figure 2.3) : un premier proche du rail, à hauteur de l’âme du rail et à une distance de 2 cm ; un second à hauteur de la moitié du rayon de la roue et à une distance de 0.75 m, suffisamment éloigné pour respecter les règles de gabarit du véhicule. Ces 2 microphones sont des microphones 1/4 pouce de type 4155 (BK). Le troisième, à 7.5 m de la voie, est un microphone 1/2 pouce de type 4188 (BK). Il est aligné avec les deux autres et placé à une hauteur de 1.2 m par rapport à la surface du champignon du rail. Ce dernier microphone respecte le protocole de mesure de bruit au passage spécifié dans la norme NF-EN-ISO-3095 [2] (voir Chapitre 1, paragraphe 1.2). Les mesures obtenues avec ce microphone sont par conséquent les mesures acoustiques de référence de l’essai.
De façon à pouvoir localiser le passage de chaque roue dans les mesures, chaque site est équipé d’une pédale de détection d’essieux (que l’on peut distinguer près du second rail de la voie sur la figure 2.2). Les distances entre la pédale et chaque capteur sur le site LRS sont spécifiées sur la figure 2.4.
Afin d’évaluer la position angulaire de la roue au passage sur les capteurs, une caméra rapide à 100 images par seconde a été installée (visible derrière le microphone à 7.5 m sur la Figure 2.3). Les vidéos obtenues avec cette caméra permettent d’ajuster approximativement les mesures de rugosité de la roue par rapport à celles du rail pour les données d’entrée des simulations du modèle d’interaction (voir chapitre 3).
Figure 2.3 – Positions des microphones et de la caméra sur le site LRS.
Figure2.4 – Distance (m) entre la pédale et les capteurs sur le site LRS [20].