Simulation multi-échelles en temps d'un pont roulant sous séismes via l'approche HATI
Pendant un séisme, des multi-contacts/impacts non réguliers se produisent entre les différentes structures d'un pont roulant (entre les roues du chariot et les poutres principales, et entre les roues des poutres principales et les poutres de roulement). Ces impacts peuvent causer des dommages importants et conduire à un déraillement du pont roulant. Suite à l'accident nucléaire de Fukushima, l'évaluation sismique devient de plus en plus exigeante et la vérification sismique des ponts roulants est primordiale pour qu'ils puissent rester manœuvrables après un séisme, sans affecter les équipements à proximité.
Actuellement, les calculs des ponts roulants sous sollicitations sismiques sont menés majoritairement avec des analyses modales spectrales qui font l'hypothèse d'un comportement purement linéaire, produisant des résultats conservatifs. Aujourd’hui, les méthodes dynamiques transitoires non-linéaires attirent l'attention des industriels, parce qu'elles permettent de prendre en compte les multi-contacts/impacts non réguliers entre les différentes structures. Elles conduisent ainsi à une évaluation plus réaliste de la réponse des ponts roulants et des efforts de dimensionnement.
Néanmoins, lorsqu'on adopte un schéma explicite, l'analyse temporelle devient souvent coûteuse en terme de temps de calcul, du fait que le pas de temps soit limité par la condition de stabilité. De plus, l'utilisation d'un amortissement de type Rayleigh, proportionnel à la matrice de rigidité, réduit fortement le pas de temps critique, conduisant à un temps de calcul rédhibitoire. Par ailleurs, une analyse temporelle implicite peut être envisagée mais la présence de multiples impacts génère de telles difficultés de convergence qu'elles rendent souvent irréalisable le calcul sur l'ensemble de la durée du séisme.
Pour étudier le comportement dynamique des ponts roulants sous sollicitions sismiques, une méthode de co-simulation explicite/implicite multi-échelles en temps, intégrant un algorithme explicite de contact/impact avec frottement, est développé et implémenté dans un code de calcul sous Matlab. L'efficacité de la méthode implémentée est illustrée dans différents cas de test.
D'abord, un algorithme de multi-contacts/impacts avec frottement est proposé, afin de prendre en compte le décollement et le glissement des galets sur les rails, ainsi que les jeux latéraux entre les galets et les rails. Ensuite, la stratégie de co-simulation HATI est implémentée dans Matlab, permettant de choisir une intégration explicite pour l'algorithme de contact frottant dans les zones d'impact pour reproduire les phénomènes hautes fréquences, et une intégration implicite avec un pas de temps beaucoup plus large pour les zones hors impact, afin d'avoir une meilleure efficacité de calcul. Enfin, les résultats numériques de la co-simulation explicite/implicite multi-échelles en temps sont confrontés avec les résultats expérimentaux des tests effectués sur la table vibrante fournis par benchmark international SOCRAT.
Partenariats académiques et industriels : Université de Lorraine