Моделирование колебательных процессов средствами теории распространения упругих волн

Abstract

RU: Цель авторов статьи расширить возможности получения информации касательно деформации элементов конструкции железнодорожного пути под динамической нагрузкой подвижного состава и определить параметры колебательного процесса системы «экипаж-путь». Современные подходы оценки указанных колебательных процессов изучают только колебания при наличии неровностей железнодорожного пути и не учитывают деформативность железнодорожного пути, что не позволяет учитывать динамику физического процесса колебаний. Возникает необходимость формирования основной концепции рассмотрения данного вопроса с использованием основных положений теории распространения упругих волн, для получения в дальнейшем зависимостей параметров колебательного процесса системы «экипаж-путь». Методика. Для достижения цели использованы принципы теории упругости и распространения волнового процесса при описании взаимодействия пути и подвижного состава. Результаты. Установлены основные физико-конструктивные условия, на основе которых необходимо проводить моделирование работы элементов железнодорожного пути и подвижного состава для исследования параметров колебательного процесса системы «экипаж-путь». Научная новизна. Исследование вопросов динамической нагруженности железнодорожного пути мотивирует разработку новых моделей, которые позволяют рассматривать колебательный процесс системы «экипаж-путь». Существует необходимость определения основных физико-конструктивных условий для составления расчетных схем, на основе которых возможны оценка и прогнозирование изменения параметров колебательного процесса, учитывающего изменение состояний пути под динамической нагрузкой подвижного состава. В работе предложены основные физико-конструктивные принципы составления расчетных схем элементов железнодорожного пути, при которых при рассмотрении четырехмерного пространства: изменения объема во времени. Практическая значимость. Одним из главных факторов невозможности применения аналитических моделей, применяемых при определении параметров прочности и устойчивости пути, является квазидинамичный подход. Поэтому, как правило, получают и исследуют не динамический процесс работы железнодорожного пути, а его последствия. Кроме того, такие модели относятся к плоским, что также добавляет определенные сложности при сравнении результатов с экспериментом. Применение численных методов расширяет возможности, но также делает невозможным рассмотрение самого динамичного процесса, ибо невозможно ввести процессы, обуславливающие реакцию на нагрузку. Поэтому предложенные основные физико-конструктивные подходы при моделировании позволяют рассматривать непосредственно динамический процесс, локализованный как во времени, так и в пространстве.

UK: Мета авторів статті розширити можливості отримання інформації щодо деформації елементів конструкції залізничної колії під динамічним навантаженням рухомого складу і визначити параметри коливального процесу системи «екіпаж-колія». Сучасні підходи оцінки зазначених коливальних процесів вивчають тільки коливання при наявності нерівностей залізничної колії і не враховують деформативність залізничної колії, що не дозволяє враховувати динаміку фізичного процесу коливань. Виникає необхідність формування основної концепції розгляду даного питання з використанням основних положень теорії поширення пружних хвиль, для отримання в подальшому залежностей параметрів коливального процесу системи «екіпаж- колія». Методика. Для досягнення мети використані принципи теорії пружності і поширення хвильового процесу при описі взаємодії колії та рухомого складу. Результати. Встановлено основні фізико-конструктивні умови, на основі яких необхідно проводити моделювання життєвого циклу роботи елементів залізничної колії для дослідження параметрів коливального процесу системи «екіпаж-шлях». Наукова новизна. Дослідження питань динамічної навантаженості залізничної колії мотивує розробку нових моделей, які дозволяють розглядати коливальний процес системи «екіпаж- колія». Існує необхідність визначення основних фізико-конструктивних умов для складання розрахункових схем, на основі яких можливі оцінка і прогнозування зміни параметрів коливального процесу, що враховує зміну станів колії під динамічним навантаженням рухомого складу. В роботі запропоновані основні фізико-конструктивні принципи складання розрахункових схем елементів залізничної колії, при яких при розгляді чотиривимірного простору: зміни обсягу в часі. Практична значимість. Одним з головних чинників неможливості застосування аналітичних моделей, що застосовуються при визначенні параметрів міцності і стійкості колії, є квазідінамічний підхід. Тому, як правило, отримують і досліджують не один динамічний процес роботи залізничної колії, а його наслідки. Крім того, такі моделі відносяться до плоских, що також додає певні складності при порівнянні результатів з експериментом. Застосування чисельних методів розширює можливості, але також робить неможливим розгляд самого динамічного процесу, оскільки неможливо ввести процеси, які обумовлюють реакцію на навантаження. Тому запропоновані основні фізико-конструктивні підходи при моделюванні дозволяють розглядати безпосередньо динамічний процес, локалізований як у часі, так і в просторі.

EN: The Purpose of the authors of the article is to expand the possibilities of obtaining information on the deformation of railroad track construction elements under the dynamic load of the rolling stock and to determine the parameters of the oscillating process of the "crew-way" system. Modern approaches to the assessment of these oscillatory processes study only the variations in the presence of roughness of the railway track and do not take into account the deformability of the railway track, which does not allow for the dynamics of the physical process of oscillations. There arises the need to formulate the basic concept of considering this issue using the basic principles of the theory of propagation of elastic waves, in order to obtain later dependences of the parameters of the oscillating process of the "crew-path" system. Methodology. To achieve the goal, the principles of the theory of elasticity and propagation of the wave process are used in describing the interaction of the track and the rolling stock. Findings. The basic physico-constructive conditions are established, on the basis of which it is necessary to carry out the modeling of the life cycle of the elements of the railway track for studying the parameters of the oscillating process of the "crew-way" system. Originality. The study of the issues of dynamic loading of the railway path motivates the development of new models that allow us to consider the oscillating process of the "crew-way" system. There is a need to determine the basic physico-constructive conditions for the compilation of design schemes on the basis of which it is possible to estimate and predict the change in the parameters of the oscillatory process, taking into account the change in the state of the path under the dynamic load of the rolling stock. The basic physical-constructive principles of computation of computational schemes of railroad track elements are offered in the work, when considering the four-dimensional space: volume changes in time. Practical value. Analytical models applied in determining the parameters of strength and resistance lines, fully satisfy the task, but cannot be used to determine the parameters of track reliability. One of the main impossibility factors of these models is quasidynamic approach. Therefore, as a rule, receive and examine not only dynamic process of a railway track, but also its consequences. Besides, these models are related to flat ones, and it also adds some complexity in results comparing with an experiment, as well as the process is not easy to distinguish the impact of volume in its limited parts. The use of numerical methods extend the posibilities, and it also make it impossible for the consideration of the dynamic process, as well as it is impossible to introduce processes, causing the reaction to stress load. Thus the basic physical and constructive approaches in modeling make it possible to consider the dynamic process of localized both in time and in space directly.