Une méthodologie complète de dimensionnement de roue ferroviaire intégrant la détermination numérique de la sollicitation de contact, l'identification du comportement cyclique non linéaire des matériaux et des analyses en fatigue multiaxiale ont pu être effectuées au LML au cours de la thèse de A. Langueh (soutenue en 2013), en collaboration avec l'entreprise VALDUNES, et co-encadrés par E. Charkaluk et P. Dufrénoy). Les principales issues de ces travaux ont conduit à la nécessité d'étendre la méthodologie au cas du rail et également au besoin d'enrichir le comportement des matériaux en proche surface. En effet, le principal enjeu est de prendre en compte les fortes réorientations de microstructures et les gradients de propriétés induits sur une très faible couche (quelques dizaines de microns) sous la surface de contact et qui sont à l'origine de fissures caractéristiques dîtes « head check » s'amorçant généralement en surface et pouvant mener jusqu'à la ruine du matériau.

Les travaux ici présentés, s'inscrivent dans le cadre de l'IRT RAILENIUM et visent en premier lieu à mettre au point une analyse d'autant plus fine de la sollicitation de contact par la méthode des éléments finis avec le logiciel de simulation numérique ABAQUS®. Et par ailleurs, un deuxième enjeu est d'implémenter, via une routine développée sous FORTRAN (type UMAT), un modèle multi-échelle dans lequel on intègrera les effets de longueurs caractéristiques de microstructures pour rendre compte des micro-mécanismes de fissuration, notamment au cours des premiers cycles appliqués. A terme, pour les partenaires industriels, les outils numériques développés devraient servir à optimiser les conditions de tests sur banc d'essais et par conséquent, ils renforceront la portée des essais d'homologation de nouvelles nuances d'acier du matériel roulant et des infrastructures ferroviaires.