WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Иванова Юлия Анатольевна ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С УЧЕТОМ НЕРОВНОСТЕЙ ПУТИ Специальность 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (транспорт) А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009 1

Работа выполнена в отделе нелинейного анализа и безопасности систем Учреждения российской академии наук Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН

Научный консультант: доктор физико-математических наук, доцент Ю.И. Голечков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ф.И. Ерешко доктор технических наук, профессор Е.П. Корольков

Ведущая организация: ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта», г. Москва 00

Защита диссертации состоится “ 11 ” июня 2009 г. в 16 час.

на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.017.03 при Учреждении российской академии наук Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН по адресу: 119991, г. Москва, ул. Вавилова, д. 40, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Вычислительного центра им. А.А. Дородницына Российской академии наук.

Автореферат разослан “_” _ 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.017.03 кандидат физико-математических наук Мухин А.В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена развитию методов исследования безопасности движения колесных транспортных средств с учетом неровностей пути, а также созданию пакета проблемно-ориентированных программ для исследования безопасности движения колесных транспортных средств в чрезвычайных ситуациях. В работе под колесными транспортными средствами понимаются средства железнодорожного и автомобильного транспорта.

Для предотвращения и минимизации последствий чрезвычайных ситуаций актуальной задачей является изучение закономерностей возникновения, проявления и развития чрезвычайных ситуаций техногенного характера на транспорте, разработка научно обоснованных технологических и технических мероприятий.

В настоящее время освоение возрастающего объема перевозок пассажиров и грузов при обеспечении безопасности движения транспортных средств и повышении эффективности работы указанных средств является актуальным направлением развития транспортных отраслей. Решению задач, возникающих в этом направлении, служит разработка адекватных методов и эффективной инструментальной среды для повышения безопасности технических транспортных систем в чрезвычайных ситуациях, когда аварийность осложняется факторами неровностей пути и высоких скоростей движения. Наибольшую сложность для изучения представляют системы, характеризующиеся нерегулярным поведением, вибрациями и ударными возмущениями. Несмотря на то, что исследование подобных систем ведется во многих научно-технических центрах в России и за рубежом, остается широкий диапазон нерешенных задач, требующих тщательной научной разработки и экспериментальной проверки.

Тема диссертации является актуальной, поскольку статистика чрезвычайных ситуаций на железных дорогах России показывает, что в последние годы относительные показатели числа нарушений безопасности движения ухудшаются. Количество чрезвычайных происшествий, имевших место на железнодорожном транспорте с 1992 по 2007 годы, представлено в диаграмме на рис. 1.

Сложная аварийная обстановка требует тщательного анализа основных причин возникновения чрезвычайных ситуаций и разработки мер по уменьшению количества чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте.

Актуальной задачей является разработка методов, которые позволяют проводить качественное исследование и численно-аналитическое интегрирование уравне ний, описывающих движение транспортных динамических систем в чрезвычайных ситуациях при произвольно большом числе фазовых переменных.

Сходы Крушения Аварии Рис. 1. Количество чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте с 1992 по 2007 годы В связи с возросшими требованиями к проектированию, эксплуатации сложных технических объектов и технологических процессов, а также к управлению указанными объектами и процессами в чрезвычайных ситуациях, возникает необходимость изучения нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих движение транспортных динамических систем. Для этого разрабатываются соответствующие транспортные дифференциальные уравнения второго порядка. Такие уравнения описывают функционирование многих технических динамических систем, а их разработка представляет фундаментальную научную проблему.

В диссертации изучаются три типа транспортных дифференциальных уравнений второго порядка:

1. Дифференциальное уравнение движения железнодорожного вагона с учетом заданного профиля неровностей пути:

d T - + + = Qi (t), (1) dt qi qi qi qi где Т и П обозначают соответственно кинетическую и потенциальную энергию ва гона, qi и qi - векторы обобщенных координат и скоростей, Q(t) - вектор обобщенных сил и Ф обозначает диссипативную функцию вагона, t - время. Для уравнения (1) посредством разработанного в диссертации программного обеспечения исследу годы ется устойчивость и безопасность движения железнодорожного вагона по неровному железнодорожному пути для различных значений скорости движения, в том числе для высокоскоростного движения.

2. Дифференциальное уравнение движения автомобильного транспортного средства с учетом заданной формы неровностей пути:

M z + C z + K z = Q(t, z, z), (2) Q(t, z, z) где M, С, К - матрицы масс, демпфирования и жесткости соответственно, - заданная нелинейная вектор-функция времени, перемещения и скорости (обобщенная возмущающая сила), z - 17-мерный вектор обобщенных координат (одностолбцовая матрица из 17 строк, zT = [z1, 1, z2, 2, z3, 3, z4, z5, z6, z7, z8, z9, z10, z11, z12, z13, z14]), верхний индекс Т означает транспонирование. Уравнение (2) возникает при описании и изучении колебательных процессов летательных аппаратов в воздушном потоке, колебаний корпусов кораблей и подводных лодок при волнении в открытом море, колебаний элементов и узлов подвижного состава железнодорожного и автомобильного транспорта при движении по неровному пути. Особенностями изучаемого уравнения (2) является рассмотрение нестационарного вектора возмущений и большая размерность фазового пространства. В диссертации для уравнения (2) поставлены и решены следующие задачи: описать характеристики вертикальных колебаний колесного транспортного средства при движении по неровному пути с заданной формой неровностей; реализовать алгоритмы и программы численных расчетов для различных значений скорости движения; проанализировать влияние роста скорости на характер колебаний и безопасность движения; определить значения динамических характеристик пневматической подвески сиденья водителя, обеспечивающие безопасность движения в чрезвычайных ситуациях.

3. Дифференциальное уравнение движения автомобильного транспортного средства с учетом случайного характера неровностей пути, описываемых известными спектральными плотностями и взаимными спектральными плотностями кинематических возмущений:

Mz + Cz +Kz = B0q +B1q, (3) где M, С, К - матрицы масс, демпфирования и жесткости соответственно; В0, В1 диагональные матрицы жесткости и демпфирования; z - 12-мерный вектор обобщенных координат (одностолбцовая матрица из 12 строк, zT = (z1, 1, z2, 2, z3, 3, z4, qT = (q1,q2,q3,q4,q5) qT = (q1, q2, q3, q4, q5) z5, z6, z7, z8, z9),,. Изучены случайные колебания для уравнения (3) автомобильного транспортного средства, движущегося по неровному пути, имеющему случайную последовательность выступов и впадин.

Разработано алгоритмическое и программное обеспечение расчета зависимостей средних квадратичных отклонений перемещений и ускорений ряда узлов транспортного средства от скорости при движении по профилю пути с заданной спектральной плотностью кинематического возбуждения.

Актуальность разработки и изучения перечисленных дифференциальных уравнений обусловлена необходимостью обоснования режимов функционирования транспортных динамических систем для обеспечения безопасности и устойчивости их работы в чрезвычайных ситуациях. В связи с этим возникает и актуальная потребность в разработке соответствующего пакета проблемно-ориентированных компьютерных программ.

Разработанные к настоящему времени группы методов часто не применимы для исследования фундаментальных свойств транспортных динамических систем (1)– (3), так как необходимость учета сложного поведения решений указанных систем требует дальнейшей разработки, модификации и усовершенствования этих методов.

Выполненные в диссертации разработка и усовершенствование численноаналитических и компьютерных методов исследования безопасности движения транспортных динамических систем в чрезвычайных ситуациях дают улучшенную точность по сравнению с имеющимися методами.

Отсутствие точных универсальных методов исследования транспортных нелинейных систем обусловило разработку обширного набора качественных, численноаналитических и компьютерных методов исследования транспортных динамических систем. Методы исследования устойчивости и качественных свойств динамических систем изучались, начиная с работ А. Пуанкаре, А.М. Ляпунова, Н.Е. Жуковского и Дж. Биркгофа, в работах отечественных и зарубежных ученых: Н.Г. Четаева, Е.А. Барбашина, В.В. Немыцкого, В.И. Зубова, В.М. Матросова, А.А. Шестакова, В.В. Румянцева, В.М. Старжинского, И.Г. Малкина, Х. Массеры, Р. Беллмана, В. Коппела, Ж.П. Ла-Салля, С. Лефшеца, М. Урабе, Л. Чезари и других ученых.

Важные результаты по безопасности и устойчивости движения транспортных систем получены в работах С.А. Чаплыгина, А.А. Шестакова, Н.А. Панькина, Ю.И. Першица, А.Х. Викенса, О.В. Дружининой, Т.А. Тибилова, Ю.М. Черкашина, Е.П. Королькова и других ученых. Первыми широко доступными публикациями по проблемам исследования операций, которые могут служить научной базой и для исследования системной безопасности, являются "Исследование операций" П. Блэкетта (1948 г.) и "Методы исследования операций" Ф. Морза и Д. Кимбелла (1952 г.).

Крупные результаты в этом направлении получены в работах Д.А. Вентцеля, Б.В. Гнеденко, А.Н. Колмогорова, В.С. Пугачева, П.С. Краснощекова, В.Т. Кармано ва, Н.С. Северцева, А.Н. Катулева и других ученых, которые заложили основы понимания смысла терминов "операция", "эффективность", "неопределенность", "решение", "надежность" и помогли разработке важных фундаментальных разделов анализа конфликтных ситуаций, оптимизационных проблем принятия решений, а также математической теории надежности и безопасности.

Понятие безопасности должно иметь единое понимание. При разработке этого понятия необходимо иметь подход, основанный на системном анализе, исследовании операций и раскрывающий комплекс факторов, ситуаций, причин, поддающихся доказательству, формализации, моделированию и оптимизации.

Областью исследования в настоящей диссертации являются теоретические основы безопасности и компьютерные методы исследования транспортных динамических систем (1)–(3) и задач эффективного прогнозирования их функционирования с количественной оценкой показателей их динамической безопасности.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка численноаналитических и компьютерных методов исследования безопасности, устойчивости поведения в чрезвычайных ситуациях неавтономных транспортных динамических систем с различными типами возмущающих процессов для обеспечения безопасных режимов функционирования и прогнозирования динамики проектируемых транспортных систем различного назначения. Целью работы является также реализация единого подхода в исследовании безопасности движения различных классов транспортных динамических систем, задаваемых дифференциальными уравнениями Лагранжа второго порядка, а также разработки пакета программ компьютерной реализации разработанных в диссертации конструктивных методов, открывающих новые возможности для исследования поведения транспортных динамических систем и их управлением в чрезвычайных ситуациях.

Целью диссертации

является также развитие математических методов системной безопасности, используемых при проектировании, отработке и эксплуатации сложных технических систем различного назначения, которые могут быть полезны при исследовании социальных, экономических, социально-политических, военных и других проблем принятия решений.

Методы исследования. В диссертации широко использованы методы теории безопасности, системного анализа, качественной теории дифференциальных уравнений, теории устойчивости движения, теории вероятностей, аналитической механики. В диссертации на основе развития первого метода А.М. Ляпунова и компьютерного моделирования предложен универсальный способ исследования влияния параметров диссипации и жесткости, инерционных параметров, а также геометрических па раметров проектируемого экипажа на устойчивость движения транспортных динамических систем, разработано соответствующее программное обеспечение.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»