Программный комплекс "Универсальный механизм" включает в себя специализированный модуль для моделирования динамики железнодорожных экипажей: локомотивов, пассажирских и грузовых вагонов, путевых машин. Моделирование производится во временнoй области, то есть в зависимости от времени. С помощью UM можно создавать полностью параметризованные модели: задавать с помощью идентификаторов или выражений инерционные и геометрические параметры (в том числе и графические изображения элементов), а также основные характеристики силовых элементов (например, жесткости пружин, коэффициенты диссипации гасителей, коэффициенты трения в контактах и так далее). При необходимости, для уточнения результатов моделирования и/или для решения задач долговечности отдельные элементы конструкции, например хребтовые балки и кузова вагонов, могут быть представлены в виде упругих тел (см. модуль моделирования динамики упругих тел). Параметризация модели является основой эффективного анализа динамических свойств железнодорожных экипажей и их оптимизации.

В материале "Использование программного комплекса Универсальный Механизм для анализа динамики железнодорожных экипажей" (11 стр.) рассматривается накопленный опыт использования программы на предприятиях железнодорожной отрасли, приводится сравнение с аналогами, обсуждаются вопросы верификации программного комплекса.

В 2009 году ОАО "Российские железные дороги" утверждена методика моделирования условий схода подвижного состава с применением программного комплекса "Универсальный механизм"

• исследовать устойчивость рельсовых экипажей (РЭ) по Ляпунову (определение критической скорости);

• рассчитывать динамику РЭ в полной пространственной постановке, в прямых и кривых участках пути, с учетом и без учета неровностей путевой структуры с одновременным расчетом переменных, характеризующих динамические показатели РЭ: ускорения произвольных точек любого тела, коэффициенты динамики, усилия в тягах и поводках, рамные силы, силы в контакте колесо - рельс, факторы износа, коэффициенты безопасности и так далее;

• моделировать динамику локомотива в режиме тяги и выбега, с учетом и без учета эффекта замедления;

• исследовать зависимость динамики РЭ от геометрии профилей колеса и рельса;

• моделировать динамику состава в прямых участках пути в полной пространственной постановке;

• задавать программу численных экспериментов с целью анализа влияния параметров модели на динамические показатели РЭ, выполнять многокритериальную оптимизацию модели;

• рассчитывать частоты и формы колебаний кузова и рамы с использованием конечно-элементных моделей;

• учитывать влияние на динамику РЭ любого числа низших частот и форм колебаний кузова и рамы.

Электровоз ЭП200 с пассажирским составом	Тележка модели 18-100

• стандартная подсистема колесная пара;

• процедура автоматического расчета контактных сил взаимодействия колеса и рельса (сил крипа) в режимах одноточечного и двухточечного контакта, в том числе модель Калкера (FastSim), учитывающая спин, и модель негерцевского (неэллиптического) контакта;

• графический интерфейс анимационного представления сил контакта колесо - рельс в процессе моделирования движения (анимация контакта);

• интерфейсные возможности по заданию профилей колеса и рельса, профилей неровности путевой структуры;

• интерфейс задания параметров кривых;

• стандартный список переменных, характеризующих особенности взаимодействия колеса с рельсом, позволяющие строить графики и выполнять численный анализ взаимодействия (силы крипа, углы набегания, направляющие силы и так далее);

• база данных профилей колес и рельсов;

• база данных отдельных подсистем (колесно-моторные блоки, тележки), готовые модели РЭ.

В файле 10_um_loco_manchester_benchmarks.pdf приводятся результаты моделирования так называемых манчестерских тестовых примеров, которые были разработаны в 1998 г. с целью сравнения программного обеспечения для исследования динамики рельсовых экипажей между собой. Тесты были разработаны на кафедре железнодорожных технологий Манчестеского университета (The Rail Technology Unit, Manchester Metropolitan University). В настоящее время манчестерский тест де-факто является стандартом для верификации программного обеспечения.
  Тестовые расчеты проведены для большинства представленных на рынке программ, результаты которых опубликованы в монографии [1]. Проведенные расчеты показывают качественное и количественное совпадение результатов моделирования с другими известными программными комплексами.
  В процессе работы с UM Loco был поставлен целый ряд натурных экспериментов, в том числе независимыми исследователями.
  Так в работах В.И. Сакало и В.С. Коссова [2, 3] рассматривается динамика локомотива ТЭ116 и отмечается, что «достигнута удовлетворительная сходимость теоретических и экспериментальных значений всех рассматриваемых показателей, в том числе рамных сил. Расхождение результатов моделирования и эксперимента для прямых и кривых участков пути не превышает 15 %».
  В работе А.Э. Павлюкова и др. [4] проводились эксперименты с грузовой тележкой типа 18-100. Отмечается сходимость в пределах 10 %.
  В работе [5] рассмотрена «проблема представления тонкого упругого стержня системой шарнирно связанных абсолютно твердых тел с целью достоверного определения положений равновесия, собственных частот и форм колебаний стержня с учетом геометрической нелинейности». Сравнение результатов численных и натурных экспериментов показало, что первые собственные частоты колебаний балки совпадают с точностью 1-2 %.

Список литературы

1. Iwnicki, Simon D. The Manchester benchmarks for rail vehicle simulation / ed. by S. Iwnicki. - Lisse: Swets & Zeitlinger, 1999. Доступно на Amazon.com
2. Коссов В.С. Снижение нагруженности ходовых частей локомотива и пути. Дисс. … д-ра техн. наук. Коломна, 2001.
3. Сакало В.И., Коссов В.С. Контактные задачи железнодорожного транспорта. – М.: Машиностроение, 2004.
4. Погорелов Д.Ю., Павлюков А.Э., Юдакова Т.А., Котов С.В. Моделирование контактных взаимодействий в задачах динамики систем тел / Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Сб. науч. тр. / Под ред. В.И. Сакало. Брянск: БГТУ, 2001. С. 11–23.
5. Дмитроченко О.Н., Михайлов Н.Н., Погорелов Д.Ю. Моделирование геометрически нелинейных упругих стержневых систем на основе подхода систем твердых тел. Динамика и прочность транспортных машин, БГТУ, Брянск, 1997.

Программный комплекс "Универсальный механизм" используется в частности следующими отечественными предприятиями и организациями железнодорожной отрасли:

• ФГУП ВНИИЖТ МПС РФ, Москва,
• ФГУП ВНИКТИ МПС РФ, Коломна, Московская обл.,
• Центральное конструкторское бюро транспортного машиностроения, Тверь,
• ФГУП ПО Уралвагонзавод, Нижний Тагил,
• ОАО «Коломенский завод», Коломна,
• ЗАО УК "Брянский машиностроительный завод", Брянск,
• ОАО ВЭлНИИ, Новочеркасск,
• ОАО Метровагонмаш, Мытищи, Московская обл.,
• Центральный научно-исследовательский институт «ТрансЭлектроПрибор», Санкт-Петербург,
• ООО "Трансолушенс СНГ", Москва,
• Брянский государственный технический университет (БГТУ), Брянск,
• Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДвГУПС), Хабаровск,
• Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), Иркутск,
• Российский государственный открытый университет путей сообщения (РГОТУПС), Москва,
• Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), Екатеринбург,
• Самарская государственная академия путей сообщения (СамГАПС), Самара,
• Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Москва,
• Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), Ростов-на-Дону.

  В числе прочих с использованием UM Loco были выполнены следующие исследования:

• Анализ динамики и выбор рациональных параметров новой трехэлементной тележки по заказу ФГУП ПО Уралвагонзавод. Исследования проводились совместно с кафедрой "Вагоны" Уральского государственного университета путей сообщения.
• Анализ динамики и выбор оптимальных параметров проектируемых российских магистральных тепловозов ТА25, ТА35 по заказу ЗАО УК БМЗ.
• Анализ динамики и выбор рациональных параметров новой трехэлементной тележки по заказу ФГУП ВНИКТИ МПС РФ.
• Исследование ситуаций, приводящих к сходу грузовых вагонов с рельсов из-за всползания, по заказу ФГУП ВНИИЖТ МПС РФ.
• Анализ динамики и выбор рациональных параметров проектируемого электровоза ЭП2 по заказу ОАО "Коломенский завод".
• Разработка рационального профиля поверхности катания колес для грузовых вагонов по заказу ФГУП ВНИИЖТ МПС.

  За рубежом UM Loco активно следующими ВУЗами и предприятиями.

• Компания AmstedRail, США.
• Компания INKA - Indonesian Railway Industry, Индонезия.
• Компания Vossloh Spain, Испания.
• В Силезском техническом университете (Катовице, Польша) разработан ряд моделей железнодорожных экипажей и проведены натурные эксперименты.
• В Сеульском национальном университете (Сеул, Республика Корея) для исследования динамики рельсовых экипажей.