Модуль линейного анализа интегрирован в базовую версию UM.
Он реализует следующие возможности:
• поиск положений равновесия системы (однократный и многократный);
• линеаризация уравнений движения около положения равновесия;
• расчёт собственных частот и показ собственных форм колебаний;
• построение корневых годографов;
• для ж.-д. задач: расчёт критической скорости ж.-д. экипажа.
Он реализует следующие возможности:
• поиск положений равновесия системы (однократный и многократный);
• линеаризация уравнений движения около положения равновесия;
• расчёт собственных частот и показ собственных форм колебаний;
• построение корневых годографов;
• для ж.-д. задач: расчёт критической скорости ж.-д. экипажа.
Положения равновесия механической системы очевидны лишь для простейших систем, например груза на пружинке. Уравнения же равновесия сложных систем являются нелинейными, и их необходимо решать численно. При этом их решение неоднозначно, и возможны несколько положений равновесия, одни из которых могут быть устойчивыми, а другие – неустойчивыми. Кроме того, некоторые положения равновесия могут быть нежелательными для исследователя. В общем случае невозможно определить автоматически, является ли данное положение равновесия желаемым. Пользователь UM имеет возможность «подвести» систему к нужному положению равновесия, варьируя или запрещая изменение отдельных координат системы. Имеется возможность провести многократное определение положения равновесия системы при изменении любого параметра системы, заданного идентификатором. В результате можно построить зависимость координат объекта в положении равновесия от этого параметра.
UM может автоматически линеаризовать уравнения движения около любого найденного положения равновесия. При этом вычисляются матрицы масс, жёсткости и диссипации линеаризованной системы, используемые в дальнейшем анализе. Кроме того, эти матрицы сами по себе могут заинтересовать пользователя для экспорта во внешние программные комплексы.
UM способен исследовать малое движение системы около положения равновесия. При этом рассчитываются собственные частоты колебаний и соответствующие им собственные векторы, необходимые для анимации форм колебаний. Анализ частот колебаний поможет определить, устойчиво или неустойчиво данное положение равновесия: в последнем случае значения некоторых частот будут выражаться мнимыми числами. Расчёт частот и форм возможен в двух видах: без учёта всех сил сопротивления (свободные колебания) и с учётом таких сил (колебания с сопротивлением).
Ниже представлены анимации первых шести собственных форм колебаний модели вагона метро:
![]() |
![]() |
![]() |
|---|---|---|
| Первая | Вторая | Третья |
![]() |
![]() |
![]() |
| Четвертая | Пятая | Шестая |
Корневой годограф также помогает исследователю в визуальном определении степени устойчивости механической системы и степени её
задемпфированности. Он представляет собой след (траекторию) собственных значений системы на комплексной плоскости при изменении любого параметра.
Эта функция модуля линейного анализа доступна только в поставке UM вместе с модулем моделирования железнодорожных экипажей. Как известно, движение
всех таких экипажей становится неустойчивым, если скорость движения превышает некоторую критическую. Для её определения уравнения движения линеаризуются,
причём в число активных внешних сил включаются силы, специфичные для железнодорожных экипажей – силы взаимодействия колёс с рельсами (силы крипа).











