3016

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Рис. 7. Напряженное состояние среднего листа в разрезе

На увеличенном фрагменте изображения, показанном на рис. 7, представлено болтовое отверстие, на котором рассматриваются два направления по высоте: 1-1 проходит по узлам с максимальными сжимающими напряжениями x , 2 – по линия наибольших растяги-

вающих напряжений. Полученные значения представлены в виде эпюр на рис. 8.

а – зона сжатия (1-1); б – зона растяжения (2-2)

При рассмотрении напряженного состояния сжатой зоны отверстия среднего листа было выявлено, что наибольшие отрицательные напряжения x возникают в крайних фибрах пластика.

Слои в середине листа по толщине имеют сжимающие напряжения x в 1,6 раза меньшие. Подобное распределение можно объяснить изгибными деформациями болта. Срединное сечение

71

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

болта из-за действия изгибающего момента имеет большее перемещение по оси ОХ, тем самым разгружая средние слои пластика. Максимальное сжимающее напряжение в нижней фибре превышает расчетное сопротивление пластика по сжатию вдоль волокон , но среднее напря-

жение по толщине листа находится в допустимом интервале

.

На рис. 8, б изображена эпюра x в растянутой зоне. На ней

видно, что растягивающие напряжения в области отверстия по толщине листа повторяют форму эпюры сжатия (максимумы на крайних фибрах, минимум – в среднем слое). Напряжения изменяются в диапазоне от 143 до 232,14 МПа, что значительно превы-

шает продольное расчетное сопротивление Rt 98,9 МПа . Столь 1

большие растягивающие напряжения можно объяснить тем, что поперечное сечение элемента за пределами отверстия практически не включено в работу. На рис. 9 представлена эпюра растягивающих напряжений поперек листа. Видно, что на расстоянии 5 мм от края отверстия напряжения падают с 227,9 МПа до 23,2 МПа, на оставшейся ширине напряжения изменяются от 8,38 до 2,64 МПа.

На рис. 10 представлен продольный разрез среднего листа через болтовое отверстие в полях напряжений z . На увеличении

72

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

болтового отверстия, видна значительная по размерам зону растягивающих напряжений, действующих в плоскости листа поперек армирующих волокон.

напряжения могут привести к разрушению, так как расчетные сопротивления стеклопластика поперек волокон малы и имеют следующие значения: растяжение , сжатие .

Рис. 11. Распределение напряжений z на поверхности болтового отверстия

Для полного представления напряженного состояния среднего листа необходимо рассмотреть распределение касательных напряжений (см. рис. 12).

73

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Рис. 12. Поля напряжений xz . на разрезе среднего листа

На рис. 13а представлен поперечный разрез через центр отверстия. На разрезе показаны касательные напряжения xz . Мак-

симальное значение касательных напряжений составляет –96,08 МПа, что в 9 раз превышает расчетное сопротивление на сдвиг

. На рис. 13, б показано распределение касательных

напряжений по толщине листа. Видно, что наиболее загруженными являются крайние фибры пластика, эпюра напряжений по толщине листа повторяет эпюру x в зоне сжатия.

Рис. 13. Поля напряжений xz по толщине листа

Затухания касательных напряжений с удалением от болтового отверстия хорошо видны на рис. 14. Так на расстоянии 5 мм (3 элемента) напряжение xz уменьшаются с – 96,08 МПа до –10,28 МПа.

74

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Рис. 14. Поля напряжений xz в плане крайней фибры среднего листа

Выводы

1. Напряженное состояние среднего листа болтового соединения листов, выполненных из композитного материала, отличается существенной неоднородностью по толщине. Контактные напряжения x в крайних фибрах в 1,7 раза превышают аналогичные

напряжения в средних фибрах листа, и значительно превышают расчетное сопротивление материала листов на смятие.

2. Напряжения z , напряжений, действующие в плоскости ли-

ста поперек армирующих волокон могут превышать предел прочности материала матрицы.

Эти результаты не могут быть получены с использованием простейших формул сопротивления материалов. И показывают эффективность применения конечно элементных расчетных комплексов для расчета композиционных материалов, отличающихся значительной анизотропией механических свойств.

Научные руководители канд. техн. наук, доц. А.П. Шабанов, канд. техн.

наук Б.В. Пыринов

75

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

К.В. Землянская

(аспирант кафедры «Информационные технологии транспорта»)

Создание мультиагентной имитационной модели железнодорожного транспорта

Основная цель моделирования движения железнодорожного транспорта – это изучение сложного взаимодействия объектов (поездов, станций, диспетчеров, дежурных по станциям), их поведения и влияния друг на друга, которые невозможно наблюдать естественным образом, в силу большого количества данных, многообразия сред.

Помимо регламента поездной работы, основным нормативом для организации движения железнодорожного транспорта является график движения поездов (ГДП), который показывает эксплуатационную работу железной дороги по заданным перегонам в заданный период времени. Существуют также вариантные графики движения поездов, в которые вносятся «технологические окна» (перекрытие участка дороги в одном направлении на несколько часов), различные ремонты на перегонах (которые могут длиться от нескольких дней) [4].

Графики разрабатываются инженерами-графистами на местах и рассматриваются начальником соответствующей дирекции управления движением.

Однако, не все факторы, которые могут повлиять на движение поездов или на показатели эксплуатационной работы, можно учесть с помощью этих графиков.

Поэтому в случае нештатных ситуаций (аварий, незапланированного ремонта на участке) решения принимает поездные диспетчеры и дежурные по станциям. Чтобы принять верное решение по организации работы в случае некоторой ситуации, диспетчер должен оперативно проанализировать текущую обстановку, принять во внимание все условия и аспекты организации движения, что в условиях ограниченности времени довольно сложно. Сделать прогноз по работе железнодорожных станций и движению поездов на длительный период тоже вызывает трудности.

В связи с этим выделяется проблема: вопрос моделирования станций, участков железной дороги, движения поездов в рамках целой железной дороги недостаточно проработан.

76

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Целью работы является выбор подхода к имитационному моделированию и создание на его основе имитационной модели железнодорожной сети.

Исходными условиями (дано) для создания данной модели являются:

графики движения поездов;

вариантные графики движения поездов (наличие «технологических окон» и ремонта инфраструктуры);

суточные план-графики движения поездов.

В построения модели движения поездов необходимо выполнить следующие задачи:

реализовать модели поведения поездов, диспетчеров;

построить протоколы взаимодействия всех объектов модели;

смоделировать транспортные потоки на перегоне в штатном режиме;

спрогнозировать перераспределение транспортных потоков во время запланированного ремонта инфраструктуры.

Для решения поставленных задач можно применить методы имитационного моделирования [1]. Выделяют три основных подхода к имитационному моделированию:

системная динамика;

дискретно-событийное моделирование;

агентное моделирование.

Системная динамика предполагает высокий уровень абстракции и используется в основном для задач стратегического уровня. Она используется в задачах, в которых известны только глобальные зависимости между объектами [3]. Поэтому этот подход для решения поставленных задач не подходит.

Дискретно-событийное моделирование используется в тех случаях, когда система может быть описана как процесс. В данном случае железнодорожный перегон можно рассмотреть как систему массового обслуживания. Системами массового обслуживания можно назвать системы, в которых в случайные моменты времени возникают заявки на обслуживание и имеются устройства для обслуживания этих заявок. Входящим потоком заявок являются поезда (грузовые, пассажирские, пригородные), механизмами обслуживания –

77

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

станции и перегоны между ними. Важной характеристикой потока заявок будет являться интенсивность потока (применительно к пассажирским и пригородным поездам – заявки поступают в систему по расписанию, грузовые – по интервалу времени). Для каждого механизма обслуживания назначаются свои характеристики: число каналов обслуживания (для станции – количество приемоотправочных путей, для перегона – главный путь в разных направлениях), интенсивность обслуживания, дисциплина очереди.

В рамках дискретно-событийного подхода была создана имитационная модель Западно-Сибирской железной дороги. Для моделирования объектов железнодорожного транспорта использовалась стандартная и железнодорожная библиотеки программного обеспечения AnyLogic [2, 3]. Топология сети задавалась с помощью группы фигур, представляющих собой железнодорожные пути и стрелки. Схема Западно-Сибирской железной дороги в модели представлена на рис. 1, фрагмент сети дороги с железнодорожными стрелочными переводами представлен на рис. 2.

Рис. 1. Схема Западно-Сибирской железной дороги

Рис. 2. Фрагмент железнодорожной сети со стрелочными переводами

78

Сборник научных статей аспирантов и аспирантов-стажеров

Для создания железнодорожного маршрута в основном используются элементы железнодорожной библиотеки: TrainSource, TrainMoveTo, TrainDispose и объект основной библиотеки: Delay. Фрагмент модели с данными объектами представлен на рис. 3.

Рис. 3. Схемы маршрутов Иртышское – Называевская – Лужская и Иртышское – Называевская – Екатеринбург

Помимо железнодорожной библиотеки для построения маршрутов использовалась стандартная библиотека программного продукта. Соответственно, вся логическая схема Западно-Сибирской железной дороги состоит из объектов механизмов обслуживания, имитирующих перегон между станциями, а также механизмов обслуживания, имитирующих саму стоянку на станции.

Результатами работы модели являются:

графическое отображение движения поездов по маршрутам;

подсчет основных показателей (участковая скорость, коэффициент занятости станции, время в пути и другие).

В данном подходе помимо явных преимуществ (простота реализации модели и возможности рассматривать маршруты поездов по отдельности), есть свои недостатки. Изменения в одном маршруте не влияют на остальные маршруты поезда, следовательно, если закрывается определенный блок-участок на перегоне в одной схеме, то необходимо перекрыть его во всех схемах, в которых этот блок-уча- сток задействован. Также небольшое отличие понятий приоритета заявки от приоритета поезда. Заявки могут быть вытеснены из очереди, если в очередь приходит заявка с большим приоритетом. На железной дороге приоритет поезда учитывается в том случае, когда один поезд в ходе движения нагоняет второй, и необходимо определить какой поезд выпустить первым с ближайшей станции, а какой задержать на интервал времени. Но могут рассматриваться такие ситуации,

79

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

когда более высокий приоритет пассажирского поезда не влияет движение поезда с низким приоритетом (грузового).

Еще одним методом, рассмотренным в работе, является агентное моделирование. Агенты в железнодорожной сети относятся к узкому классу транспортных агентов, которые наследуются от универсальных. На данный момент разрабатывается модель с простыми рефлексивными агентами: агент-поезд, агент-станция, агент-перегон, агентдиспетчер. В табл. 1 представлены цели, атрибуты каждого агента.

На рис. 4 представлена диаграмма состояний агента Поезд.

80