Dilatation des rails?

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Modérateurs : Philippe Cousyn, Tibrus, Patrice, Arnaud Guyon

Cousin Hub
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Message par Cousin Hub »

marige a écrit :As tu une adresse où l'on peut se procurer ces rails de dilatation peco ? Merci.
Il est vrai que nos mini rails se dilatent facilement à la chaleur et se rétractent au froid. Ces rails de dilatation seront donc le bienvenue sur mon futur réseau étagère.
Bonjour,

Ref. SL 44:ICI
popof59
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Message par popof59 »

dans une ancienne revue de modélisme il était fait état d'un rail de dilation PECO sauf erreur ce dispositif n'est plus au catalogue

pour information dans les constructions métaliques, régles C M66, il est prévu de vérifier les batiments à l'air libre avec un différence de température de 27°Csachant que la température de pose généralement admise est de 15°C

pour le bois massif la dilatation longitudinale est minime c'est la dilatation transversale qui est plus importante

@+
Cousin Hub
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Message par Cousin Hub »

popof59 a écrit :dans une ancienne revue de modélisme il était fait état d'un rail de dilation PECO sauf erreur ce dispositif n'est plus au catalogue
Bonjour,

La référence que je donne figure au catalogue de juillet 2007 du lien joint, et sur le catalogue Peco 2005.
popof59
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Message par popof59 »

autant pour moi

je change de lunette pour ma prochaine lecture du forum

@+
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Message par Cousin Hub »

popof59 a écrit :autant pour moi

je change de lunette pour ma prochaine lecture du forum

@+
Bonjour Popof59,

C'était juste pour que Marige ne tourne pas en rond.

Amicalement.
grenier34sp1
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Message par grenier34sp1 »

bonsoir,

je travaille dans l'élaboration des alliages et des inox depuis 20 ans et je pense assez bien connaître ces matériaux.

Je confirme complètement les valeurs de dilatation données auparavant, de l'ordre de 20 microns par mètre et par degré (pour arrondir et faire simple). Dit autrement, un écart de 20°C va faire changer la longueur d'un mètre de voie de 400 microns soit 0,4 mm. Et sur dix mètres de voies soudées ensemble on atteint 4 mm ! A savoir que 0,4 mm suffisent pour déformer une tige métallique (latéralement ou verticalement suivant ce qui va lâcher en premier)... s'il n'y a aucun jeu, sauf si l'alliage peut encaisser de fortes contraintes avant de céder (ce n'est pas le cas du maillechort). Et dix mètres de voies, ce n'est pas énorme, par exemple sur un réseau tour de pièce en U on est vite largement au delà !

On n'y peut pas grand-chose, car c'est au premier ordre lié à la composition chimique de l'alliage. Au deuxième ordre (largement au deuxième ordre d'ailleurs), aux contraintes dans le matériau (en général, plus un matériau est bourré de contraintes et plus sa dilatation thermique baisse, quand on reste en dessous de 100°C). La différence de taille, c'est que la dilatation thermique (ou la contraction) sont réversibles et permanentes (quand on revient à la température initiale, la longueur revient à la longueur initiale, si la pièce n'est pas sous contrainte - cela étant, la pièce n'a plus forcément la même forme si elle a buté sur quelque chose en se dilatant !), alors que le changement de taille dû aux relaxations de contraintes n'est pas réversible : si les contraintes sont enlevées par un échauffement (il faut beaucoup plus que 20°C quand même...) elles ne reviendront pas toutes seules. Surtout que les contraintres créées en cours de fabrication sont d'un autre ordre de grandeur que celles que l'on peut créer en montant son réseau.

A noter aussi que la température ambiante ne reflète pas forcément celle des rails, s'ils sont exposés au soleil on peut avoir un écart de facilement 5 voire 10 °C supplémentaires, ce qui aggrave les choses, et parfois plus (cela dépend du soleil, de la durée d'exposition, du matériau et de son environnement aussi, c'est compliqué). Donc méfiance pour les parties de réseau exposés aux rayons du soleil en plein midi... d'autant plus que le réseau ne va pas réagir partout pareil si une partie reste protégée du soleil.

On pourrait imaginer utiliser des alliages à basse dilatation, il en existe qui ont des dilatations quasiment nulles entre - 180°C et + 200°C (ce qui suffit généralement pour un réseau :lol: ). Quand je dis quasi nulles, c'est environ 0,5 micron par mètre et par degré, soit 40 fois moins que le maillechort.

Hélas ces alliages ont deux défauts rédhibitoires pour notre application : ils sont hors de prix (à base de nickel, de cobalt et de fer), et ils sont dépourvus de toute résistance à l'oxydation (le contact de la peau suffit à les faire rouiller). Certains alliages inox ont des dilatations voisines de 12 ou 15 microns, c'est mieux que le maillechort mais il n'y en a pas dans le commerce de détail à ma connaissance, surtout dans des formats capables de rails (ou alors je ne connais pas, c'est possible). Devinez maintenant pourquoi les rails réels sont toujours faits dans des matériaux qui se dilatent... ;)

Donc j'adhère aux solutions proposées, à savoir garder du jeu quand on monte son réseau quand il fait froid, au contraire, limiter le jeu quand on monte son réseau quand il gèle.
Bon,de mon côté, je préfère travailler au chaud :D
Vous savez maintenant comment je compte m'y prendre...

j'espère ne pas vous avoir ennuyé avec ces quelques infos.
Georges
grenier34sp1
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Message par grenier34sp1 »

bonsoir,

je vais chercher la résistance électrique du maillechort que je ne connais pas par coeur (mais pas ce soir !). Je connais l'élaboration des alliages et inox, et une partie de leurs propriétés, mais je suis moins doué en électricité. Cela étant c'est quelque chose que j'ai appris donc je devrais pouvoir faire un travail de mémoire sur le sujet...

Je te réponds sous peu, mais entretemps peux-tu me rappeler l'intensité qui traverse tes rails (ou la tension et la puissance, je m'en débrouillerai), ainsi que leur section ? C'est nécessaire pour répondre un peu précisément à ta question. merci
La tension à elle seule ne chauffe pas les rails. Sinon les câbles à THT d'EDF fondraient sous plusieurs centaines de milliers de volts. L'intensité est le facteur majeur. Donc quelque part, l'énergie transportée.

Il est clair que du métal s'échauffe quand du courant passe dedans, mais cela dépend de sa nature (la résistivité), du courant qui passe à travers et de la section de métal. C'est ce qui fait qu'un fusible fonctionne, qu'un disjoncteur thermique fonctionne, mais aussi tout simplement le filament d'une ampoule... ou le fer à repasser de Madame :lol: j'ai horreur de repasser :D :D . Cela pourrait être négligeable si l'intensité est basse, la résistivité faible et la section forte. Je vais essayer d'expliquer ça simplement (si je peux faire court) dans un prochain message.

bonne nuit !
Georges
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Message par marige »

Merci cousin hub, je vais acheter ces éléments de dilatation.
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Message par popof59 »

pour cousin hub: pas de probléme


pour info

repris de wikipédia

Proportions de l'alliage : Cu 62 à 68 / Ni 18/ Zn 15 à 20
Densité : ( g cm-3 ) 8,72
Intervalle de fusion : ( C ) 1060-1110
Dureté (Brinell) : 75-190
Résistivité électrique: (ohm.m) 3.10^-7

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popof59
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Message par popof59 »

suite
pour les contraintes dues a la dilatation sauf erreur la formule est la suivante
(formule F=K*x -F= effort, K=raideur, x= allongement)

l=(1/E)*(N/S)*L

l: allongement total ou dilatation en mm
E: module d'elasticité longitudinal en Dan/mm2
N: effort en DaN
S: section en mm2
L: longeur de l'élément en mm

N/S= contrainte
DaN= DecaNewton (#1 Kgp)


voir aussi pour caractéristiques complémentaires

http://www.goodfellow.com/csp/active/st ... chort.HTML

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grenier34sp1
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Message par grenier34sp1 »

bonsoir,

je suis revenu sur le forum et je vais donc répondre à la question posée sur l'effet du passage du courant sur l'échauffement des rails. Donnez-moi juste le temps de taper ma longue explication. Pour les pressés, les deux premières lignes contiendront la conclusion, le reste, ce sera pour ceux qui veulent comprendre ou calculer de leur côté ;)
Au fait, quand on fournit une formule sur le forum, il fait faire attention à éviter les symbols qui, accolés, donnent des émôticones :D
Dans le message précédent je suppose que : / ( doit être lu à la place de la petite tête jaune qui fait la gueule... :lol:

Pour ce qui est des données sur Wikipédia : ce qui est écrit (même sur le net) n'est pas toujours exact. Ni complet. Mais en effet la valeur de la résistivité électrique est à peu près la bonne.

Donc à dans plusieurs longues minutes pour la suite de ma réponse ! ;)

V+
Georges
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Message par grenier34sp1 »

Pierre du rail - 61 a écrit :Bonjour,
C'est à mon tour de te demander un renseignement, Georges. Lors de l'utilisation des rails pour la circulation des trains, ceux-ci sont sous tension. Qu'elle est la résistance du maillechort et qu'elle incidence a-t-elle sur la température du rail lors de nombreuses circulations successives ?
Merci pour l'information.
Cordialement.
Pierre
re-bonsoir donc !

Je comprends la question ainsi : le passage du courant dans les rails provoque-t-il un échauffement de ceux-ci, et si oui, est-ce que cela peut les faire se dilater, et donc, faut-il le prendre en compte dans la construction d'un circuit ?

La réponse brute de décoffrage est claire : NON. L'échauffement est ridiculement faible et il faut plusieurs centaines d'heures pour que les rails chauffent de... 1°C.

Voici comment cela se calcule : mettez votre ceinture, je mets les gaz, on va décoller... :lol:

L'échauffement de la matière est lié à une accumulation d'énergie dans celle-ci. Cette énergie se calcule en fonction de l'échauffement : elle est égale au produit de l'écart de température considéré (en degrés celsius) par la masse du produit (en kilogrammes) et encore par la capacité calorifique du produit, qu'autrefois on appelait la chaleur spécifique, et qui se mesure en Joules par kilogramme et par degré celsius.
En gros, la capacité calorifique mesure la faculté d'un produit à accumuler de l'énergie en fonction d'une élévation de température donnée, et elle est "spécifique" du corps considéré.

Donc on peut écrire : dE (écart d'énergie accumulée) = Cp . m . dT
(Cp capacité calorifique, m masse, dT écart de température).
L'énergie se mesure en joules.

Cette formule est très générale.

Par ailleurs, quand un corps est traversé par un courant électrique (nous y voilà), l'énergie qui est délivrée est égale au produit de la puissance électrique P (en watts) par le temps t (en secondes). L'énergie véritablement accumulée par le produit est ce résultat multiplié par un coefficient de rendement (sans unité) qui est d'autant plus proche de 1 que le produit conduit bien le courant. Ici nous majorerons donc la valeur de la puissance dégagée (donc au final, de l'échauffement) en prenant 1 pour ce coefficient.
Par ailleurs, je considère un courant continu. En courant alternatif, la valeur de la puissance est au maximum égale à celle décrite ici, ou bien est minorée par un facteur compris entre zéro et un qu'on appelle le cosinus phi (je passe sur les détails :) :) ). Sachez simplement que ce que je dis ici pour le courant continu sera a fortiori encore plus vrai pour le courant alternatif, car si la puissance dégagée est plus faible, l'échauffement le sera aussi.

On peut donc écrire :
dE = Cp . m . dT = P . t

comment connaître P ?
Dit avec les doigts, quand un courant traverse un corps, il libère de l'énergie, et ce d'autant plus que le produit traversé offre une résistance au passage du courant.
En effet, la puissance en watts est le produit de la tension (en volts) par l'intensité (en ampères). Soit en formule : P = U . I ; Mais attention à ne pas faire une ENORME erreur de raisonnement : il ne s'agit pas de la tension appliquée aux bornes de votre transformateur (12 V par exemple) mais de celle qui sépare deux points différents et éloignés d'un rail, par exemple ici, entre le branchement du rail sur le transfo et le point de contact avec la roue capteuse de courant de la motrice. La tension est plus justement appelée différence de potentiel. Différence de potentiel entre les deux points considérés, bien sûr. 12V seront la valeur de la différence de potentiel entre les deux bornes du transformateur, ce sera aussi sans doute à peu près la valeur de la différence de potentiel entre les deux rails et c'est d'ailleurs cela qui fait fonctionner les moteurs de nos machines. Mais sur un MEME rail (en supposant que les contacts électriques aux niveaux des éclisses sont bons, on peut supposer qu'on n'a qu'un seul rail très long, d'un point de vue électrique), la différence de potentiel est minime.

Plutôt que de la calculer ou de la mesurer, rappelons-nous que cette différence de potentiel est aussi égale à la résistance électrique du matériau (en ohms), multipliée par l'intensité (en ampères). U = R . I

Ce qui combiné à la formule précédente donne : P = R . I . I (je n'ai pas trouvé le symbole de la mise au carré :) )

Ainsi notre formule devient :
dE = Cp . m . dT = R . I . I . t

Il faut donc connaître R !!!!

Et justement, la résistance électrique, dans le cas d'un corps allongé comme un rail, peut s'écrire :

R = r . L / s

avec L la longueur en m, s la section en mm2 et r la résistivité électrique (en ohms.mm2/m par exemple), caractéristique de la matière considérée. Plus une matière donnée sera de faible section, plus la résistance sera grande, plus la puissance dissipée sera grande aussi ! d'où le fait qu'un filament de lampe à incandescence monte à 2000°C, entre l'effet de sa section et de celui de la résistivité du tungstène...

Par ailleurs, la masse m qui intervient dans la formule du début est le produit du volume par la masse volumique (en kg/m3 ) (la densité pour faire simple, même si ce n'est pas strictement la même chose), et le volume est lui-même le produit de la section (en mm2) par la longueur (en m).

m = rho . L . s

Quand on combine tout cela dans la formule initiale, on obtient :

dE = Cp . rho . L . s . dT = r . L . I . I . t / s

On voit donc que la longueur n'intervient pas puisqu'elle apparaît des deux côtés du signe égal. Que votre voie fasse cinquante centimètres ou cinquante mètres de long, son échauffement sera similaire. Que la loco soit près du transfo ou à l'autre bout, qu'elle soit à l'arrêt ou pas, peu importe. ce qui compte c'est l'intensité engagée sur les rails, leur forme, leur matière.

On peut extraire l'écart de température :

dT = t . r . I . I / (Cp . rho . s . s)

Ce qui signifie que :
plus on fonctionne longtemps plus ça chauffe :)
plus l'intensité est forte plus ça chauffe (et vite)
plus la section est faible et plus ça chauffe
le reste est lié à la matière utilisée.

Prenons un cas pratique :
le maillechort
r = 0,369 ohm.mm2/m
rho = 8700 kg/m3
Cp = 400 J/kg/ °C

prenons une section de rails de 2 mm2
prenons une intensité de 4 ampères

On obtient : dT = 0,42 . t / 1 000 000

Autrement dit, pour avoir dT = 1 °C, il faut attendre 654 heures. Vous ne ferez pas cuire un oeuf avec ça... :D

Bon, admettons que certaines de mes données ne soient pas très justes, mais quand même, je pense que le résultat se chiffrera toujours en centaines d'heures.

D'ailleurs je ne me suis jamais brûlé en touchant des rails juste après mise hors tension, parce qu'ils étaient chauds.

Bien évidemment, s'il y a un point faible quelque part (une éclisse qui fait mauvais contact par exemple) alors localement la section va fortement diminuer, ce qui va fortement réduire la valeur de t. Mais même si localement on peut aller jusqu'à fondre le métal (j'ai déjà fait :lol: dans mon jeune temps) c'est LOCAL, donc cela ne va pas jouer sur la dilatation des rails qui suppose une élévation globale de la température de ceux-ci. Cela étant, vous aurez des soucis quand même, mais pas à cause de la dilatation :lol:

Inutile de dire que cet effet, même après 600 heures, est totalement négligeable devant les variations journalières ou saisonnières de température...

Effet du courant sur la dilatation des rails = peanuts...
FIN

Bon, merci d'avoir lu jusqu'au bout, j'espère que cela vous aura amusé ou intéressé, je vais sûrement me faire chambrer pour la longueur du texte... tant pis !

Mais bon, ne me posez pas des questions comme ça tous les soirs, sinon je ne vais pas suivre :D

bonne soirée à tous, je vais manger, je reviendrai après pour voir les commentaires sur le sujet :rolleyes: :lol: :lol: ;)
A vous d'écrire un peu, je vous laisse la plume !

gazzzzz
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Dilatation des rails?

Message par grenier34sp1 »

231-710 D a écrit :Bonsoir.

C'est pourquoi, depuis, il y a 5 jointures sur cette même longueur. En plus, cela donne un "tacatac" bien sympa au passage des trains.
bonsoir,

oui, j'approuve, même si ce n'est pas pareil, cela fait quand même penser au train réel. Vive le tacatac... !!!!

Mais à condition que cela ne fasse pas dérailler :)
Je pense qu'il faut éviter les jointures juste au début des courbes ou bien juste au début des pentes...

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Message par JCDan »

Bonsoir Georges ! (de nouveau sur ce fil !!) ;)

Oh là là, après avoir lu tout cela, on risque une "indigestion métallo-énergico-ferroviaire"... :lol: :lol:...un peu dans le style des rapports techniques des ingénieurs ; rapports que j'avais à étudier (ou à défendre au judiciaire...) dans une tranche de vie de mon passé professionnel...
Pour l'essentiel, c'est "à peu près" compris...reste à en faire la synthèse...et franchement, ce n'est pas une mince affaire !! :lol:
Merci pour nous tous de ces intéressants développements !! ;)

Bonne soirée :cool:
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Message par PK204 »

grenier34sp1 a écrit :bonsoir,

je travaille dans l'élaboration des alliages et des inox depuis 20 ans et je pense assez bien connaître ces matériaux.
Battu, j'ai bossé 33 ans aux Acièries d'Ugine, dans l'inox, que l'inox!

Bonjour ex-collègue, bonjour la Nièvre
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