WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Научная новизна диссертации заключается в следующем. Проведен анализ состояния безопасности движения на железных на дорогах РФ за период с 1992 по годы и разработаны предложения по повышению безопасности эксплуатации железнодорожных систем в чрезвычайных ситуациях. Развиты методы исследования устойчивости по Ляпунову состояний равновесия решений уравнений движения транспортных динамических систем, задаваемых обыкновенными многомерными нелинейными дифференциальными уравнениями. Разработанные в диссертации методы построения предельных циклов уравнений движения железнодорожной колесной пары и проведенный анализ устойчивости предельных циклов позволяют выработать рекомендации по использованию технических характеристик, обеспечивающих безопасные режимы функционирования систем железнодорожного транспорта в чрезвычайных ситуациях. Условия существования устойчивых предельных циклов могут служить основой для разработки алгоритмов исследования устойчивости движения и использоваться для реализации в виде компьютерных программ. На основе уравнений динамики – уравнений Лагранжа второго рода построены новые дифференциальные уравнения движения транспортных динамических систем с учетом различных способов задания неровностей пути с точки зрения обеспечения безопасности. Предложены методы оценки степени безопасности транспортных динамических систем на количественном уровне, включающие параметры: вероятность безопасности, вероятность опасности, коэффициент средней опасности, коэффициент безопасности, стоимость ущерба, время – период безопасности и т.д. Проведено исследование вибробезопасности транспортных систем и на его основе предложены формулы расчета коэффициентов жесткости и показателей демпфирования различных приборов, повышающих безопасность их эксплуатации. Выполненный анализ движения колесных транспортных средств с учетом неровностей пути того или иного профиля и проведенные серии вычислительных экспериментов могут служить основой методики по совершенствованию функционирования систем транспорта с точки зрения устойчивости движения, повышения безопасности и комфортабельности передвижения пассажиров и сохранности перевозимых грузов. Расчеты в рамках иллюстрирующих примеров позволили проанализировать влияние роста скорости движения на характер колебаний и безопасность движения колесных транспортных средств, а также оптимизировать параметры элементов и узлов кинематических схем транспортного средства. Результаты об устойчивости решений уравнений движения транспортных динамических систем могут применяться в задачах численного интегрирования дифференциальных уравнений при решении многих прикладных задач. Для оптимизации расчета характеристик транспортных динамических систем на основе первого метода Ляпунова предложен универсальный способ исследования влияния параметров диссипации и жесткости, инерционных параметров проектируемого экипажа на устойчивость и безопасность движения транспортных динамических систем, разработано соответствующее программное обеспечение.

Практическая значимость. Результаты диссертации могут быть использованы для качественного анализа безопасности транспортных динамических систем и для обеспечения оптимальных режимов функционирования сложных динамических систем в чрезвычайных ситуациях. Практическая значимость результатов диссертации состоит также в том, что разработанные диссертантом методы и алгоритмы позволили решить ряд теоретических и прикладных задач теории устойчивости и безопасности транспортных динамических систем и явились основой для создания пакета проблемно-ориентированных компьютерных программ, содержащего программы расчета динамических характеристик колесных транспортных средств.

С помощью разработанных диссертантом численно-аналитических методов с точки зрения обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях исследованы уравнения движения железнодорожного экипажа, изучена устойчивость вертикальных колебаний железнодорожного вагона и автомобильного транспортного средства.

Результаты диссертации, касающиеся устойчивости и управления систем железнодорожного транспорта, могут найти применение при решении задач снижения износа гребней колес, снижения износа рельсов, задач оптимизации критических скоростей движения железнодорожного подвижного состава.

В диссертационной работе получен ряд результатов, которые составляют основу практической методики для оптимизации характеристик и оценки безопасности движения колесных транспортных средств и для управления движением в условиях высоких скоростей. В этих методиках существенную роль играют методы исследования устойчивости движения транспортных динамических систем на основе использования первого метода Ляпунова. Отметим, что предложенные алгоритмы могут быть реализованы в виде компьютерных программ в одной из сред программирования, что позволяет широко использовать их при решении многочисленных технических задач, связанных с разработкой и внедрением новых технических средств и технологических процессов.

Изучаемые в настоящей диссертации многомерные дифференциальные уравнения движения колесных транспортных средств имеют важное значение в прикладной механике, динамике подвижного состава железнодорожного и автомобильного транспорта, в технической кибернетике и нелинейной динамике.

Реализация результатов. Результаты диссертации могут быть использованы при решении задач качественного и количественного анализа динамических систем естествознания и техники, а также при чтении курсов теории безопасности систем, математического моделирования, системного анализа, теории устойчивости движения, теории нелинейных колебаний. Ряд результатов диссертации использован в научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе, проводящейся в Российской открытой академии транспорта, Московском государственном университете путей сообщения, а также использован при анализе и оценке безопасности движения пассажирских поездов в Московско-Курском отделении Московской железной дороги филиала ОАО «РЖД».

Достоверность полученных результатов основана на корректности постановок задач, строгом использовании аналитических и качественных методов, на сравнении с результатами, полученными с помощью других методов, на результатах моделирования в широком диапазоне условий. Все утверждения диссертации обоснованы, приведены полные обоснования выводов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, список которых приведен в конце автореферата. Три работы из этого списка опубликованы в научных изданиях, рекомендованных ВАК России.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались:

- на XVI Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (PMECS-08) в ИПУ РАН (Москва, 2008 г.);

- на научно-практической конференции «Инженерные системы–2009» в Российском университете дружбы народов (Москва, 2009 г.);

- на XLV всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии в Российском университете дружбы народов (Москва, 2009 г.);

- на научном семинаре по методам нелинейного анализа Вычислительного центра РАН (Москва, 2008 г., 2009 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, приложения, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 150 с., список литературы включает в себя 116 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОБЗОР СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИИ В настоящей диссертации дано развитие методов и алгоритмов исследования безопасности движения колесных транспортных средств, задаваемых обыкновенными многомерными нелинейными дифференциальными уравнениями с учетом неровностей пути в чрезвычайных ситуациях, а также создан пакет проблемноориентированных программ для исследования безопасности движения колесных транспортных средств. С помощью названных методов изучаются качественные, асимптотические и количественные характеристики транспортных динамических систем типов (1)-(3). Предложены оценки безопасности на количественном уровне.

Во Введении содержится обоснование актуальности темы диссертации и характеристика области исследований. Дан обзор и сравнительный анализ научных результатов, относящихся к теме диссертации, приведены основные цели и задачи исследований, охарактеризованы методы решения задач, основные результаты, отмечены их научная новизна и практическая ценность. Приведено краткое содержание работы, а также представлена общая характеристика диссертации.

Первая глава «Уравнения движения и теоретические аспекты безопасности транспортных динамических систем» диссертации посвящена построению на основе уравнений динамики Лагранжа второго рода обыкновенных многомерных нелинейных дифференциальных уравнений движения транспортных динамических систем с точки зрения обеспечения безопасности движения в чрезвычайных ситуациях. В этой главе проведен также анализ состояния безопасности движения на железных дорогах России за период с 1992 по 2007 годы и охарактеризованы существующие методы повышения безопасности движения и предупреждения аварийности на сети железных дорог. Для оценки безопасности движения транспортных динамических систем используется устойчивость по Ляпунову состояний равновесия динамических систем, которую следует рассматривать как составляющую безопасности движения. Изучена устойчивость периодических движений железнодорожной колесной пары и разработаны рекомендации по использованию технических характеристик, обеспечивающих безопасные режимы функционирования систем железнодорожного транспорта в чрезвычайных ситуациях.

Пусть уравнение движения железнодорожной колесной пары, выраженное че рез вектор x = (I r, T, I v, K ) фазовых переменных, имеет вид х = f (x, p, t), (4) где f – дифференцируемое векторное поле такое, что f : TMPI TM, где TM = MR6 – фазовое пространство, P – пространство параметров, I R – временной интервал. Траектория : (0, ) TM уравнения (4) с начальной точкой TM в каждый момент времени t задается однозначно начальной задачей x (t) = f (x(t), p, t), x(0) =. (5) Показано, что если матрица монодромии M(v) имеет n собственных значений i(v), i = 1, 2,..., n, одно из этих значений равно единице, например, n(v) = 1, и если модули всех остальных n – 1 собственных значений меньше 1, то цикл орбитально устойчив. Если имеется собственное число, по модулю большее 1, то цикл орбитально неустойчив. Кроме того, рассмотрен вопрос о потере орбитальной устойчивости при изменении скорости. В самом деле, если мультипликаторы периодического решения задачи (5) представляют функции скорости v и v < v0, то мультипликаторы 2(v), 3(v),..., n(v) лежат внутри единичного круга 1(v) l. Это означает, что периодическое решение является орбитально устойчивым. Установлено, что при изменении скорости потеря устойчивости происходит в том случае, если один из мультипликаторов покидает единичный круг, что в общем случае может произойти одним из трех способов: а) один из мультипликаторов пересекает единичную окружность в точке +1; б) один из мультипликаторов пересекает единичную окружность в точке –1; в) пара комплексно-сопряженных мультипликаторов пересекает единичную окружность в точках l±i, 2/n, n = 1, 2, 3, 4. Показано, что в случае а) происходит бифуркация рождения или исчезновения пары периодических решений, в случае б) имеет место бифуркация удвоения периода, а в случае в) возникает инвариантный тор. В случае, когда уравнение (5) обладает симметрией, то при условии а) может произойти бифуркация с потерей симметрии.

Дана характеристика неровностей пути, используемая при исследовании безопасного движения колесных транспортных средств в чрезвычайных ситуациях.

Предложены оценки безопасности на количественном уровне. К количественной оценке безопасности следует отнести такие параметры, как вероятность безопасности, вероятность опасности, стоимость ущерба и время – период безопасности. Рассмотрена двумерная случайная величина = (1, 2), где 1 = t – случайная наработка транспортного средства на отказ, 2 = с – случайная величина ущерба, к которому приводит отказ. Предполагается, что известна функция распределения F() = F(t,с) вероятности того, что отказ появится за время t, и величина ущерба при этом не превысит величину с. Очевидно, что F(0, 0) = 0. Функция F1(t,с) = 1 – F(t,с) является функцией вероятности безопасной работы и указывает на вероятность того, что за время t не произойдет отказ и величина ущерба не будет менее с.

Если F(t,с) дифференцируема по каждому из своих аргументов, то для характеристики безопасности отказов можно использовать функцию плотности 2F1 t,c ( ) f t,c =, ( ) ( ) f t,c dtdc = 1.

tc 0 Рассмотрены следующие количественные оценки безопасности: средняя наработка на отказ T = f t,c dc, ( ) tdt 0 средний ущерб от отказа C= f t,c dt, ( ) cdc 0 коэффициент средней опасности f t,c dt ( ) cdc C 0 D= =, T f t,c dc ( ) tdt 0 коэффициент безопасности транспортного средства 1 T U= =.

1+D T+C Значения коэффициента безопасности лежат в диапазоне (0, 1). Значения U, близкие к единице, имеют наиболее безопасные транспортные средства, в которых отказы, приlimU = limU =1.

водящие к значительному ущербу, маловероятны:

T CПроведено изучение вибробезопасности транспортных систем и на его основе проанализированы формулы расчета коэффициентов жесткости и показателей демпфирования различных приборов, эксплуатируемых в вагонах. Пусть согласно принципа Даламбера процесс колебаний амортизируемого объекта описывается дифференциальным уравнением mz1 + c(z1 - zk )=, (6) где z1 – перемещение амортизируемого объекта (прибора) с массой т, zк(t) – вертикальные перемещения кузова колесного транспортного средства в месте расположения прибора, с – жесткость упругих элементов. При наличии демпферов в системе амплитуды колебаний при возмущениях с любой частотой будут ограниченными. Коэф11 c фициент передачи == =1 ( v2 =, r = ) при условии r = mv 1-2 / v2 1- rи r = 2. В промежутке между этими значениями амплитуды колебаний растут. В зарезонансной зоне (r > 2 ) значение < 1, однако с увеличением коэффициент передачи и амплитуды колебаний z1 увеличиваются.

Результаты первой главы служат теоретической основой для исследования транспортных динамических систем нелинейной механики.

Во второй главе «Уравнения движения колесных транспортных средств с учетом неровностей пути» рассмотрены уравнения (1)–(3) движения колесных транспортных средств с учетом различных способов задания профилей неровностей пути.

Pages:     | 1 || 3 |






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