Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0091

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0091
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II"
Название доклада
Разработка комплекса научно-технических решений для моделирования критических нагрузок и анализа динамики возникновения неустойчивых колебаний при движении высокоскоростного железнодорожного подвижного состава
Докладчик
Братусь Александр Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка математической модели и исследование нестационарных пространственных колебаний экипажа с использованием суперкомпьютерного оборудования (СКО), разработка программных модулей, необходимых для исследования колебаний экипажа, совершенствование континуальной модели пути, проведение расчетов континуальной модели пути с использованием СКО, проверка точности и адекватности математического моделирования.
Актуальность и новизна исследования
Разработан ПрК, позволяющий проводить исследования нестационарных колебаний экипажа и колебаний железнодорожного пути, затрачивающий на проведение таких исследований значительно меньшее время, чем аналогичный программные продукты, за счет использования высокоскоростных параллельных вычислений, и обеспечивающий получение результатов исследования высокой точности; разработана программная документация и ПМИ, для ЭО специализированного ПрК на основе параллельных вычислений; проведены экспериментальные исследования ЭО специализированного ПрК, продемонстрировавшие его соответствие техническому заданию.
Описание исследования

Разработанный экспериментальный образец (ЭО) специализированного программного комплекса (ПрК) имеет программную часть, способную: выполнять генерацию многомерного возмущения в виде эквивалентной геометрической неровности рельсового пути; моделировать свободные и вынужденные колебания рельсового экипажа, учитывая при моделирование нестационарность процесса колебаний; учитывать нелинейности в конструкции рессорного подвешивания; проводить полный вероятностный анализ нестационарных колебаний, включающий расчет и построение многомерных плотностей вероятностей, корреляционных функций и спектральных плотностей; исследовать движение по континуальному пути; исследовать динамические процессы, вызванные провисанием шпал рельсового пути; исследовать автоколебания подвижного состава. При разработке ЭО специализированного ПрК использовался модульный подход, комплекс состоит из нескольких модулей, позволяющих реализовывать вышеперечисленные функции.

Для возможности выполнения вышеперечисленных функций использовались высокоскоростные параллельные вычисления. Для реализации таких вычислений, аппаратная часть комплекса имеет архитектуру, допускающую распараллеливание потоков рассчитываемых данных по ядрам центральных и графических процессоров. Для разработанного ЭО специализированного ПрК проведено экспериментальное исследование, для подтверждения его соответствия Техническому заданию (ТЗ).

Для проведения этих исследований разработана программная документация на ЭО специализированного ПрК и на каждый из модулей, входящих в его состав, а также разработана программа и методика испытаний (ПМИ) ЭО специализированного ПрК. По разработанной ПМИ проведена проверка соответствия комплекса ТЗ.

Результаты исследования

Несмотря на то, что в настоящее время имеется  ряд специализированных пакетов для автоматизированного составления уравнений движения и моделирования сложных систем, например, Adams, UM «Универсальный механизм» и др., остаются не реализованной задачи о полном математическом исследовании движения железнодорожного вагона или группы вагонов с учетом нелинейных контактных  воздействий, действующих на каждое колесо экипажа. Для решения этой задачи необходимо создавать алгоритмы и программы с использованием высокоскоростных параллельных вычислений, что и составляет основную цель представленного проекта. Анализ соответствующих научных публикациях показывает, что такая система не имеет зарубежных аналогов. Отметим, что в процессе работы над проектом были исследованы значения числа Ляпунова-Пуанкаре и доказано возникновение бифуркации Андронова-Хопфа, в результате которой возникает устойчивый предельный цикл колебаний бокового относа и колебаний виляния. Эти результаты являются новыми и получены впервые. Также впервые получены результаты об анормальных колебаниях рельса при провисании шпал с учетом сил сухого трения.

Практическая значимость исследования
Программы на основе параллельных вычислений в задачах математического моделирования, реализуемые на суперкомпьютерном оборудовании, дают возможность исследовать сложные нелинейные модели «колесо – рельс» и производить расчет критических скоростей в задачах большой размерности, а также проводить оптимизацию параметров с целью улучшения конструкционных свойств железнодорожного экипажа.