ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ОТЧЕТ о выполнении НИОКР по теме: «Разработка и тестирование прототипа инженерного программного обеспечения для анализа динамики железнодорожного пути с учётом деформаций элементов его верхнего строения и подрельсового основания» (договор №360ГС1ЦТС10-D5/91336 от 27.12.2023)

Цель работы: разработать и провести тестирование прототипа инженерного программного обеспечения для анализа динамики железнодорожного пути с учётом деформаций элементов его верхнего строения и подрельсового основания. Объект исследований и разработки – инженерное программное обеспечение для анализа динамики и напряжённо-деформированного состояния элементов верхнего строения железнодорожного пути в рамках сложной компьютерной модели, включающей поезд и путь. Все задачи, запланированные к исполнению в календарном плане проекта, выполнены: 1) разработана и реализована в виде программного кода математическая модель подсистемы типа «Суперэлементная линейная модель»; 2) разработаны и реализованы в виде программного кода алгоритмы расчёта контактных взаимодействий колесо-рельс для новой объёмной модели упругого рельса; 3) разработана программа-генератор конечноэлементных моделей, которые можно получить протяжкой вдоль пространственной кривой или вращением вокруг оси разбитых плоских сечений; 4) разработан экранный интерфейс прототипа инженерного программного обеспечения; 5) разработаны и реализованы алгоритмы эффективного интегрирования уравнений движения новой модели железнодорожного пути; 6) разработаны программные инструменты анализа новой модели рельса: создание специализированных переменных, раскрашивание модели в анимационном окне; 7) разработаны и реализованы алгоритмы модального анализа в прототипе инженерного программного обеспечения; 8) выполнено тестирование и отладка прототипа инженерного программного обеспечения; 9) разработано руководства пользователя для прототипа инженерного программного обеспечения. Разработан прототип программы для анализа динамики железнодорожного пути, обеспечивающий следующие возможности. 1. Создание динамической модели упругого железнодорожного пути как составной части сложной компьютерной модели, включающей железнодорожные экипажи: локомотивы и вагоны. 2. Автоматический вывод и анализ уравнений движения элементов железнодорожного пути в составе сложной модели. 3. Вывод результатов анализа в виде анимации движения, раскрашивания деталей пути в соответствии с уровнем напряжений, вывод графиков, таблиц, гистограмм. Достигнуты необходимые значение всех количественных параметров, определяющих выполнение научно-техническим продуктом своих функций: 1) расчёт одного суперэлемента для железнодорожных задач (рельс, колёсная пара) занимает не более 2 часов; 2) разработка модели пути занимает не более двух рабочих дня без применения заранее разработанных шаблонов и не более двух часов с применением шаблонов; 3) один численный эксперимент с одним экипажем на пути длиной не менее 100 метров будет продолжается не более 6 часов; 4) время загрузки сложной модели с упругим путём длиной не менее 100 метров занимает не более 2 минут; 5) Погрешность моделирования составляет не более 20%. Разработанное программное обеспечение может применяться научно-исследовательскими и расчётными подразделениями институтов, предприятий, учебных заведений для анализа динамики и напряжённо деформированного состояния железнодорожной путевой структуры и экипажей на этапах их проектирования и эксплуатации. Насколько известно исполнителям проекта, разработанное программное обеспечение – единственный отечественный продукт этого класса. Похожие зарубежные программы в настоящее время недоступны. По результатам выполнения проекта получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ: UM FEM Rail № 2024685607 и UM FEA № 2024685607 Планируется дальнейшее развитие разработанных программ: расширение возможностей и повышение производительности.