UM Loco

Программный комплекс "Универсальный механизм" включает в себя специализированный модуль для моделирования динамики железнодорожных экипажей: локомотивов, пассажирских и грузовых вагонов, путевых машин. Моделирование производится во временнoй области, то есть в зависимости от времени. С помощью UM можно создавать полностью параметризованные модели: задавать с помощью идентификаторов или выражений инерционные и геометрические параметры (в том числе и графические изображения элементов), а также основные характеристики силовых элементов (например, жесткости пружин, коэффициенты диссипации гасителей, коэффициенты трения в контактах и так далее). При необходимости, для уточнения результатов моделирования и/или для решения задач долговечности отдельные элементы конструкции, например хребтовые балки и кузова вагонов, могут быть представлены в виде упругих тел (см. модуль моделирования динамики упругих тел). Параметризация модели является основой эффективного анализа динамических свойств железнодорожных экипажей и их оптимизации.

В материале "Использование программного комплекса Универсальный Механизм для анализа динамики железнодорожных экипажей" (12 стр.) рассматривается накопленный опыт использования программы на предприятиях железнодорожной отрасли, приводится сравнение с аналогами, обсуждаются вопросы верификации программного комплекса.

 

istory Сотрудничество с ОАО РЖД


В 2009 году ОАО "Российские железные дороги" утверждена методика моделирования условий схода подвижного состава с применением программного комплекса "Универсальный механизм"

 

istory UM Loco позволяет

 

  • исследовать устойчивость рельсовых экипажей (РЭ) по Ляпунову (определение критической скорости);
  • рассчитывать динамику РЭ в полной пространственной постановке, в прямых и кривых участках пути, с учетом и без учета неровностей путевой структуры с одновременным расчетом переменных, характеризующих динамические показатели РЭ: ускорения произвольных точек любого тела, коэффициенты динамики, усилия в тягах и поводках, рамные силы, силы в контакте колесо - рельс, факторы износа, коэффициенты безопасности и так далее;
  • моделировать динамику локомотива в режиме тяги и выбега, с учетом и без учета эффекта замедления;
  • исследовать зависимость динамики РЭ от геометрии профилей колеса и рельса;
  • моделировать динамику состава в прямых участках пути в полной пространственной постановке;
  • задавать программу численных экспериментов с целью анализа влияния параметров модели на динамические показатели РЭ, выполнять многокритериальную оптимизацию модели;
  • рассчитывать частоты и формы колебаний кузова и рамы с использованием конечно-элементных моделей;
  • учитывать влияние на динамику РЭ любого числа низших частот и форм колебаний кузова и рамы.
Электровоз ЭП200 с пассажирским составом. Для показа анимации щелкните на картинку Трехэлементная тележка модели 18-100
Электровоз ЭП200 с пассажирским составом Тележка модели 18-100

 

istory Дополнительные возможности в UM Loco

 

  • стандартная подсистема колесная пара;
  • процедура автоматического расчета контактных сил взаимодействия колеса и рельса (сил крипа) в режимах одноточечного и двухточечного контакта, в том числе модель Калкера (FastSim), учитывающая спин, и модель негерцевского (неэллиптического) контакта;
  • графический интерфейс анимационного представления сил контакта колесо - рельс в процессе моделирования движения (анимация контакта);
  • интерфейсные возможности по заданию профилей колеса и рельса, профилей неровности путевой структуры;
  • интерфейс задания параметров кривых;
  • стандартный список переменных, характеризующих особенности взаимодействия колеса с рельсом, позволяющие строить графики и выполнять численный анализ взаимодействия (силы крипа, углы набегания, направляющие силы и так далее);
  • база данных профилей колес и рельсов;
  • база данных отдельных подсистем (колесно-моторные блоки, тележки), готовые модели РЭ.

 

istory Верификация программного комплекса


В файле 10_um_loco_manchester_benchmarks.pdf приводятся результаты моделирования так называемых манчестерских тестовых примеров, которые были разработаны в 1998 г. с целью сравнения программного обеспечения для исследования динамики рельсовых экипажей между собой. Тесты были разработаны на кафедре железнодорожных технологий Манчестеского университета (The Rail Technology Unit, Manchester Metropolitan University). В настоящее время манчестерский тест де-факто является стандартом для верификации программного обеспечения.

Тестовые расчеты проведены для большинства представленных на рынке программ, результаты которых опубликованы в монографии [1]. Проведенные расчеты показывают качественное и количественное совпадение результатов моделирования с другими известными программными комплексами.

В процессе работы с UM Loco был поставлен целый ряд натурных экспериментов, в том числе независимыми исследователями.

Так в работах В.И. Сакало и В.С. Коссова [2, 3] рассматривается динамика локомотива ТЭ116 и отмечается, что «достигнута удовлетворительная сходимость теоретических и экспериментальных значений всех рассматриваемых показателей, в том числе рамных сил. Расхождение результатов моделирования и эксперимента для прямых и кривых участков пути не превышает 15 %».

В работе А.Э. Павлюкова и др. [4] проводились эксперименты с грузовой тележкой типа 18-100. Отмечается сходимость в пределах 10 %.

В работе [5] рассмотрена «проблема представления тонкого упругого стержня системой шарнирно связанных абсолютно твердых тел с целью достоверного определения положений равновесия, собственных частот и форм колебаний стержня с учетом геометрической нелинейности». Сравнение результатов численных и натурных экспериментов показало, что первые собственные частоты колебаний балки совпадают с точностью 1-2 %.

Список литературы:

  1. Iwnicki, Simon D. The Manchester benchmarks for rail vehicle simulation / ed. by S. Iwnicki. - Lisse: Swets & Zeitlinger, 1999. Доступно на Amazon.com
  2. Коссов В.С. Снижение нагруженности ходовых частей локомотива и пути. Дисс. … д-ра техн. наук. Коломна, 2001.
  3. Сакало В.И., Коссов В.С. Контактные задачи железнодорожного транспорта. – М.: Машиностроение, 2004.
  4. Погорелов Д.Ю., Павлюков А.Э., Юдакова Т.А., Котов С.В. Моделирование контактных взаимодействий в задачах динамики систем тел / Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. тр. / Под ред. В.И. Сакало. Брянск: БГТУ, 2001. С. 11–23.
  5. Дмитроченко О.Н., Михайлов Н.Н., Погорелов Д.Ю. Моделирование геометрически нелинейных упругих стержневых систем на основе подхода систем твердых тел. Динамика и прочность транспортных машин, БГТУ, Брянск, 1997.
istory Руководство пользователя / презентация


Руководство пользователя и презентация для этого модуля доступны на странице загрузки.

 
 

 

istory Опыт использования

 
Программный комплекс "Универсальный механизм" используется в частности следующими отечественными предприятиями и организациями железнодорожной отрасли:

  В числе прочих с использованием UM Loco были выполнены следующие исследования.

  • Оценка параметров взаимодействия пути и полувагона 12-196 на тележках типа 18-194-1 и 18-100 по заказу ООО "Уральское конструкторское бюро вагоностроения", 2013 г.
  • Исследование динамических показателей тепловозов ТГ16М и ТГМ6 по заказу Центра инновационного развития СТМ, 2013 г.
  • Анализ динамики и нагруженности в зоне контакте колес с рельсами электровоза 2ЭС10 с учетом режимов реализации сил тяги и торможения на пределе сцепления для ООО "Уральские локомотивы", 2012 г.
  • Математическое моделирование влияния ширины рельсовой колеи на процессы взаимодействия грузового вагона и пути по заказу ОАО ВНИИЖТ, 2007–2008 гг.
  • Разработка уточненной модели грузового вагона на трехэлементных тележках. Создание унифицированной модели трехэлементной тележки в составе модели грузового вагона с возможностью использования её для моделирования тележек типа 18-100 и тележек содержащих, боковые упруго-роликовые опоры, билинейное рессорное подвешивание, буксовые адаптеры. По заказу ОАО НПО Уралвагонзавод, 2008 г.
  • Научно-исследовательская работа «Разработка технологии моделирования условий схода подвижного состава с использованием программы для ЭВМ «Универсальный механизм»». Заказчик: ВНИИЖТ, Генеральный заказчик: ОАО РЖД, 2008–2009 гг.
  • Разработка моделей локомотива, вагонов и поезда для железнодорожного тренажера по заказу Marmara Research Center, г. Стамбул, Турция, 2009–2010 гг.
  • Разработка уточненной модели коэффициента запаса устойчивости и методики измерения сил взаимодействия колеса с рельсом с помощью тензометрической колесной пары по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2004–2006 гг.
  • Разработка совместно с ФГУП ВНИКТИ базы данных компьютерных моделей локомотивов России, включающей 17 локомотивов разных типов, 2006 г.
  • Анализ динамики и выбор рациональных параметров вагона для перевозки автомобилей по заказу ЗАО «ВКМ-Инжиниринг», г. Москва, 2006 г.
  • Анализ динамики и выбор оптимальных параметров проектируемых российских магистральных тепловозов ТА25, ТА35 по заказу ОАО БМЗ-Тепловоз, 2001–2004 гг.
  • Уральского государственного университета путей сообщения.
  • Анализ динамики и выбор рациональных параметров новой грузовой трехэлементной тележка по заказу ФГУП ВНИКТИ, 2001 г.
  • Исследование ситуаций, приводящих к сходу грузовых вагонов с рельсов путем всползания, по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2001–2007 гг.
  • Анализ динамики и выбор рациональных параметров проектируемого электровоза ЭП2к по заказу ОАО Коломенский завод, 2004 г.
  • Поиск оптимальных профилей колес грузовых вагонов на базе тележки модели 18-100 с учетом показателей устойчивости вагона, износа колес и рельсов и максимальных контактных давлений по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2003 г.
  • Исследование ходовой динамики и выбор рациональных параметров ходовой части проектируемого электровоза 2ЭС4К. Исследование проводилось совместно с ФГУП ВНИКТИ МПС, 2004 г.
  • Развитие динамических моделей рельсовых экипажей с целью исследования трибодинамических процессов по заказу ФГУП ВНИИЖТ, 2005 г.
  • Исследование динамики и усталостной долговечности длиннобазных платформ по заказам российских предприятий (задание ОАО РЖД), 2006 г.
  • Поиск оптимальный ремонтных профилей рельсов после шлифования и прогнозирование срока их службы по заказу ФГУП ВНИКТИ, 2001–2002 гг.
  • Экспертизы случаев схода вагонов и локомотивов, 2003–2007 гг.
  • Анализ динамики и выбор рациональных параметров новой трехэлементной тележки по заказу ФГУП ПО Уралвагонзавод, 1999 г. Исследования проводились совместно с кафедрой “Вагоны” БГТУ. 

  За рубежом UM Loco активно следующими ВУЗами и предприятиями:

  • компания AmstedRail, США,
  • компания INKA - Indonesian Railway Industry, Индонезия,
  • компания Vossloh Spain, Испания,
  • компания Sifang Rolling Stock Research Institute, г. Чиндао, Китай,
  • группа компаний Astra Rail Industries, Попрад, Словакия - Арад, Румыния,
  • компания WorleyParsons, Мельбурн, Австралия,
  • Institute of Railway Technology, Monash University, Мельбурн, Австралия,
  • компания Marmara Research Center, г. Стамбул, Турция,
  • Восточно-китайский университет транспорта, г. Нанчанг, Китай,
  • Компания Shijianzhuang Tiedao University, г. Шиджиажуанг, Китай,
  • В Силезском техническом университете (Катовице, Польша) разработан ряд моделей железнодорожных экипажей и проведены натурные эксперименты,
  • В Сеульском национальном университете (Сеул, Республика Корея) для исследования динамики рельсовых экипажей.