3016

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Д.А. Проворная

(аспирант кафедры «Технология транспортного машиностроения и эксплуатация машин»)

Система мониторинга повреждений мостовых конструкций

«Плановое проведение работ по техническому обслуживанию требует значительных затрат по сбору, накоплению, использованию информации о техническом состоянии того или иного элемента конструкции. К тому же выполнение этих работ не входит в обязанности эксплуатирующих мостовые сооружения, кроме накопления информации о наработках на отказы в рабочей документации, что ненамного улучшает долговечность и работоспособность самих конструкций.

Мониторинг технического состояния, хотя и перспективность его очевидна, связан с необходимостью значительных материальных затрат на приобретение специального оборудования, вычисли- тельно-измерительных комплексов, прикладных программ к ним, компьютеров, введения дополнительных штатных единиц высокой квалификации в организации обслуживающие перевозки и распределения дополнительных обязанностей для инженерно-техниче- ского персонала служб» [1].

Результативность заключения задач диагностирования находится в зависимости от корректности выбора способов и использования средств диагностирования. Вследствие этого рекомендовано в практических вопросах диагностирования, составляющих системы применить не только лишь важные бумаги и справочники, имеющие все нужные данные по данной задаче, но и современные научные заслуги.

Проблемами прогноза дефектов мостовых конструкций считаются:

1.Установление возможности осуществлять собственные многофункциональные способности.

2.Анализ технологического состояния в период эксплуатации.

3.Распознавание дефектов и видов их повреждений.

4.Моделирование этапа периода, если рабочие промышленные характеристики добьются предельного состояния либо объект лишится трудоспособности.

151

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Способы технической диагностики мостовых сооружений включают в себя: статические, закономерные и метрические.

1-ые не находят использования, например, в базе лежат итоги долгих исследований, собственно что ликвидирует кратковременные прогнозы. Впрочем, они уже применены в компьютеризированных системах при составлении моделей конфигурации диагностического параметра (состояния объекта) во времени по итогам нескольких измерений и определении остаточного ресурса. Закономерные способы в ведущем предусмотрены для установления прецедента присутствия недостатка (по системе «да» – «нет») и высококачественной его оценки.

Еще коротко представлены универсальные переносные диагностические системы и метрологическое обеспечивание средств диагностирования, которое считается неотъемлемым для всего приборного парка

«Метрические способы диагностирования повреждений мостовых сооружений более развиты, к ним относятся: ультразвуковые и оптические» [1].

Главным считается вопрос о идентификации повреждений систем, выявлении недостатков, уже имеющихся в подробности или же системы, определении их расположения, величины. Изучения в данном направленности более важны для частей и систем, разрушение их имеет возможность привести к трагедиям и авариям. Имеющие место быть методы не всякий раз имеют все шансы определить присутствие прочностных недостатков в частях, системах и расценить их усталостную прочность. Нужно изучать закономерности конфигурации данных неупругости при повторяющемся нагружении подробностей и систем.

Метод обнаружения повреждений в подробностях, системы для вибрационного и термического способов схож: измерение – обработка сигала – классификация – воздействие. Повреждения имеют все шансы для классификации и разбиты на группы в зависимости от степени срочности реагирования на них.

«Осуществление системы обнаружения и диагностики повреждений имеет возможность происходить по следующим вариантам:

1. Численное моделирование линейного или же плоского напряженно-деформируемого состояния.

152

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

2.Запись и проигрывание цифровых сигналов без издержки свойства.

3.Программируемость – конфигурации качеств системы без подмены аппаратного обеспечивания» [1].

«Представление сигналов измеренного вибрационными датчиками или же тепловидением идет в цифровой форме, их трансформация (удаление шумов), извлечение информации (спектральный анализ) и предоставление – все это базисные функции системы цифровой обработки сигнала» [1].

Обработкой сигнала именуется процесс переустройства и оценивания его информативных данных какой-нибудь технической системой.

«Вейвле́т – преобразование сигналов – обобщение спектрального анализа. Типичный представитель спектрального анализа – классическое преобразование Фурье. А базисы, применяемые для спектрального анализа, и названы вейвлетами – функциями двух аргументов – масштаба и сдвига. В отличие от классического преобразования Фурье, вейвлет-преобразование обеспечивает двумерное представление исследуемого сигнала в частотной области в плоскости частота-положение. При этом аналогом частоты является масштаб аргумента базисной функции, а положение характеризуется сдвигом функции. Что позволяет разделить крупные и мелкие детали сигналов, одновременно локализуя их на временной шкале. Иначе, вейвлет-анализ можно охарактеризовать как локализованный спектральный анализ» [1].

«Присутствуют некоторые недостатки, фурье-анализ плохо приспособлен для исследования нестационарных сигналов и достаточно сложно его применять для определения разных локальных особенностей сигнала, например, таких как выбросы. Ярким примером подобных особенностей в сигналах может служить шум в виде импульсов большой интенсивности (относительно основного сигнала) и малой протяжности» [4].

Различие Фурье от вейвлет – преобразования – он разрешает изучать перемена во времени моментальных амплитуд и частот ритмов, собственно что тем более принципиально для исследования нестационарных процессов в динамике живых систем, при данном частота и время рассматриваются как автономные переменные. Этим образом, бывает замечена вероятность разбирать качества

153

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

сигнала в одно и тоже время и во временном, и в частотном местах [4]. На рис. 2 представлен пример использования вейвлет – преобразования к зашумленному сигналу (сверху – исходный сигнал с шумом; внизу – отфильтрованный от шума и исходный сигнал).

Рис. 1. Пример использования вейвлет – преобразования к зашумленному сигналу

Рассмотрим разницу между Фурье и вейвлет – превращениями на примере сигнала модельного, который состоит из суммы двух синусоид разной частоты, представлен на рис. 2. В одном случае будет происходить включение постепенно по времени двух синусоид, в другом – на всем временном интервале сумма двух синусоид, случай представлен на рис. 2 (а2).

«В результате анализа превращения Фурье, можно сделать вывод только о наличии двух компонент с разными частотами в сигнале и не получить информацию о локальных свойствах сигнала, рассмотрим рис. 2 (с1, с2). В то время, как при анализе вейвлетпреобразования можно увидеть четкую разницу между двумя исследуемыми сигналами» [4].

154

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Рис. 2. Разница между Фурье и вейвлет – превращениями на примере сигнала модельного.

В качестве базовых функций при проведении Фурье-преобра- зования применяются гармонические функции, которые отлично локализованы в частотной области, вплоть до импульсных функций Дирака при Т → ∞, и не локализованные во временной, конкретные во всем временном перерыве от -∞ до ∞. Вейвлеты локализованы как во временной, например и в частотной области представления. Тут начинает трудиться принцип неопределенности, связывающий действенные смысла продолжительности функций и ширины их диапазона.

Чем вернее станет реализоваться локализация часового положения функции, то обширнее станет делаться ее диапазон, и напротив.

Перевоплощение Фурье не выделяет информацию о динамике конфигурации частотных данных во времени. Локальное перевоплощение Фурье содержит систематическое позволение по частоте (по времени) автономно от области частот (времени), в коих ведется изучение. В следствие этого, в случае если, к примеру, в сигнале значительная лишь только частотная элемент, то прирастить позволение возможно лишь только изменив характеристики способа. Для анализа нестационарных сигналов с широким диапазоном частот отлично подходит установка нескончаемого вейвлет перевоплощения, которое не обладает похожими дефектами.

155

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Вразличие от обычного преобразования Фурье, вейвлет-преоб- разования гарантирует двумерное представление исследуемого сигнала в частотной области в плоскости частота-положение. Аналогом частоты при данном считается размах аргумента базовой функции (чаще всего времени), а состояние характеризуется ее сдвигом. Это разрешает поделить гигантские и маленькие составляющие сигналов, в одно и тоже время локализуя их на временной шкале.

Врезультате мы получим более верную информацию о повреждениях системы.

Библиографический список

1.Глушков С.П., Молокова Д.А. Технические науки: теория и практика: сборник материалов международного научного е-симпозиума. Россия, г. Москва, 29–30 июня 2015 г. / Под ред. проф. В.В. Прошина. Киров: МЦНИП.

С. 78–94.

2.Оценка технического состояния пролетных строений по изменениям динамических характеристик. Сборник «Магнитолевитационные транспортные системы и технологии» МТСТ14 Труды 2-й международной научной конференции под редакцией Ю.Ф. Антонова. Киров, 2014. С. 294–309.

3.Новиков Л.В. Основы вейвлет – анализа сигналов. Учеб. пособие. СПб: 1999. 152 с.

4.Максимчук И.В., Гергель Л.Г., Осадчий О.В. Сравнительный анализ Фурье и вейвлет преобразования для анализа сигнала фотоплетизмограммы

//Современные научные исследования и инновации. 2013. № 6 [Электрон-

ный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2013/06/25060.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. С.П. Глушков

А.А. Севостьянов

(факультет «Строительство железных дорог»)

Анализ причин отказов рельсов на участках Транссибирской магистрали

Рельсы относятся к числу важнейших и наиболее дорогостоящих компонентов железнодорожного пути. Максимально возможное продление срока их службы, а также оптимизация расходов по текущему содержанию и замене являются ключевыми составляющими стратегии обеспечения работоспособности инфраструктуры.

156

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Срок службы железнодорожных рельсов зависит от качества рельсовой стали и качества изготовления рельсов, а также от эксплуатационных характеристик пути, в частности плана и профиля пути, осевой нагрузки, типа обращающегося подвижного состава, скоростей движения поездов, климатических условий. В процессе эксплуатации рельсов их свойства снижаются из-за развития дефектов и повреждений. В связи с чем, задачи исследования – путем анализа отказов рельсов, выявить причины этих отказов, и определить наиболее подходящие мероприятия по их сокращению.

За период с 2008 по 2013 г. проводился анализ участков Транссибирской магистрали. Анализ проводился на основе данных по замене дефектных рельсов на участках первого пути Чулымской и Барабинской дистанциях пути Западно-Сибирской дирекции инфраструктуры, что в дальнейшем позволило определить влияние срока эксплуатации, выраженного в пропущенном тоннаже, на количество замененных рельсов и причины этих замен. Согласно действующим нормативным документам срок службы железнодорожного пути 1 класса определяется по критериям: пропущенный тоннаж – 700 млн т и одиночный выход рельсов – более 4 шт. на км.

В ходе работы первые пути Чулымской и Барабинской дистанции пути были разделены на участки, в зависимости от длины рельсовой плети. Всего на Барабинской и Чулымской дистанциях пути выделилось по 7 участков длиной от 7 до 27 км. Основные эксплуатационные и технические характеристики данных участков представлены в табл. 1.

Влияние длины бесстыкового пути на выход рельсов отчетливо наблюдался в период эксплуатации до 700 млн т. На участках с длиной плети с блок-участок или перегон отказы наблюдаются со схожим значением в 1,2–1,5 шт./км. При длине рельсовой плети менее 800 м отказы достигают значения в 2,6 шт./км. Следовательно, при длине плети 800 м и менее количество отказов увеличивается более чем на 70 %. Исходя из этого, при сварке плетей в длину с блокучасток или перегон можно значительно повысить срок службы верхнего строения пути.

157

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Таблица 1

Основные эксплуатационные и технические характеристики рассматриваемых участков

158

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Общая длина всех анализируемых участков составила 186 км. На основе данных пятой таблицы технического паспорта дистанции пути были построены графики зависимости замены рельсов от пропущенного тоннажа. Данные графики приведены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. График зависимости выхода рельсов от пропущенного тоннажа на первом пути Чулымской дистанции пути

Анализ данных графиков показал, что с ростом пропущенного тоннажа существенно ускоряется рост количества неисправных рельсов, а также, что для всех рассматриваемых участков Транссибирской магистрали фактический срок эксплуатации значительно превышает нормативный и достигает величины в 1000–1200 млн т. Следовательно, проявилась зависимость отказов рельсов от сверхнормативного пропущенного тоннажа. Количество и вид дефектов, которые являлись причиной заменой рельсов на данных участках,

159

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

были определены с помощью ведомости по замене рельсов с 2008 г.

по 2013 г.

Рис. 2. График зависимости выхода рельсов от пропущенного тоннажа на первом пути Барабинской дистанции пути

Также необходимо заметить, что характерный перелом, и резкий рост среднего выхода рельсов происходит после пропуска тоннажа в 650–750 млн т. Это отчетливо видно на рис. 1 и 2. Также заметно, что при пропуске тоннажа в 1200 млн т количество отказов рельсов увеличивается в 3 раза по сравнению с отказами при пропуске нормативного тоннажа (700 млн т).

Чтобы определить основные дефекты, влияющие на отказ рельсов, для каждого участка была составлена таблица характеристики дефектов замененных рельсов. В ней отображались код и группа

160