Современные технологии. Системный анализ. Моделирование

Расчет напряженно-деформированного состояния днищевой секции судна-снабженца при кантовке в процессе изготовления с использованием программы «ЛИРА»

Денис Михайлович Гнатив — 2025-11-21

В статье представлен расчет напряженно-деформированного состояния днищевой секции судна-снабженца при кантовке в процессе ее производства с использованием программного комплекса «ЛИРА». Это необходимо главным образом для проверки прочности конструктивных элементов секции, обухов и тросов при кантовке при ее изготовлении. Уделяется внимание моделированию граничных условий, в том числе закреплению обухов и распределению массовых нагрузок, а также учитываются особенности программного обеспечения, например, косвенное задание модуля упругости через параметр жесткости EI_y. Для верификации модели предварительно выполнены аналитические расчеты тавровых балок по классическим формулам сопротивления материалов. Сравнение результатов ручных вычислений и данных, полученных в программе «ЛИРА», показало расхождение менее 5 %, что подтверждает корректность принятых допущений и конечно-элементной модели. Анализ позволил определить районы концентрации максимальных напряжений и величины прогибов, которые не превышают допустимые пределы по нормативным документам. Установлены усилия, действующие на элементы крепления, что помогло обосновать выбор конструктивных решений и технологических параметров. Результаты расчета продемонстрировали высокую эффективность программного комплекса «ЛИРА» в инженерных задачах, следовательно, его применение обеспечит достоверное прогнозирование поведения конструкции под монтажными нагрузками. Полученные данные могут быть использованы при оптимизации технологической оснастки, а также с целью снижения рисков и повышения безопасности на производстве. Представленная методика подтверждает перспективность интеграции программы «ЛИРА» в инженерную практику проектирования и изготовления судовых конструкций.

Сравнительный анализ показателей эффективности в виде рисков при проведении работ по устранению инцидентов информационной безопасности

Юрий Мечеславович Краковский — 2025-11-21

Исследование посвящено сравнительному анализу показателей эффективности в виде рисков при проведении работ по устранению инцидентов информационной безопасности на основе результатов дискретно-имитационного моделирования. Объектом изучения является моделирование экономических аспектов информационной безопасности различных соответствующих систем организаций. Это связано с тем, что защищенность таких информационных систем осуществляется, как правило, при ограниченных финансовых ресурсах. Предметом исследования служит математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для вычисления показателей эффективности в виде рисков, характеризующих защищенность информационных систем организаций. В статье получили развитие предложения авторов, представленные в предыдущих публикациях, а именно: а) по мере необходимости производится оплата работ, связанных с устранением инцидентов (денежный поток по расходам); б) осуществляется накопление платежей в определенном периоде с установленной их стоимостью (денежный поток по доходам). Эти потоки взаимодействуют между собой, создавая результирующий процесс, описывающий состояние фонда в момент времени t. В качестве его математической модели предлагается случайный дискретный нестационарный процесс специального вида. Нестационарность заключается в том, что какая-то доля реализаций данного процесса за время моделирования не пересекает ось времени t, а другая – пересекает. В этом случае вследствие взаимодействия регулярных и случайных денежных потоков проявляется важнейшее свойство сложных систем – эмерджентность. Время, когда в фонде закончились деньги на оплату работ, названо временем его обнуления. В качестве рисков обозначены: однофакторный риск в виде вероятности обнуления фонда; однофакторный финансовый риск в виде математического ожидания случайных величин, связанных с обнулением; два вида двухфакторных финансовых рисков, также сопряженных с обнулением фонда. Предложенное математическое обеспечение и указанные модели рисков реализованы в виде программного обеспечения (разработанного с использованием языка программирования Python), ядром которого является специальная программа на основе дискретно-имитационного моделирования. С помощью созданного программно-математического обеспечения проведен сравнительный анализ отмеченных рисков.

Расчет седла клапана, нагруженного герметизирующим усилием и давлением рабочей среды

Юрий Игоревич Белоголов — 2025-11-21

Тонкостенные цельнометаллические уплотнения (оболочки) нашли применение во многих системах с высокими требованиями к герметичности. Соединения с их использованием обладают рядом положительных свойств и способны обеспечить необходимый уровень герметичности затвора при невысоких значениях герметизирующего усилия. Однако такие уплотнения не лишены и недостатков, одним из которых является чувствительность к условиям нагружения. При достижении определенных значений усилия со стороны привода может произойти разрушение тонкостенных уплотнений, что, в свою очередь, приведет к потере герметичности затвора. Совершенствование уплотнений может заключаться в снижении приведенной жесткости оболочки за счет ее размещения на упругой пластине, либо усложнения геометрической формы. Рассмотренный в научной статье подход к определению геометрических параметров (толщины) тонкостенного уплотнения пониженной жесткости позволяет поставить задачи динамического расчета (без давления герметизируемой среды) и статического (когда давление начинает действовать на элементы затвора). Расчет толщины выполняется с применением математического пакета PTC Mathcad, полученные значения используются в модуле APM Structure 3D-программы APM WinMachine v.20.0 для проведения статического расчета с учетом давления рабочей среды. Эквивалетные напряжения, возникающие в тонкостенном уплотнении, позволяют оценить выполнение требований по прочности в момент соударения элементов затвора, а также значение давления герметизируемой среды, которым может быть нагружено «седло». Полученные результаты аналитического расчета и моделирования могут применяться при проетировании уплотнительных соединений, содержащих тонкостенные металлические уплотнения, например быстродействующих клапанов.

Комплексная методика диагностирования фарфоровых покрышек электрооборудования и опорно-стержневых изоляторов

Александр Юрьевич Бардушко — 2025-11-21

Поддержание надежного состояния фарфоровой изоляции является ключевым фактором в обеспечении бесперебойной работы электроустановок. Недостаточное финансирование в последние 10–15 лет привело к увеличению числа отказов оборудования в системах электроснабжения. Старение и износ фарфоровых изоляторов без своевременной диагностики и обслуживания могут привести к серьезным авариям. Традиционные методы контроля, такие как визуальный осмотр и измерение сопротивления изоляции, не всегда позволяют выявить скрытые дефекты, особенно в условиях эксплуатации под напряжением. В этой связи актуальными становятся неразрушающие методы диагностики, помогающие оценивать функционал изоляторов без их демонтажа. Состояние изоляции напрямую зависит от срока ее службы и качества проводимой диагностики, поэтому необходимо внедрять более эффективные методы контроля. Несмотря на высокую надежность изоляторов, суровые эксплуатационные условия требуют применения современных методик проверки оборудования. Один из таких методов – ультразвуковая диагностика, позволяющая обнаруживать трещины и другие дефекты в фарфоровых изоляторах и покрышках. Также используются тепловизионный контроль, акустический и виброакустический методы диагностики, метод фуксиновой пробы и т.д. Однако их применение по отдельности не решает задачу одномоментного выявления дефектов изоляции, следовательно, нужно разработать комплексный метод исследования, который позволит на ранней стадии увидеть опасные дефекты в изоляции оборудования и собственно изоляторов с целью обеспечения надежной работы электроустановок.

Разработка лабораторного стенда для исследования нагруженности буксового узла

Инна Владимировна Ковригина — 2025-11-21

В статье представлены результаты исследования изменения температуры буксовых узлов с подшипниками различного типа с учетом колеи железной дороги при движении по заданному участку с помощью разработанного лабораторного стенда. Произведено моделирование скорости движения на предполагаемом участке согласно единой режимной карте в соответствии с расположением прямых, кривых малого радиуса и возвышением наружного рельса. Применение заявленной лабораторной установки будет способствовать повышению достоверности результатов стендовых испытаний и обеспечит более точное воспроизведение эксплуатационных условий работы буксовых узлов колесных пар тележек грузовых вагонов. Используемая установка позволит задавать вертикальную и боковую нагрузки, а также моделировать скорость движения поездов в зависимости от нормативных показателей расположения и радиуса кривых, возвышения наружного рельса и скорости движения. Оценивается возможность анализа работоспособности буксовых узлов с помощью установления критических параметров для роликов и воздействия радиальных и осевых нагрузок. В работе приведены результаты сравнительных испытаний двух комплектов роликовых букс с цилиндрическими роликовыми и коническими подшипниками. Применяемый лабораторный стенд может быть использован при проектировании и модернизации испытательных установок, предназначенных для оценки температуры нагрева подшипников с комбинированным нагружением, а также при тестировании подшипников качения в условиях, максимально приближенных к реальным.

Обзор совмещенного движения на высокоскоростных железнодорожных магистралях: мировой и российский опыт

Владимир Владимирович Кожевников — 2025-11-21

В статье проведен комплексный анализ мировых и отечественных практик проектирования и эксплуатации высокоскоростных железнодорожных магистралей с совмещенным движением – одновременным курсированием высокоскоростных пассажирских и грузовых (контейнерных) поездов. Особое внимание уделено вопросам выбора радиусов круговых кривых при проектных скоростях движения до 400 км/ч и эксплуатационных до 360 км/ч. Актуальность представленной работы обусловлена необходимостью значительного повышения эффективности использования существующей и вновь создаваемой железнодорожной инфраструктуры при обеспечении требований безопасности движения, комфорта пассажиров и экономической целесообразности инвестиций. Основная проблема заключается в потребности технологически грамотного совмещения разнотипных эксплуатационных требований к трассе в условиях смешанного движения с учетом допустимых скоростей следования, степени и характера износа рельсового полотна, обеспечения динамической устойчивости подвижного состава, инженерно-конструктивных ограничений. Кроме того, большое внимание уделяется решению задачи по достижению высокой пропускной способности линии при разнотипном трафике. В работе рассмотрены соответствующие примеры устройства железнодорожных магистралей в других странах – Германии, Франции, Китае, Японии, Испании, Великобритании. Проведено сравнение инженерных, эксплуатационных и экономических характеристик совмещенного и выделенного движения на высокоскоростных магистралях. Обозначены основные факторы, влияющие на выбор радиуса кривых: скорость движения, возвышения и уклоны пути, износ инфраструктуры и подвижного состава, безопасность. По результатам исследования сделан вывод, что на высоконагруженных пассажирских магистралях в России более предпочтительным является выделение отдельных линий для движения поездов различных категорий с возможностью частичного их совмещения в отдельных регионах. Даны рекомендации по применимости тех или иных проектных решений.

Сценарии развития транспортно-логистического бизнес-холдинга «РЖД» с целью выявления рисков и эффективности планирования транспортно-логистических услуг

Наталья Васильевна Власова — 2025-11-21

В настоящее время росту доходов и конкурентоспособности холдинга «РЖД» способствуют стратегические инициативы транспортно-логистического бизнеса, направленные на повышение его маржинальности, в том числе за счет развития бизнес-единиц в данной сфере, формирования сети современных универсальных грузовых терминалов ОАО «РЖД», внедрения комплексных мер по рационализации существующего бизнеса и выхода на новые сегменты рынка транспортно-логистических услуг. Расширение интегрированной системы продаж сквозных транспортно-логистических услуг в контуре транспортно-логистического бизнеса ведет к увеличению прибыли, стимулированию проактивных продаж на основе маркетинговых программ, высокой эффективности системы сбыта. Реализация транспортно-логистической деятельности производится в соответствии с запросом рынка и ожиданиями клиентов при соответствующем распределении операционных ролей бизнес-единиц. Центр фирменного транспортного обслуживания курирует и координирует работу этих единиц в рамках экосистемы транспортно-логистического бизнеса. Бизнес-единицы транспортно-логистического бизнеса Центральной дирекции по управлению терминально-складским комплексом с дочерними и зависимыми обществами реализуют транспортно-логистические услуги, при этом сама дирекция выступает главным оператором по их предоставлению. В статье представлены сценарии развития транспортно-логистического бизнес-холдинга «РЖД» с целью выявления рисков и эффективности планирования, а также оказания соответствующих услуг на конкурирующем рынке. Данные сценарии проанализированы с помощью финансовых показателей. В виде «дерева целей» представлена декомпозиция стратегической цели транспортно-логистического бизнеса холдинга «РЖД» на горизонте планирования, что позволит улучшить взаимодействие его бизнес-единиц, повысить эффективность деятельности по предоставлению транспортно-логистических услуг внутри страны и на международном рынке. В свою очередь, это будет поспособствовать выделению необходимых инвестиционных средств с целью осуществления приоритетных проектов развития, в том числе терминально-складской инфраструктуры, являющейся точками входа и выхода грузов на сеть железных дорог ОАО «РЖД» и базовой составляющей при организации клиентоорентированных сервисов транспортно-логистического бизнеса.

Повышение устойчивости и совершенствование функциональных свойств электромеханической системы вспомогательных машин электровоза

Наталья Леонидовна Рябченок — 2025-11-21

На грузовых электровозах однофазного переменного тока напряжением 25 кВ 50 Гц в настоящее время применяется электромеханическая система трехфазных асинхронных вспомогательных машин с электроснабжением от вторичной обмотки собственных нужд тягового трансформатора электровоза. Для преобразования однофазного напряжения используются преобразователь числа фаз с симметрирующими конденсаторами, преобразователь с непосредственной связью частоты и числа фаз с 50 Гц на 16 ²/₃ Гц. При номинальном напряжении и синусоидальной форме кривой напряжения в обмотке собственных нужд трансформатора оборудование не обеспечивает амплитудную и угловую симметрию трехфазного напряжения на обмотках статора асинхронных электродвигателей вспомогательных машин. Из-за электромагнитной связи тяговых обмоток с обмоткой собственных нужд трансформатора при отклонении напряжения на токоприемнике электровоза и нелинейных искажений напряжения в обмотке собственных нужд система напряжений тока обратной последовательности в обмотках электродвигателей формирует тормозной электромагнитный момент и электродвигатели переходят на неустойчивую ветвь механической характеристики, оказываются в режиме короткого замыкания. В статье методом имитационного моделирования с использованием спектрального FFT-преобразования и разработанной теории электромагнитных, энергетических процессов выполнена оценка предложенных технических решений для улучшения работы электромеханической системы. Совершенствование функциональных свойств системы обеспечивается за счет применения электрического полупроводникового вариатора и автономного трехфазного инвертора для плавного изменения частоты напряжения на обмотках статора электродвигателей и производительности вспомогательных машин.

Реконструкция шпалопропиточного завода на Красноярской железной дороге: технические аспекты

Дмитрий Александрович Пятков — 2025-11-21

В контексте современной индустриальной эпохи требуется комплексно анализировать стратегии модернизации и развития промышленных предприятий, интегрируя принципы экономической целесообразности и экологической устойчивости в единую систему стратегического планирования. Также в целях реализации инфраструктурного проекта по прокладке второго пути на Байкало-Амурской магистрали необходима организация производственного комплекса, который будет способствовать частичной компенсации возникающего дефицита подрельсовых оснований. Создание такого предприятия позволит оптимизировать существующую производственную инфраструктуру и обеспечить рациональное распределение соответствующих мощностей между действующими компаниями, специализирующимися на выпуске железнодорожной продукции для региональных транспортных систем. Шпалопропиточный завод, расположенный на Красноярской железной дороге, является одним из ключевых производителей деревянных шпал и брусьев, обеспечивающим строительство и ремонт железнодорожных путей. В условиях интенсификации железнодорожных перевозок и увеличения осевых нагрузок на пути становится актуальным вопрос модернизации подрельсовых оснований. Экспериментально доказано, что железобетонные шпалы демонстрируют превосходящие эксплуатационные характеристики по сравнению с традиционными деревянными конструкциями, повышая устойчивость к механическим нагрузкам и продлевая жизненный цикл железнодорожного пути. Модернизация производства шпалопропиточного завода с внедрением технологии изготовления железобетонных шпал является наилучшим решением для удовлетворения потребностей инфраструктурного комплекса Красноярской, Восточно-Сибирской и Западно-Сибирской железных дорог. Такая переориентация способствует оптимизации логистических процессов за счет локализации производства и минимизации транспортных затрат при поставках путевой инфраструктуры. В работе представлены технические и технологические аспекты перепрофилирования завода: оборудование, схема его расположения и технология изготовления железобетонных шпал.

Достоверность реализованной предиктивной аналитики состояния железнодорожного пути в ОАО «РЖД», направления по совершенствованию предиктивного анализа

Татьяна Николаевна Асалханова — 2025-11-21

Пропускная способность дорог Восточного полигона системно увеличивается: в 2013 г. она составляла 97,8 млн т, в 2024 г. – 180 млн т, однако требования отправителей грузов заставляют повышать этот показатель. Его планируемый уровень к 2032 г. –270 млн т. Ежегодное расширение объемов грузовых перевозок на Восточном полигоне приводит к росту затрат на ремонт и текущее содержание путевой инфраструктуры, обеспечивать которое становится все сложнее, так как для реализации стратегии повышения грузопотока оптимизируются не только межпоездные интервалы, но и время технологических «окон». В связи с этим руководителям работ хозяйства пути недопустимо совершать ошибки при их планировании, в том числе в определении приоритетов устранения неисправностей. Но без понимания фактического состояния пути, а также достоверных ожидаемых последствий, т.е. полного спектра предиктивного анализа, выполнить задачу перехода на обслуживание железнодорожного пути по фактическому состоянию не представляется возможным. Компанией АО «Фирма Твема» по заказу ОАО «РЖД» создана информационно-аналитическая система диагностики и мониторинга железнодорожной инфраструктуры, которая является частью Единой корпоративной системы управления инфраструктурой. В ней был разработан раздел предиктивного анализа состояния геометрических параметров железнодорожного пути, однако полученные данные спустя несколько месяцев в большинстве случаев не нашли подтверждения. Реализованная методика предиктивного анализа пока что не дает точных результатов, поскольку не охватывает весь спектр трех областей анализа, кроме того, не учитывается многофакторная система деградационного процесса состояния пути. Предиктивный анализ – сложный процесс диагностики как текущего состояния путевой инфраструктуры, так и предполагаемых последствий. Используя только математические модели прогнозирования неисправностей без применения расчетов взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути, невозможно получить достоверные сведения, поскольку не все повреждения имеют ретроспективные ряды деградационного процесса, а также есть ситуации, где дефекты еще отсутствуют, но в ближайшее время сформируются по причине конструктивных характеристик пути и условий эксплуатации. В предиктивном анализе важна консолидация логических ситуаций, связанных с особенностями влияния геометрических параметров пути на возникающие силовые перегрузки под воздействием подвижного состава с целью дальнейшего снижения силового фактора и продления ресурса железнодорожного пути. Совершенствование предиктивного анализа на данный момент является актуальным направлением.

Моделирование работы локомотивного комплекса станции стыкования разных систем тока с учетом прироста пропускной и перерабатывающей мощностей для пропуска перспективного поездопотока на инфраструктуре Восточного полигона железных дорог

Виктория Александровна Оленцевич — 2025-11-21

Дефицит тягового подвижного состава в грузовом движении оказывает серьезное негативное влияние на возможности реализации плановых объемов перевозок Восточного полигона железных дорог. Проблемы связаны в том числе и с длительным простоем локомотивов в ремонте. Вопросы нарушения сроков пребывания техники на локомотивном комплексе ОАО «Российские железные дороги» являются актуальными и требуют применения научных подходов для обоснования целесообразности использования методов модернизации и расширения производственных мощностей с целью повышения качества обслуживания и ремонта тягового подвижного состава в условиях колебания грузопотока. В связи с данными факторами в научной статье представлены некоторые результаты анализа существующих размеров движения и проведено моделирование работы локомотивного комплекса станции стыкования разных систем тока с учетом реализации прогнозных значений пропускной и провозной мощностей по инфраструктурному комплексу Восточного полигона железных дорог. Сравнение нормативных и фактических затрат времени оборота локомотивов для выполнения технического обслуживания по родам тока позволило выявить превышение фактических значений простоя по всем технологическим линиям работы локомотивного комплекса. Осуществлен расчет загрузки путей на пунктах технического осмотра локомотивов и выставочных путей железнодорожной станции. Моделирование работы локомотивного комплекса постоянного и переменного тока при существующих и перспективных параметрах поездопотоков проведено за счет построения вариантов суточных планов-графиков функционирования железнодорожной станции. В качестве основных показателей, используемых для расчета технико-экономической эффективности представленного инвестиционного проекта, были взяты: чистый дисконтированный доход, индекс доходности дисконтированных инвестиций, срок окупаемости с учетом дисконтирования.