На основі аналізу існуючих в Україні проектів авіаційно-космічного ракетного комплексу (АКРК) визначено проблеми, які потрібно вирішити для забезпечення високих тактико-технічних та експлуатаційних характеристик комплексу повітряного базування на стадії його проектування. Для визначення вимог до конструкції перспективного АКРК запропоновано методику оцінки динамічних навантажень ракет-носіїв при їх повітряному старті з літака-носія.

На базі методу скінченних елементів розроблено алгоритм розрахунку та математичні моделі для оцінки напружено-деформованого стану елементів залізничних цистерн у випадку аварійних ударів у днище автозчепом сусіднього вагона та довгомірним вантажем, що в ньому перевозиться. Проаналізовано вплив характеру прикладання та величин ударних навантажень на рівні напруг для цистерни, що транспортує зріджений аміак. Під час напруги у зоні удару утворюються пластичні деформації та може відбутися порушення цілісності котла.

Приведены математические модели для исследования динамики наземного старта ракет-носителей космических аппаратов (РН КА) тандемной и пакетной компоновок с учетом особенностей нелинейного взаимодействия РН КА с пусковой установкой. Рассмотрены вопросы математического моделирования динамической нагруженности РН КА при минометном старте из пускового контейнера, а также при старте с самолета-носителя. С использованием механических аналогов проведено моделирования колебаний жидкости в топливных баках. Приведены результаты исследований динамических характеристик и нагруженности ракет-носителей "Зенит", "Днепр", "Циклон" при старте.

Рассмотрена конструкция пассажирского вагона, оборудованного жертвенными элементами, предназначенными для защиты от сверхнормативных нагрузок в аварийных ситуациях. Предложены схемы установки жертвенных элементов в виде коробов или сот на раме вагона последовательно с буферами, показаны необходимые для этого изменения рамы и дана оценка напряженно-деформированного состояния ее элементов при различных видах нагружения.

Рассмотрена проблема повышения безопасности пассажирских перевозок и транспортировки экологически опасных грузов. Описаны математические модели, алгоритмы и методическое обеспечение для анализа динамики железнодорожных экипажей и напряженно-деформированного состояния их элементов при эксплуатационных режимах движения и в аварийных ситуациях. Показана целесообразность оборудования экипажей средствами пассивной защиты от сверхнормативных ударных нагрузок. Предложена система компьютерной диагностики динамических характеристик ходовых частей пассажирского вагона.

Проанализирован характер деформирования, определены максимальные остаточные деформации и оценена энергоемкость элементов существующей конструкции силового пояса кабины управления электровоза ЭП1М при продольных ударных воздействиях в его лобовую подоконную часть, которые характеризуют аварийное столкновение электровоза с препятствием (грузовым автомобилем, автоцистерной и т.п.), имеющим высоко расположенный центр масс.

Разработан алгоритм исследования процесса деформирования элементов, предназначенных для пассивной защиты локомотива скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях. Проанализированы особенности деформирования элементов пассивной защиты за пределом упругости с учетом физической и геометрической нелинейностей, а также влияния скорости деформации на физико-механические характеристики материала конструкции.

Дана оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста локомотива скоростного пассажирского поезда при его столкновении с мобильным транспортным средством с использованием разработанных математических конечно-элементных моделей.

Определены основные принципы разработки энергопоглощающих элементов системы пассивной безопасности железнодорожных экипажей при аварийных столкновениях. В качестве элемента пассивной защиты, позволяющего организовать последовательное ступенчатое поглощение кинетической энергии удара, предложено использовать короб в форме усеченной пирамиды, содержащий трехслойный сотовый блок. Проведено конечно-элементное моделирование нелинейного динамического деформирования рассматриваемой защитной конструкции при ударе и дана оценка возможного уровня энергопоглощения.

Приведены результаты анализа современных мировых тенденций и подходов к решению проблемы пассивной безопасности железнодорожных экипажей, в частности локомотивов, а также действующей в настоящее время в европейских странах нормативной базы, регламентирующей пассивную безопасность скоростных и высокоскоростных пассажирских поездов. Определены основные принципы создания пассивной защиты локомотива скоростного пассажирского поезда. Предложена концепция пассивной защиты локомотива нового поколения, предназначенного для скоростного железнодорожного движения по колее 1520 мм.

Рассмотрено экспериментальное исследование характера деформирования энергопоглощающих элементов в виде перфорированных трубчатых образцов при испытаниях их на сжатие, определению максимальных остаточных деформаций и оценке энергоемкости этих элементов.

Приведены наиболее важные разработки и результаты актуальных научных исследований в области транспортного машиностроения, выполненных в Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины за последние 5 лет. Разработаны научно-методическое обеспечение, конечно-элементные и дискретно-массовые математические модели для исследования динамической нагруженности, устойчивости и напряженно-деформированного состояния конструкций железнодорожных экипажей нового поколения при эксплуатационных режимах движения и в аварийных ситуациях. Разработана методика оценки безопасности движения поездов при установившихся и переходных режимах движения по участкам пути произвольного очертания. Выполненные исследования позволяют сократить объем и срок экспериментальной отработки вновь создаваемых конструкций железнодорожных экипажей, поглощающих аппаратов и систем пассивной безопасности, служат основой для разработки практических рекомендаций по выбору рациональных параметров конструкций локомотивов и вагонов нового поколения, повышению безопасности движения поездов и их защите при аварийных столкновениях.

Выполнен анализ существующих концепций пассивной безопасности пассажирских поездов, разработанных с учетом требований европейского стандарта ЕN 15227 и американского стандарта AAR S-580. Рассмотрены концептуальные схемы пассажирских поездов локомотивной тяги с системами пассивной безопасности для случаев оборудования железнодорожных экипажей раздельными ударно-тяговыми устройствами и автосцепными устройствами, которые могут сдвигаться назад при аварийном столкновении поезда с препятствием. Описана реализованная немецкой компанией EST Eisenbahn-Systemtechnik GmbH концепция пассивной защиты пассажирского поезда для железных дорог Европы. Приведена концепция пассивной защиты пассажирского поезда локомотивной тяги для железных дорог США. Проведен анализ существующих концепций пассивной защиты моторвагонного пассажирского поезда постоянного формирования. Приведены различные технические решения ведущих мировых компаний, в частности Bombardier Transportation, Alstom, Dellner, Voith Turbo Scharfenberg, Siemens. Рассмотрена концепция пассивной защиты моторвагонного поезда SCRRA Metrolink для железных дорог США. Приведены концепции пассивной защиты электропоездов Desiro RUS ("Ласточка") и ЭКр1, предназначенных для эксплуатации на железных дорогах с шириной колеи 1520 мм. На основе результатов анализа мирового опыта по пассивной защите пассажирских поездов при аварийных столкновениях разработаны основные положения концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда, предназначенного для эксплуатации на железных дорогах с шириной колеи 1520 мм.

Баки, частично заполненные жидкостью, являются неотъемлемой составной частью многих современных объектов транспортного машиностроения, авиационной и ракетно-космической техники. При движении таких объектов интенсивные внешние воздействия приводят к появлению колебаний жидкости, сопровождающихся различными нелинейными эффектами, которые оказывают существенное влияние на динамику конструкций. Приведены результаты экспериментальных исследований и конечно-элементного моделирования пространственных колебаний свободной поверхности жидкости в горизонтально расположенном цилиндрическом баке при гармоническом возбуждении конструкции бака. Цель исследований - определение закономерностей нелинейного поведения жидкости. Для экспериментального определения собственных пространственных колебаний свободной поверхности жидкости в баке использован метод свободных колебаний. Математическое моделирование проведено с помощью метода конечных элементов. Определены собственные частоты и формы доминирующих тонов (поперечных и продольных) колебаний свободной поверхности жидкости в зависимости от уровня заполнения бака. При немалых амплитудах колебаний свободной поверхности жидкости исследованы явления, связанные с проявлением нелинейных свойств системы "конструкция бака - жидкость": ограничение амплитуд колебаний свободной поверхности жидкости; асимметрия профиля волны и разрывы сплошности жидкой среды, находящейся во взаимодействии со стенками полости; круговые колебательные движения. Установлено, что полученные путем математического моделирования собственные частоты и формы колебаний свободной поверхности жидкости удовлетворительно согласуются с данными проведенных экспериментов. Показано, что математическое моделирование пространственных колебаний позволяет определить причины возникновения сложных форм колебаний свободной поверхности жидкости.

Отмечено, что приоритетным направлением развития железнодорожного транспорта Украины является внедрение скоростного пассажирского движения и обновление подвижного состава. Локомотив нового поколения должен иметь систему пассивной безопасности, которая в случае неизбежного столкновения обеспечивает преобразование энергии удара в механическую работу, связанную с контролируемым пластическим деформированием специальных устройств поглощения энергии (УПЭ), что позволит уменьшить тяжесть последствий аварии и сохранить жизни пассажиров и поездной бригады. Рассмотрена актуальная проблема разработки УПЭ для скоростного пассажирского локомотива на основе результатов математического моделирования пластического деформирования УПЭ при сверхнормативных ударах и натурных ударных испытаний (крэш-тестов) УПЭ на базе европейского стандарта EN 15227. Приведены результаты выполненного в испытательном центре TUV SUD Rail GmbH (Герлиц, Германия) крэш-теста опытного образца УПЭ коробчатого типа, содержащего сотовые пакеты. Конструкция УПЭ разработана в сотрудничестве Института технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины с ООО "Проектно-конструкторское производственное предприятие МДС" и запатентована в Украине. Цель крэш-теста - экспериментальное исследование пластического деформирования исследуемой конструкции при ударе, определение характеристики контактного усилия между соударяющимися телами, оценка энергоемкости опытного образца УПЭ. Дано описание разработанного научно-методического обеспечения. Приведены результаты конечно-элементного моделирования крэш-теста опытного образца УПЭ. Выполнена верификация разработанной конечно-элементной модели путем сравнения по критериям европейского стандарта EN 15227 результатов, полученных расчетным и экспериментальным путями. Подтверждена достоверность результатов численных расчетов, выполненных с помощью разработанного научно-методического обеспечения.

При проектировании локомотива нового поколения необходимо предусмотреть наличие интегрированной в его конструкцию системы пассивной безопасности (СПБ), которая должна обеспечить защиту пассажиров и персонала поезда при наиболее вероятных аварийных столкновениях. Рассмотрен сценарий столкновения эталонного поезда и грузового вагона массой 80 т со скоростью 36 км/ч. Эталонный поезд состоит из локомотива, оборудованного СПБ с устройствами поглощения энергии (УПЭ), и грузового вагона массой 80 т. Такой сценарий предусмотрен европейским стандартом EN 15227. Цель исследований - разработка УПЭ для скоростных пассажирских локомотивов нового поколения массой 90 - 123 т. Исследование динамической нагруженности локомотива для определения интегральных параметров УПЭ, в частности его энергоемкости, проведено в рамках дискретно-массовой математической модели. Новизной этой модели является усовершенствование силовой характеристики взаимодействия экипажей с учетом работы поглощающих аппаратов сдвигаемых автосцепных устройств и УПЭ, а также возможности возникновения в конструкциях УПЭ и экипажей пластических деформаций. Приведено также описание новой конечноэлементной модели пластического деформирования УПЭ при ударе, с помощью которой разработана конструкция УПЭ с энергоемкостью 0,95 МДж и выбраны ее параметры. Показано, что установка двух таких УПЭ в концевых частях локомотива обеспечивает выполнение сценария столкновения эталонного поезда с грузовым вагоном в соответствии с европейским стандартом EN 15227 и разработанной концепцией пассивной безопасности пассажирского подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм.

При проектировании пассажирского вагона нового поколения необходимо предусмотреть наличие интегрированной в его конструкцию системы пассивной безопасности (СПБ), которая должна обеспечить защиту пассажиров и персонала поезда при наиболее вероятных аварийных столкновениях. Цель исследований - разработка устройств поглощения энергии (УПЭ), входящих в СПБ скоростных пассажирских вагонов нового поколения массой 50 - 64 т. В соответствии с требованиями европейского стандарта по пассивной безопасности EN 15227 рассмотрено столкновение со скоростью 18 км/ч эталонного поезда из 4-х пассажирских вагонов с неподвижным половинным вагоном. Исследование динамической нагруженности первого вагона эталонного поезда для определения интегральных параметров УПЭ, в частности его энергоемкости, проведено в рамках дискретно-массовой математической модели. Новизной этой модели является усовершенствование силовой характеристики взаимодействия экипажей с учетом работы поглощающих аппаратов сдвигаемых автосцепных устройств и УПЭ, а также возможности возникновения в конструкциях экипажей пластических деформаций. Приведено также описание новой конечно-элементной модели пластического деформирования УПЭ при ударе, с помощью которой разработана конструкция УПЭ с энергоемкостью 0,3 МДж и выбраны ее параметры. Предложенные УПЭ предназначены для установки в концевых частях скоростного пассажирского вагона нового поколения вместо буферов, использовавшихся ранее для выборки зазоров в контуре зацепления сцепок.

Новый скоростной пассажирский подвижной состав колеи 1520 мм должен проектироваться с учетом систем пассивной безопасности (СПБ) при столкновениях. В состав СПБ входят устройства поглощения энергии (УПЭ), которые предназначены для защиты пассажиров и поездной бригады, а также конструкций экипажей от разрушительного действия ударных нагрузок. В Институте технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины разработаны конструкции УПЭ разной энергоемкости. Цель исследований - оценка динамической нагруженности экипажей эталонного поезда с СПБ при столкновениях, сценарии которых предусмотрены стандартом EN 15227. Рассмотрены сценарии столкновения со скоростью 36 км/ч эталонного поезда с идентичным поездным составом и с грузовым вагоном массой 80 т. Эталонный поезд сформирован из локомотива и четырех вагонов, концевые части которых оборудованы соответствующими УПЭ. Приведена дискретно-массовая модель лобового столкновения поездов. Новизной модели является силовая характеристика межвагонного соединения, которая учитывает работу сдвигаемых автосцепных устройств. УПЭ локомотивов и вагонов, упругопластическое деформирование конструкций экипажей. Рассмотрены 2 варианта формирования поезда: локомотив массой 90 т и вагоны массой 50 т; локомотив массой 123 т и вагоны массой 64 т. Показано, что требования европейского стандарта EN 15227 и разработанной концепции пассивной защиты скоростного пассажирского поезда колеи 1520 мм выполняются, если локомотив оборудовать УПЭ с энергоемкостью 0,95 МДж, вагоны массой 50 т - УПЭ с энергоемкостью 0,25 МДж, вагоны массой 64 т - УПЭ с энергоемкостью 0,3 МДж, вагоны массой 64 т - УПЭ с энергоемкостью 0,3 МДж. Разработаны конструкции УПЭ с определенной энергоемкостью для локомотивов и вагонов.

В настоящее время основными тенденциями развития отечественного железнодорожного транспорта являются: обновление пассажирского подвижного состава, увеличение скоростей движения поездов, ориентация на европейские стандарты. В конструкции экипажей скоростного пассажирского поезда нового поколения должны быть интегрированы системы пассивной безопасности (СПБ), которые срабатывают в момент аварийного столкновения, позволяют погасить кинетическую энергию удара, сохранить жизни пассажиров и поездной бригады, минимизировать последствия аварии. В 2016 году Украина методом подтверждения приняла стандарт ДСТУ EN 15227:2015 (EN 15227:2008), соответствующий европейскому стандарту EN 15227, регламентирующему пассивную безопасность пассажирских поездов при столкновениях. В этом стандарте определены четыре сценария столкновений эталонного поезда, которые используются при проектировании и экспериментальной отработке железнодорожных экипажей с СПБ. Цель работы - определение характеристик препятствий в сценариях столкновений с учетом отличий отечественного пассажирского подвижного состава от европейского (объединенные ударно-тяговые приборы, разные габаритные и массовые ограничения, другие нормативные требования и т. д.). Внимание уделено определению характеристик препятствия в сценарии 2 столкновения с грузовым вагоном, оборудованным объединенными ударно-тяговыми устройствами, а также в сценарии 3, который характеризует столкновение с грузовым автомобилем на железнодорожном переезде и является базовым при оценке параметров конструкции кабины машиниста с СПБ. В сценарии 3 грузовой автомобиль представляет собой свободно стоящее на железнодорожном переезде деформируемое препятствие с заданными геометрическими параметрами. В стандарте EN 15227 приведен критерий для разработки модели деформируемого препятствия. Разработка такой модели предполагает создание геометрической модели препятствия, построение его конечно-элементной схемы и определение физико-механических параметров. Предложена геометрическая модель препятствия в виде конструкции, состоящей из трех фрагментов (обшивки, сердцевины и нижней части). Новизной работы является твердотельная конечно-элементная модель пластического деформирования препятствия при ударе шаром. Выполнен комплекс исследований влияния физико-механических параметров препятствия на характеристику контактной силы. Разработана модель препятствия, соответствующая критерию стандарта EN 15227. Она может быть использована при проектировании кабин машиниста с СПБ и для оценки выполнения требований стандарта EN 15227 при аварийных столкновениях эталонных поездов согласно сценарию 3.

Пріоритетними завданнями вітчизняного залізничного транспорту є підвищення швидкостей руху поїздів, оновлення пасажирського рухомого складу, забезпечення його безпечної експлуатації і пасивного захисту при аварійних зіткненнях з перешкодами. В конструкції екіпажів швидкісного пасажирського поїзда нового покоління повинні бути інтегровані системи пасивної безпеки (СПБ), які спрацьовують в момент зіткнення. В результаті контрольованого деформування пристроїв поглинання енергії (ППЕ), які входять до складу СПБ, відбувається зниження поздовжніх зусиль і прискорень, що дозволяє зберегти життя пасажирів і поїзної бригади, зменшити пошкодження рухомого складу, мінімізувати наслідки аварії. В країнах ЕС обов'язкова наявність СПБ регламентується стандартом EN 15227. Аналогічний стандарт діє і в Україні, не дивлячись на істотні відмінності в конструкціях зчіпних пристроїв вітчизняного та європейського рухомого складу. Розглянуто задачу створення наукової бази для розробки СПБ екіпажів вітчизняного швидкісного пасажирського поїзда при зіткненнях, а також проблема визначення чинників, що впливають на сход коліс екіпажів з рейок. Розроблено алгоритм, науково-методичне забезпечення і скінченно-елементні моделі, які можуть бути використані для вибору параметрів конструкцій ППЕ, що підтверджено результатами виконаного креш-тесту дослідного зразка ППЕ, створеного для локомотива. Розроблено математичну модель для дослідження динаміки поїзних складів з СПБ, визначення навантаженості конструкцій екіпажів в поздовжньому і вертикальному напрямках, а також для оцінки необхідного рівня енергоємності ППЕ при відпрацюванні нормативних сценаріїв зіткнень. В результаті виконаного комплексу досліджень розроблено конструкції ППЕ для тягового рухомого складу та причіпних вагонів. Окремою проблемою при розгляді зіткнення пасажирського поїзда з перешкодою є визначення факторів, що призводять до сходу колісних пар локомотива і вагонів з рейок. Такі дослідження проведено з використанням розробленої математичної моделі просторових коливань рухомого потягу, локомотив якого обладнано системою пасивної безпеки і протипідйомними пристроями. При зіткненні з перешкодою поїзда, що рухається по реальному рейковому шляху з нерівностями різного типу, виникають поперечні сили взаємодії екіпажів. Це в свою чергу призводить до появи поперечних сил взаємодії їх коліс і рейок, що робить істотний вплив на стійкість колісних пар локомотива від сходу з рейок. Проведені розрахунки показали, що ймовірність сходження коліс локомотива з рейок тим більше, чим важче екіпаж-перешкода, чим вище швидкість руху поїзда в момент зіткнення, чим вище рівень нерівностей рейкової колії. Результати виконаних досліджень можуть бути використані при проектуванні швидкісних пасажирських поїздів нового покоління.