A 3D FEM model to predict railtrack behaviour under moving loads

Abstract

The analysis of ballasted railway structures demands many improvements towards an accurate estimate of its global behaviour. Accuracy can be improved if the structural model integrates cyclic constitutive laws for the constituent geomaterials and soils. A considerable amount of experimental data is available but calculation methods remain crude since little attention is given to the radial strain/stress component. To implement more precise constitutive laws, FEM meshes must be efficiently developed to minimize computational effort. In this study, mesh analyses were done based on studies performed by several authors. A new 3D mesh is defined and allowed, assuming linear elastic response for all layers, to obtain structural response without too demanding computational efforts. It’s efficient and accuracy is demonstrated and improved constitutive laws pointed as prospective work.

L’analyse des structures de voies ferrées ballastées demande de nombreuses améliorations pour obtenir une évaluation précise de leur comportement global. La précision peut être améliorée si le modèle structurel comporte des lois de comportement cycliques pour les géomatériaux et les sols qui les constituent. Une quantité considérable de données expérimentales est disponible mais les méthodes de calcul restent grossières parce que peu d’attention est portée aux composantes radiales de la relation entre contraintes et déformations. Pour implanter des lois de comportement plus précises, les maillages de la méthode des éléments finis doivent être développés efficacement pour minimiser l’effort de calcul. Dans cette étude, l’analyse des maillages est faite sur la base d’études de différents auteurs. Un nouveau maillage 3D est défini et il permet, en admettant la linéarité des réponses élastiques de toutes les couches, d’obtenir la réponse de la structure sans trop demander d’efforts de calcul. Il est efficace, sa précision est démontrée et la perspective d’introduire des lois de comportement améliorées est avancée.