Identification, analyse et modélisation des usures de sabots de frein en matériau composite des wagons de chemin de fer et étude des défaillances du matériau

摘要

Dans le domaine de la friction, de nouveaux matériaux composites commencent à trouver des applications dans le domaine du freinage ferroviaire permettant d’augmenter les capacités de dissipation énergétique des sabots de frein tout en réduisant très sensiblement la signature acoustique des trains de fret, par l'installation de semelles de frein ne générant pas de crissement au freinage. L’analyse des consommations des semelles composites démontre la persistance de l’augmentation de leur utilisation surtout durant la saison estivale. La surveillance de l'évolution des avaries doit permettre d'évaluer la conception constructive des semelles ainsi que les propriétés des matériaux de friction, d'apporter la preuve de leur aptitude en service et de mettre en évidence le potentiel de mesures à appliquer en vue d'une optimisation. L’analyse du contact acier/composite a permis de dresser un diagnostic des usures des semelles en matériaux composites de frein des wagons SNTF. L’étude du comportement en ligne des sabots en cours d’exploitation a permis de dresser une classification des usures et de cerner celle la plus fréquente. Ainsi, des essais en service réels ont été effectués sur un nombre de 32 wagons comprenant 256 sabots (chaque wagon est équipé de 8 sabots) évoluant dans des conditions atmosphériques variables, pendant plusieurs navettes sans interruption et ce sur un parcours de 600 Km. Dans le cadre de ces expérimentations en service l’évolution de l’usure, la tendance à la formation d'inclusions métalliques, la naissance d'amorces de fissures, de déchirements, l’agressivité vis-à-vis de la table de roulement des roues, l’état de surface pertinent des roues au plan acoustique ont été vérifiés et observés. L’addition des différents types d’usures constatées a été modélisée par des équations paramétriques. Une comparaison établie entre les deux périodes explique mieux l’influence de la température sur l’usure des sabots. En aval des tests de résistance mécanique en flexion 3 points et en cisaillement du sabot en matériau composite ont été mis en place et font apparaître l’éclatement du produit ce qui met en évidence sa non conformité par rapport aux règles en vigueur.