Вероятностная оценка вертикальных динамических сил при расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями Центр математического моделирования АО «ВНИИЖТ» Доклад по результатам 4-го года обучения. Михайлов Сергей Владимирович, аспирант Научный руководитель - к.т.н. Гоник Марк Михайлович

Актуальность работы Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями 2 Задачи, возникающие при выборе конструкции пути для высокоскоростного движения 1. Сравнение окупаемости безбалластной конструкции (БКП) и пути на балласте 2. Определение срока службы безбалластного пути

Алгоритм расчета срока службы БПК Оценка срока службы БКП Расчет среднего значения и дисперсии прогибов и напряжений Эксперимент или программа ВЭИП Параметры слоев конструкции Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Научная новизна Предложен метод расчета матрицы взаимных спектральных плотностей сил через неровности пути в профиле для модели трехслойной балки. 2. Найдена частотная матрица, связывающие вектор динамических сил в контактах колес и рельсов с вектором вертикальных смещений колесных центров для модели четырехосного грузового вагона 3. Установлена зависимость расчетного значения срока службы БКП от скорости движения, осевой нагрузки и грузонапряженности при заданных параметрах конструкции пути 4. Разработан программный алгоритм оценки срока службы безбалластного пути Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Предлагаемая модель Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Модель колебаний пути как трехслойной балки Z1Z2Z3Z1Z2Z3 Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Уравнения Лагранжа второго рода для системы: Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Расчет частотной матрицы W 0 для четырехосного грузового вагона Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Нахождение матрицы спектральных плотностей неровностей в профиле пути , , , , , , , , , ,0075,5 0,007853,6 0, ,01051,8 0, ,01571 Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Исходные данные для расчетов на модели Вычисления произведены при значениях u = 0, u = +185 см и u = -185 см и скорости движения v= 0, 80, 300, 500 км/ч при следующих параметрах: Слой балкиE, H/ м 2 I, м 2 U, Паm, кг/мf, Н*с/м 2 Верхний 2, , , , Средний 4, ,002883, , Нижний 2, , , , Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Амплитудно-частотные характеристики прогибов второго слоя конструкции Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Амплитудно-частотная характеристика W p Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Амплитудно-частотная характеристика W Q Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Амплитудно-частотные характеристики S Qii Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Сравнение расчетов на модели и результатом эксперимента на ЭК Номер слоя Значение 1 слой – рельс 2 слой- бетон В 35 3 слой- тощий бетон Способ измерениятеодолит оптоволокно Значение прогиба под нагрузкой, мм Измеренное 3,72,51,5 Расчетное 4,12,11,0 Значение напряжения под нагрузкой, кг/см 2 Измеренное 9507,53,48 Расчетное ,44,48 Расчеты проведены для скорости v = 80 км/ч Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Расчеты на модели для линии ВСМ Номер слоя 1 слой – рельс 2 слой- бетон В 35 3 слой- тощий бетон Расчетное среднее значение прогиба под нагрузкой, мм 3,11,60,67 Расчетное среднее значение напряжения под нагрузкой, кг/см ,6 Расчеты проведены для скорости v = 300 км/ч Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Сравнение расчетов на моделях для действующей линии Грузонапряженность на линии ВСМ принята 15 млн т брутто/ год Номер слоя Модель 1Модель 2 Тоннаж на ЭК до исчерпания ресурса (млн тонн брутто) 600 Расчетный тоннаж на линии до исчерпания ресурса (млн тонн брутто) Расчетный срок службы БКП на линии, лет 33 года 31 год Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Зависимость срока службы БКП от грузонапряженности Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Практическая ценность работы Результаты данной работы могут быть использованы при: 1. Оценке срока службы безбалластного пути на линии ВСМ по результатам эксперимента на опытном полигоне 2. Обосновании выбора конструкций пути для высокоскоростного движения 3. Проведении оценки прогнозируемых значений прогибов и напряжений в слоях конструкции на линии и их сравнении с существующими нормами 4. Определение оптимальных значений параметров при проектировании БКП для ВСМ с точки зрения минимизации исследуемых показателей (прогибы, напряжения) Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Спасибо за внимание Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Выводы Приведен способ нахождения матрицы взаимных спектральных плотностей вертикальных сил через неровности пути в профиле. 2. Найдена частотная матрица,связывающая вектор динамических сил в контактах колес и рельсов с вектором вертикальных смещений колесных центров четырехосного грузового вагона 3. Проведены расчеты амплитудно-частотных характеристик и срока службы безбалластного пути на ЭК и линии. 4. Установлена зависимость расчетного значения срока службы БКП от скорости движения, осевой нагрузки и грузонапряженности на линии при заданных параметрах конструкции пути Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями

Цель работы и задачи, решаемые для ее достижения Цель работы: Усовершенствование метода расчета срока службы БКП на линии в целях уточнения расчетов, выявления области их применимости и сокращения числа и стоимости натурных испытаний, требуемых за границей данной области. Для достижения данных целей решаются следующие задачи: 1. Разработка уточненной математической модели 2. Нахождение амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) системы, описывающей колебания вагона под действием вертикальных сил, прилагаемых в контакте «колесо-рельс» 3. Разработка программного обеспечения для проведения расчетов 4. Верификация предлагаемой модели и созданного ПО путем сравнения с результатами эксперимента на ЭК Вероятностная оценка вертикальных динамических сил в расчете срока службы безбалластных конструкций при движении четырехосного грузового вагона по пути с неровностями