Ниже представлены некоторые статьи, доклады, диссертации, которые могут быть интересны и полезны пользователям UM.
• статьи, тезисы докладов и презентации
• диссертации
• избранные презентации
• методические разработки

1. Погорелов Д.Ю. О численных методах моделирования движения систем твердых тел. Журнал вычислительной математики и математической физики., № 4, 501-506, 1995.

Рассмотрены алгоритмы численного решения дифференциально-алгебраических уравнений движения системы связанных твердых тел, основанные на модификациях многошаговых методов типа Адамса и численного дифференцирования назад (ч.д.н.)
Дополнительная информация...

2. Pogorelov D. Some developments in computational techniques in modeling advanced mechanical systems. D.H. van Campen (ed.). Interaction between Dynamics and Control in Advanced Mechanical Systems. Proc. IUTAM Symp. Eindhoven, 21-26 April 1996. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ, pp. 313-320, 1997.

Some methods and algorithms for optimal computer-aided modeling of multibody systems are considered. Special approaches to the computerized symbolic generation of motion equations are discussed. The described methods are realized in the program package Universal Mechanism (UM). Their application to modeling technical objects such as a six-legged walking mechanism and spatial cable systems are presented.
Дополнительная информация...

3. Pogorelov D. Differential-algebraic equations in multibody system modeling. Numerical algorithms, pp. 183-194, 1998.

Numerical methods for the efficient integration of both stiff and nonstiff equations of motion of multibody systems having the form of differential-algebraic equations (DAE) of index 3 are discussed. Linear multi-step ABM and BDF methods are considered for the non-iterational integration of nonstiff DAE. The Park method is proposed for integration of stiff equations.

4. Pogorelov D.Y. On numerical methods of modelling large multibody systems. Mechanism and machine theory 34, pp. 791-800, 1999.

Subsystem technique consisting in a preliminary division of a large multibody system (MBS) into several parts is discussed. The method allows a considerable reduction of efforts on all stages of MBS modeling: description of a system, computer-aided generation of the equations and their integration. Synthesis of the equations of motion including differential and algebraic parts is studied. Numerical methods for efficient integration of the resulting equations are considered.

5. Pogorelov D. Multibody System Approach in Simulation of Underwater Cable Dynamics. Programme and Abstracts. EUROMECH 398, Colloquium on Fluid-Structure Interaction in Ocean Engineering, Technical University Hamburg-Harburg, Hamburg, Germany, October 11-14, 1999.

Dynamics of a flexible underwater cable can be successfully simulated using its representation by a chain of rigid bodies connected by hinges with 1,2 or 3 d.o.f. [1]. The hinges with one d.o.f. are used in the case of a plane cable motion, while the hinges with two and three d.o.f. allow to analyze the spatial cable dynamics taking into account bending and torsion (3 d.o.f.) stiffness. Large cable displacements during the motion make the multibody model of the cable more efficient compared with finite element models. Here numeric methods for generation of nonlinear equations of motion and their integration as well as some simulation results for an underwater robot equipped with a supply flexible cable are discussed.

6. Pogorelov D. On Calculation of Jacobian Matrices in Simulation of Multibody Systems. In Werner Schiehlen and Michael Valasek (eds.) Preprints of the NATO Advanced Study Institute on Virtual Nonlinear Multibody Systems, Czech Technical University in Prague, Prague, 2002, pp. 159-164

Integration of stiff equations of motion of multibody systems using implicit numerical methods, calculation of equilibrium positions, linearization of equations, constructing optimal controls and some other important tasks require computations of a Jacobian matrix. Its evaluation by finite differences is about 13 times more expensive than that for the mass matrix of the system. Some algorithms aimed to decreasing the corresponding computational efforts are discussed in the paper. They could improve considerably the efficiency of numerical analysis of large multibody systems.

7. Dmitrotchenko O.N. Efficient Simulation of Rigid-Flexible Multibody Dynamics: Some Implementations and Results. In Werner Schiehlen and Michael Valasek (eds.) Preprints of the NATO Advanced Study Institute on Virtual Nonlinear Multibody Systems, Czech Technical University in Prague, Prague, 2002, pp. 51-56

Known and modified simulation methods, such as composite and articulated ones, as well as different finite-element discretization methods are presented. Effectiveness of simulation of a large system can be estimated for a n-body chain. So, a direct method of implementation of the equations of motion is cubic in n. That is the computational effort is O(n3) for the mass matrix and O(n2) for the vector of generalized forces. The composite body method known for rigid multibody systems allows decreasing the effort to a quadratic one: down to O(n2) and O(n) for the matrices above. An application of the articulated body method for a rigid-flexible multibody system is considered. The method is linear in n for a n-body chain because it does not deal with a global mass matrix at all, but uses a recurrent two-step procedure instead in order to eliminate reaction forces from the equations of motion of separate bodies. Several examples of n-body pendulums (with various number of DOF per joint) were simulated using the Universal Mechanism (UM) software. The results show that the direct method is the fastest up to 10-15 rotational DOF in a chain, the composite method wins for 15 to 30 DOF, and further the articulated method is the best one. For flexible multibody systems, several approaches are discussed in the paper: finite rigid segment method, floating reference frame formulation as well as absolute nodal coordinate formulation. Several examples are shown in the presentation: cantilever beam subjected to large bending, motion of a flexible ellipsograph with a rigid pendulum, conveyor with hanging belt.

8. Kovalev R. Optimizing Multibody Systems: Some Implementations and Results. In Werner Schiehlen and Michael Valasek (eds.) Preprints of the NATO Advanced Study Institute on Virtual Nonlinear Multibody Systems, Czech Technical University in Prague, Prague, 2002, pp. 107-112

Optimization of multibody systems is presented as a multicriteria optimization problem. The problem of forming goal function is still open due to wide variety of conflicting criteria, which as a rule has to be reduced to a scalar function. Implementation of an approach for optimizing dynamic systems based on the analytic hierarchy process for getting the scalar goal function is considered. The developed approach is implemented in program package for simulation of multibody system dynamics.

9. Yazykov V.N. Some Results of Wheel-Rail Contact Modelling. In Werner Schiehlen and Michael Valasek (eds.) Preprints of the NATO Advanced Study Institute on Virtual Nonlinear Multibody Systems, Czech Technical University in Prague, Prague, 2002, pp. 236-241

Research of railway vehicle dynamics by means of mathematical models is the necessary stage for providing the vehicles with improved characteristics. Many problems such as dynamic stability, computation of wheel wear and others can be successfully solved by using a computer-aided multibody model of the vehicle. Significant part of the model is the description of forces at contact between wheel and rail. Computation of these forces is one of the most CPU time-consuming operations during the simulation process. Mathematical models of the contact forces often lead to stiff equations of motion because of high contact stiffness. In this paper an approximate non-stiff method for computing the non-elliptical contact problem and some results of its implementation are presented.

10. R. Kovalev, V. N. Yazykov, G. S. Mikhalchenko and D. Yu. Pogorelov Railway Vehicle Dynamics: Some Aspects of Wheel-Rail Contact Modeling and Optimization of Running Gears. Mechanics Based Design of Structures and Machnines. Vol. 31, Number 3, 2003, pp. 315-334

A significant part of a computer-aided model of a railway vehicle is the description of forces at contact between wheel and rail. Computation of these forces is one of the most time-consuming CPU operations during the simulation process. Mathematical models of the contact forces often lead to stiff equations of motion because of high contact stiffness. In this article, an approximate, nonstiff method for computing the nonelliptical contact problem and some results of its implementation are presented. Optimization of multibody systems is presented as a multicriteria optimization problem. The problem of forming objective function is still open due to wide variety of conflicting criteria, which have to be reduced to a scalar function. Implementation of an approach for optimizing dynamic systems based on the analytic hierarchy process for getting the scalar objective function is presented. The application of the developed approach to railway vehicle dynamics is considered.
Дополнительная информация...

11. Михальченко Г.С., Погорелов Д.Ю., Симонов В.А. Совершенствование динамических качеств подвижного состава железных дорог средствами компьютерного моделирования. Тяжелое машиностроение, 12, 2003, С. 2-6.

Разработка конструкций нового подколения рельсового подвижного состава с улучшенными технико-экономическими показателями является актуальной задачей транспортного машиностроения, призванной решать проблему замены устареващего парка машин в условиях роста национального валового продукта России и постепенно повышающегос грузовотока. Важными проблемами, которые приходятся решать при этом, являются обеспечение безопасности движения рельсовых экипажей и совершенствование их ходовых качеств. Такого рода работа на сегодняшнем этапе невыполнима без широкого использования компьютерных технологий...
Дополнительная информация...

12. 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. Брянск, 1997

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. Исследование проведено на примере кабеля питания жесткого диска. Корректность расчетной модели проверена с использованием экспериментальной модели.
Полный текст статьи (pdf, 263 кб, рус. яз.)

13. Д.Ю. Погорелов, А.Э. Павлюков, Т.А. Юдакова, С.В. Котов. 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.

Рассмотрена математическая модель контактного взаимодействия с трением абсолютно твердых тел в задачах компьютерного исследования динамики систем тел. В основу взаимодействий положена модель контакта типа точка-плоскость. Обсуждаются проблемы оптимизации процесса численного решения жестких дифференциальных уравнений при наличии контакта. В качестве примера использования разработанных подходов приведены методики моделирования клиновых гасителей тележек грузовых вагонов, а также сравнение результатов численного исследования с натурными экспериментами.
Полный текст статьи (pdf, 481 Кб, рус. яз.)

14. Ковалев Р.В., Котов С.В., Симонов В.А., Погорелов Д.Ю. Влияние параметров буксовых адаптеров для тележки типа 18-100 на показатели износа бандажей колесных пар и устойчивость движения грузовых вагонов. Вестник БГТУ. №1 (1). Брянск, 2004. С. 147-155.

При помощи методов компьютерного моделирования исследовано влияние жесткостных параметров буксовых адаптеров для тележки 18-100 на показатели износа бандажей колесных пар в кривых участках пути и устойчивости движения в прямых. Рассмотрены способы оценки износа и устойчивости и предложены оптимальные значения этих параметров.
Полный текст статьи (pdf, 351 Кб, рус. яз.)

15. Погорелов Д.Ю., Языков В.Н. Модификация алгоритма FastSim решения задачи контакта колеса и рельса. Вестник БГТУ. №2 (2). Брянск, 2004. С. 103-109.

В статье описано аналитическое решение касательной контактной задачи для полосы пятна контакта колеса и рельса в постановке упрощенной теории Калкера. Результаты и эффективность метода сравнены с алгоритмом FastSim.
Полный текст статьи (pdf, 260 Кб, рус. яз.)

16. Бидуля А.Л., Агапов Д.Г., Погорелов Д.Ю. Компьютерное моделирование железнодорожного балласта в плоской твердотельной постановке

В работе предложены алгоритмы представления балласта системой абсолютно твердых тел, находящихся в вязко-упругом контактном взаимодействии. Разработаны эффективные методы расчета контакта и численного интегрирования уравнений движения. Алгоритмы реализованы в программном комплексе “Универсальный механизм”.
Полный текст статьи (pdf, 345 кб, рус. яз.)

17. Pogorelov D.Yu. On Approximate Jacobian Matrices in Simulation of Stiff Multibody Systems. XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM), Warsaw, Poland, August 15-21, 2004.

Simulation of stiff multibody systems requires Jacobian matrices (JM) of equations of motion. Evaluation of the JM by finite differences is a very CPU time-consuming operation. Use of approximate JM taking into account stiff forces reduces considerably the computational efforts. Analytic expressions for the corresponding matrices are obtained. Block-diagonal approximations of the JM are introduced to apply implicit solvers to the scheme of the articulated body algorithm as well as to simulate system of thousands of bodies undergoing contact interactions. Models of a fright coach and a ballast system illustrate implementation of the developed approaches.
Статья на сайте ICTAM'а (англ. яз.)

18. Dmitrochenko O.N., Pogorelov D.Yu., Su-Jin Park, Wan-Suk Yoo. Simulation of Con-strained Rigid and Elastic Bodies Without Constraint Equations. XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM), Warsaw, Poland, August 15-21, 2004.

Equations of motion of connected rigid and elastic bodies usually contain an algebraic part for constraint equations (DAE). Although methods of reliable solving DAE are well known, it is worth to avoid them if possible. A rigid body is usually modeled by Newton-Euler equations using any triplet of orientation angles. We consider large displacement finite-element (FE) approaches for simulation of elastic bodies. In the large rotation vector formulation, which uses rotation angles, the generalized coordinates for both rigid and elastic bodies are compatible and we can apply the assembling procedure to obtain ordinary differential equations instead of DAE. The recently introduced absolute nodal coordinate formulation (ANCF) uses finite slopes instead of rotation angles. When a rigid body is attached to ANCF FE without restrictions for relative orientation (revolute joint in 2D, spherical joint in 3D) we still can directly use the assembling procedure. If there are such restrictions we develop new rigid-body elements that employ ANCF nodal slopes as generalized coordinates. These elements can be easily assembled with elastic ones.
Статья на сайте ICTAM'а (англ. яз.)

19. Agapov D.G., Pogorelov D.Yu., Bidulya A. Simulation of Track Ballast. XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM), Warsaw, Poland, August 15-21, 2004.

Railway ballast simulation algorithms are presented in the paper. The ballast is a system of planar rigid bodies with both convex and non-convex shapes. Contacts of interacting bodies are computed as force elements, which consist of a viscous-elastic normal part and a dry friction tangential part with sliding and sticking modes. Collision detection consists of two levels: neighbor and far ones. The far collision level detects contacts of polygon hulls by the linked linear list method. The neighbor collision level is an approach for detecting polygon penetrations by the sensitivity cell method. Simplified Jacobian matrices are used to accelerate the integration of stiff equations of motion. The ballast model can include up to some thousands of bodies and allows simulating processes of the ballast laying, compaction and so on. Some simulation results are presented.
Статья на сайте ICTAM'а (англ. яз.)

20. Yazykov V.N., Pogorelov D.Yu., Mikhalchenko G.S. Railway Vehicle Simulation Using Non-Elliptical Wheel-Rail Contact Model. XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM), Warsaw, Poland, August 15-21, 2004.

An approximate model of wheel-rail contact, which does not lead to stiff equations of motion and can be used for non-elliptical contact area, is considered. The elastic Winkler foundation model is employed to find the contact patch configuration and the distribution of the normal pressure. The foundation modulus is determined with the help of the half space method. The FASTSIM algorithm, which was adapted for non-elliptical contact area, is applied for solving the tangential contact problem. An analytical solution of the tangential problem for a slice of the contact patch in the formulation of Kalker's simplified theory is used in the model. Results of contact problem solution and wheel wear prediction for a locomotive equipped with radial steering bogies using an algorithm based on the model are given.
Статья на сайте ICTAM'а (англ. яз.)

21. В.В. Кобищанов, А.А. Азарченков, А.А. Юхневский. Прогнозирование динамической нагруженности пассажирских вагонов при продольных соударениях. Тяжелое машиностроение, №12, 2005.

Проведенные исследования подтверждают возможность прогнозирования динамической нагруженности пассажирских вагонов при продольных соударениях на основе моделирования. Это позволит снизить уровень затрат, связанных с испытаниями пассажирских вагонов, производить оценку параметров и технических рений ударно-тяговых устройств на этапе проектирования и анализировать уровень безопасности при пассажирских перевозках.
Дополнительная информация...

22. Д.Ю.Погорелов, В.Ю.Каширский. Новый продукт АСКОН. Кинематический и динамический анализ моделей КОМПАС-3D. САПР и графика, №8, 2006.

Не секрет, что исследование динамики и кинематики многих изделий, таких как машины и механизмы, транспортные средства, роботы, космические аппараты сложной конфигурации, является необходимым и одним из наиболее важных этапов проектирования. Анализ поведения механизмов уже на стадии проектирования существенно сокращает затраты и время при последующих натурных испытаниях.
В настоящее время на рынке САПР данное направление представлено довольно большим числом универсальных программ. Все программы такого типа автоматизируют процесс формирования уравнений движения конкретной механической системы на основе описания инерционных, геометрических, кинематических параметров, моделей силовых взаимодействий, выбранных или заданных пользователем. Для дальнейшего исследования динамики объекта используются численные методы анализа уравнений движения...
Полный текст статьи (pdf, 457 Кб, рус. яз.)

23. С.М. Захаров, И.Г. Горячева, Д.Ю. Погорелов, В.Н. Языков, И.А. Жаров, Е.В. Торская, С.Н. Сошенков, Я.С. Прозоров. Оценка эволюции профилей колес железнодорожного экипажа на основе применения трибодинамической модели. Тяжелое машиностроение, №3, 2007.

На основе развития программного комплекса "Универсальный механизм" создана трибодинамическая модель, позволяющая решать широкий круг задач, связанных с определением эволюции профилей колес и рельсов вследствие изнашивания, прогнозированием ресурса колес железнодорожных экипажей по изнашиванию и контактно-усталостным повреждениям, с учетом обратной связи по влиянию изменения профилей на динамические характеристики железнодорожного экипажа и решением задачи устойчивости подвижного состава при различных сочетаниях изношенных профилей колес и рельсов.
Создана модель накопления контактно-усталостной поврежденности, которая использует данные определения вертикальных и горизонтальных сил, действующих в точках контакта, а также данные о пошаговой эволюции профиля колеса в процессе износа. Таким образом, имеется возможность изучать конкурирующие механизмы изнашивания и контактной усталости.
Сайт журнала "Тяжелое машиностроение"

24. Ковалев Р.В., Федяева Г.А., Федяев В.Н. Моделирование электромеханической системы тепловозов. Сборник трудов ДИИТа №14, Днепропетровск, ДИИТ, 2007. С. 123-127.

Рассмотрена компьютерная модель электромеханической системы магистрального тепловоза на базе совмещения программных комплексов MatLab и «Универсальный механизм».
Полный текст статьи (pdf, 0.3 Мб, рус. яз.)

25. Погорелов Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики технических систем с использованием программного комплекса "Универсальный механизм"

Рассмотрены методы и алгоритмы моделирования динамики технических систем путем представления их системой абсолютно твердых и деформируемых тел с использованием программного комплекса “Универсальный механизм”. Обсуждаются методы создания моделей, автоматического формирования уравнений движения, численные методы их решения, формы представления и обработки результатов. Методы иллюстрируются примерами моделирования железнодорожных экипажей, гусеничных машин, плоских и пространственных механизмов и так далее.
Полный текст статьи (pdf, 0.7 Мб, рус. яз.)

26. Ковалев Р.В., Даниленко Д.В. Введение в моделирование динамики механических систем. САПР и Графика, № 4, 2008. С. 26-31.

В отличие, например, от прочностных расчетов методом конечных элементов, которые давно вошли в обычную практику инженеров-исследователей, динамические расчеты с помощью специализированного программного обеспечения до сих пор в силу многих причин не стали непременным атрибутом инженерного анализа. Сложившееся положение дел усугубляется отсутствием специалистов, которым просто неоткуда взяться: в технических ВУЗах практически нет специализированных курсов, соответственно, на предприятиях нет сложившихся традиций и опыта использования подобного программного обеспечения. Самостоятельному изучению препятствует дефицит специализированных материалов, круг которых в настоящее время ограничен рамками руководств пользователя к соответствующему программному обеспечению. В настоящей статье обсуждаются предпосылки, основные принципы и понятия, связанные с компьютерным моделированием динамики механических систем, ее можно рассматривать как своего рода введение в предмет.
Полный текст статьи (pdf, 0.7 Мб, рус. яз.)

27. Федяева Г.А., Погорелов Д.Ю. Оценка динамических нагрузок тягового привода на электромеханических моделях перспективных тепловозов. Тяжелое машиностроение, №10, 2007. С. 30-35.

В статье рассмотрены особенности создания электромеханических моделей тепловозов, в том числе обсуждаются разработанные электромеханические модели грузовых магистральных тепловозов 2ТЭ25К и 2ТЭ25А. Адекватность рассмотренных моделей подтверждена удовлетворительным совпадением результатов расчета нестационарных режимов при буксовании всех осей с осциллограммами эксплуатационных испытаний, полученными ВНИКТИ МПС. Количественно расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 15%.
Сайт журнала "Тяжелое машиностроение"

28. Павловский В.Е., Шишканов Д.В. Исследование динамики и синтез управления колесными аппаратами с избыточной подвижностью. Институт прикладной математики имени М.В.Келдыша. Москва, 2006. 28 С.

Работа посвящена исследованию динамики модульных колесных аппаратов с высокой адаптацией, синтезу управления ими, анализу и улучшению качества управления. В работе получены уравнения движения колесных роботов с различными схемами расположения колес и геометрией корпуса. Проведено моделирование и исследование сложных движений четырехколесного робота. Построены и исследованы модели многоопорных колесно-шагающих роботов при движении по поверхности с препятствиями с помощью программного комплекса «Универсальный механизм».
Полный текст статьи (pdf, 1.2 Мб, рус. яз.)

29. Сладковский А.В., Погорелов Д.Ю. Исследование динамического взаимодействия в контакте колесо-рельс при наличии ползунов на колесной паре. Вісник Східноукраїнського національного університету, №5, 2008, С. 88-95.

В статье представлена методика расчета динамического взаимодействия в паре колесо – рельс при наличии ползунов. Проанализировано влияние характеристик подвижного состава, скорости его движения и параметров ползуна на величину контактных сил.
Полный текст статьи (pdf, 271 Кб, рус. яз.)

30. Лысиков Н.Н., Ковалев Р.В. Комплексные исследования механических характеристик элементов конструкций методом компьютерного моделирования. Тяжелое машиностроение, №1, 2009. С. 14-17.

Разработка новых и модернизация существующих образцов техники предполагает проведение комплексных оценок их характеристик в процессе проектирования, включающие анализ динамики, напряженно-деформированного состояния, нагруженности, усталостной прочности и пр. Одним из наиболее эффективных методов проведения подобных исследований является компьютерное моделирование. В настоящей статье рассмотрен подход к прогнозированию долговечности элементов механических систем с использованием современных средств компьютерного моделирования. Подход предполагает прогнозирование долговечности элементов конструкции машин на основании результатов моделирования их динамики с учетом реальных условий эксплуатации.
Сайт журнала "Тяжелое машиностроение"

31. Kovalev R., Lysikov N., Mikheev G., Pogorelov D., Simonov V., Yazykov V., Zakharov S., Zharov I., Goryacheva I., Soshenkov S., Torskaya E. Freight car models and their computer-aided dynamic analysis. Multibody System Dynamics, Volume 22, Number 4, 2009, pp. 399–423.

Computer models of freight cars with three-piece and Y25 bogies are considered and compared. Efficient numeric methods for simulation of vehicle models in the presence of frictional contacts are discussed. Some simulation results on derailment safety analysis and influence of track gauge value on freight-car dynamics are presented. Methods of stress loading and durability analysis based on computer simulation and some results are presented. A tribodynamic model of railway vehicle-track interaction and results of computation of wheel and rail profile wear are discussed.
Статья на сайте Springer Link

32. Dmitry Agapov, Roman Kovalev. Contact Simulation for Convex Polyhedrons in Materials of Multibody Dynamics 2009, 29th June - 2nd July 2009, Warsaw, Poland.

Contact interaction is a central problem in many virtual reality and physically based simulations. An approach for simulation of contact interaction between two arbitrary polyhedrons is presented in this paper. This approach treats nondeformable 3D objects with small overlaps at the contact. The presented approach consists of two parts: a collision detection for arbitrary polyhedrons and then a contact force calculation. Collision detection deals with generalized three-dimensional clipping algorithm by Cyrus and Beck. Contact force calculation is based on a point-plane model and computed as a sum of normal viscous-elastic and tangential dry friction forces. Several examples of application of this approach for simulation of multibody system dynamics are given.
Presentation (zip archive, 119 Mb)
Abstracts (pdf, 271 KB)

33. Dmitry Pogorelov, Vitaly Simonov, Roman Kovalev, Vladislav Yazykov, Nikolay Lysikov. Simulation of Freight Car Dynamics: Mathematical Models, Safety, Wear. 2nd International Conference on Recent Advances in Railway Engineering (ICRARE-2009), Iran university of science and Technology, Tehran, I.R. Iran, September 27-28, 2009.

Mathematical models of freight cars, numerical methods, simulation results and some related topics such as safety, durability, wear are considered in this paper.
Полный текст статьи (pdf, 836 Кб, англ. яз.)

34. Gennady Mikheev. Simulation of Railway Vehicles and Bridge Interaction in Materials of Multibody Dynamics 2009, 29th June - 2nd July 2009, Warsaw, Poland.

The present paper describes the CAE-based approach for analysis of dynamics and stress state of parts of mechanical systems. The approach is being implemented in Universal Mechanism (UM) software. Object of researches is considered as rigid-flexible multibody system. Dynamics of flexible bodies is simulated using data imported from finite element analysis (FEA) software. An application of the approach to the investigation of dynamics of a railway vehicle and a bridge is considered taking into account flexibility of the bridge.
Presentation (zip archive, 45 Mb)
Abstracts (pdf, 252 Kb)

35. В.Е.Павловский, В.В.Евграфов, В.В.Павловский, Н.В.Петровская. Динамика, моделирование, управление мобильными роботами. ИПМ им.М.В.Келдыша РАН, МГУ им.М.В.Ломоносова, Москва

Работа посвящена исследованию задач управления движением колесных роботов. Рассматриваются задачи синтеза траекторий, планирования и реализации движения мобильных роботов - одиночного двухколесного робота и робота, реализованного как змееподобная цепочка двухколесных объектов. Рассмотренные мобильные роботы с двумя независимо управляемыми соосными колесами и одним (возможно, несколькими) пассивным колесом. называются роботами "с дифференциальным приводом". Постановка этой задачи определена необходимостью построения динамически корректного и точного управления такими роботами. Рассматриваются динамические характеристики движения роботов, методы управления, вопросы реализации управления на аппаратном уровне, кратко описаны системы сенсорного обеспечения движения роботов. Работа посвящена исследованию динамики модульных колесных аппаратов с высокой адаптацией, синтезу управления ими, анализу и улучшению качества управления. В работе получены уравнения движения колесных роботов с различными схемами расположения колес и геометрией корпуса. Проведено моделирование и исследование сложных движений четырехколесного робота. Построены и исследованы модели многоопорных колесно-шагающих роботов при движении по поверхности с препятствиями с помощью программного комплекса «Универсальный механизм».
Полный текст статьи (pdf, 712 Кб, рус. яз.)

36. Ю. Ф. Голубев, Д. Ю. Погорелов, “Компьютерное моделирование шагающих роботов”, Фундамент. и прикл. матем., 4:2 (1998), 525–534.

Изучаются принципы компьютерного моделирования шагающих механизмов. Обсуждаются автоматический вывод уравнений движения в символьной форме, построение управления, взаимодействие механизма с опорной поверхностью. Представлены компьютерные модели шестиногого и двуногого механизмов и результаты их численного исследования.
Полный текст статьи (pdf, 332 Кб, рус. яз.)

37. Погорелов Д.Ю., Михеев Г.В., Ковалев Р.В., Агапов Д.Г. Моделирование динамики колесных и гусеничных роботов в реальном времени с использованием программного комплекса «Универсальный механизм» // Труды XXI Международной научно-технической конференции "Экстремальная робототехника 2010". - Санкт-Петербург: Изд-во "Политехника-сервис", 2010. - C. 180-186.

Рассматриваются основные алгоритмы и методы, используемые при моделировании динамики роботов в программном комплексе «Универсальный механизм». Обсуждаются алгоритмы расчета контактных сил, особенности эффективных численных методов решения систем дифференциально-алгебраических уравнений, особенности специальных приемов для повышения быстродействия. Рассматривается приложение разработанного математического аппарата и его программной реализации в рамках развития программного комплекса для тренировок операторов мобильных роботов – отработки навыков управления роботами при ликвидации аварийных ситуаций.
Презентация (zip archive, 45 Mb)
Полный текст статьи (pdf, 215 Кб)

38. Г.В. Михеев, Е.А. Круговова, Р.В. Ковалев. Взаимодействие железнодорожных экипажей и мостов: некоторые подходы и приложения // Труды международной научно-практической конференции "Мосты и тоннели". - ДИИТ, Днепропетровск, 27-28 мая 2010.

Рассмотрены подходы к моделированию взаимодействия железнодорожных экипажей и мостов, приведены расчетные схемы и обсуждаются результаты компьютерного моделирования.
Презентация (zip archive, 23 Mb)
Тезисы доклада (pdf, 70 Кб)

1. Дмитроченко О.Н. Эффективные методы численного моделирования динамики нелинейных систем абсолютно твердых и деформируемых тел. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 2003.

Работа Дмитроченко О.Н. посвящена разработке эффективных методов и алгоритмов моделирования динамики систем абсолютно твёрдых и деформируемых тел с учётом возможности их произвольного пространственного движения, геометрической нелинейности и большой размерности. Получил развитие формализм абсолютных узловых координат, сохраняющий постоянство основных членов уравнений движения деформируемых тел в геометрически нелинейной постановке. На основе этого обобщения построено новое семейство конечных элементов балок и пластин. Для системы связанных деформируемого и абсолютно твёрдого тел построены дифференциально-алгебраические уравнения движения в плоскости и пространстве с использованием абсолютных узловых координат. Предложен приём исключения алгебраической части из этих уравнений движения. Проведена проверка корректности и точности решений, полученных с использованием разработанных методов, с известными аналитическим и численными решениями, а также с результатами натурных экспериментов.
Диссертация (pdf, 2.9 Мб, рус. яз.)
Автореферат (pdf, 920 кб, рус. яз.)

2. Языков В.Н. Применение модели негерцевского контакта колеса с рельсом для оценки динамических качеств грузового тепловоза. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. БГТУ, Брянск, 2004.

Работа посвящена разработке эффективной математической модели контактного взаимодействия колеса с рельсом для определения динамических характеристик и показателей износа колес грузового тепловоза с механизмом радиальной установки колесных пар (РУКП) конструкции ФГУП ВНИКТИ МПС РФ.
В работе на основе упрощенной теории Калкера разработана математическая модель контактного взаимодействия колеса с рельсом, которая позволяет решать задачи, для которых характерен негерцевский (неэллиптический) контакт, и не приводит к жестким контактным силам. Предложен алгоритм решения задачи негерцевского контакта колесо – рельс, который может быть применен для задач расчета динамики и определения показателей износа колес железнодорожных экипажей.
Кроме того разработана математическая модель пространственных колебаний шестиосного грузового тепловоза, учитывающая основные особенности конструкции проектного экипажа: двухступенчатое рессорное подвешивание, упругую поперечную связь кузова с тележкой, наличие гидравлических гасителей, наклонных тяг для передачи продольных сил и механизма РУКП. Также дана качественная и количественная оценка влияния механизма РУКП и упруго-диссипативных параметров на динамические качества и показатели износа колес исследуемого локомотива для двух типов профилей колес: стандартного конического и ДМетИ.
Автореферат (pdf, 365 Кб, рус. яз.)

3. Галичев А.Г. Влияние триботехнического состояния колес и рельсов на динамику движения грузового тепловоза в режимах выбега и тяги. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. БГТУ, Брянск, 2002.

Одна из основных проблем современного локомотивостроения – обеспечение высоких тяговых и динамических характеристик локомотивов, которые в основном определяются конструкцией экипажной части и триботехническим состоянием системы колесо – рельс.
В последние десятилетия с целью уменьшения силового взаимодействия и износа гребней колёс и рельсов в кривых велась целенаправленная и системная работа по внедрению новых профилей колёс и технологий смазывания гребней и рельсов. Это значительно снизило остроту проблемы выхода из эксплуатации рельсов и бандажей локомотивных колёс из-за повышенного износа. В то же время увеличилась контактно-усталостная повреждаемость колёс и рельсов.
Автореферат (pdf, 590 Кб, рус. яз.)

4. Ковалев Р.В. Разработка и реализация эффективных методик компьютерного исследования динамики и оптимизации параметров ходовых частей железнодорожных экипажей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. БГТУ, Брянск, 2004.

Целью работы является разработка и программная реализация эффективной методики анализа и оптимизации динамических характеристик железнодорожных экипажей. Рассмотрены следующие задачи: анализ существующих критериев оценки динамических качеств, с целью упорядочения их структуры и дополнения с точки зрения компьютерного моделирования динамики железнодорожных экипажей и разработка методики параметрической оптимизации железнодорожных экипажей в рамках классических подходов нелинейного программирования и многокритериальной оптимизации.
В работе рассмотрены примеры решения прикладных задач оптимизации параметров ходовых частей железнодорожных экипажей: оптимизации геометрических параметров механизма радиальной установки колесных пар для перспективного локомотива, оптимизация жесткостных параметров буксовой ступени подвески в рамках модернизации тележки 18-100, выбор рационального колесного профиля для грузовых вагонов.
Диссертация (pdf, 1.7 Мб, рус. яз.)

5. Михеев Г.В. Компьютерное моделирование динамики систем абсолютно твердых и упругих тел, подверженных малым деформациям. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. БГТУ, Брянск, 2004.

Целью работы является разработка и программная реализация на базе програмного комплекса УМ методики построения и анализа математических моделей гибридных механических систем и оценка эффективности их применения для исследований динамики конструкций.
Диссертация (pdf, 2.2 Мб, рус. яз.)

6. Азарченков А.А. Разработка методики оценки аварийной нагруженности пассажирских вагонов при продольных соударениях. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. БГТУ, Брянск, 2005.

Исследования проводятся с использованием современных методов математического моделирования, теоретической механики.
Оценка нагруженности пассажирских вагонов осуществляется в несколько этапов. На первом этапе строятся пространственные расчетные схемы ходовых частей, автосцепных, буферных и других устройств пассажирских вагонов. На следующем этапе осуществляется моделирование продольных соударений, соответствующих нормативным испытаниям, и верификация полученных результатов. Последний этап ориентирован на анализ нагруженности кузова пассажирского вагона в составе поезда в различных аварийных ситуациях, имеющих место в эксплуатации.
Автореферат (pdf, 508 Кб, рус. яз.)

7. Шишканов Д.В. Исследование движения адаптивных модульных колесных аппаратов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, Москва, 2006.

Диссертация посвящена исследованию динамических свойств движения сложного колесного аппарата с изменяемой геометрией корпуса. Строится модель такого аппарата, характеризуемая 12-ю обобщенными координатами. Полученные уравнения далее модифицируются для описания колесных аппаратов, полученных путем наложения ограничений на некоторые степени свободы. В работе синтезируется управление четырехколесным роботом, для чего исследуется движение робота, названное «Вальс», аналитически решена обратная задача и построена и исследована численная компьютерная модель такого модульного колесного аппарата с использованием программного комплекса «Универсальный механизм». Этот программный пакет используется в работе также для исследования движения адаптивного колесно-шагающего аппарата по поверхности с препятствиями с анализом синтезированных управлений.
Диссертация (doc, 1.4 Мб, рус. яз.)

8. Федяев В.Н. Влияние электрической и механической подсистем магистрального тепловоза на реализацию предельных тяговых усилий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. БГТУ, Брянск, 2006.

Для решения сформулированных в работе задач использованы современные методы математического моделирования. Электрическая (силовая и управляющая) подсистема тягового привода тепловоза моделируется в ПК MatLab с применением топологического метода анализа электрических цепей, положений теории электрических машин, теории электропривода, теории электрической тяги и теории автоматического управления. Механическая часть тепловоза моделируется в ПК UM на основе системы связанных твердых тел. Для получения единой электро-механической модели тепловоза модели MatLab интегрируются в модели ПК УМ с помощью специального программного модуля, разработанного на кафедре «Прикладная механика» Брянского государственного технического университета (БГТУ). Достоверность результатов моделирования подтверждена сравнением их с результатами экспериментальных исследований, полученных Всероссийским научно-исследовательским и конструкторско-технологическим институтом подвижного состава (ВНИКТИ МПС).
Автореферат (pdf, 280 Кб, рус. яз.)

9. Колпахчьян П.Г. Методология комплексного моделирования и способы управления асинхронным тяговым приводом магистральных электровозов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. ЮРГТУ, Новочеркасск, 2006.

Работа посвящена развитию методологии комплексного моделирования и совершенствование способов и систем регулирования АТЭП для улучшения тягово-энергетических свойств магистральных электровозов. В работе, в том числе, была разработана математическая модель механической части электровоза позволяющая проводить анализ процессов при трогании с места. Высокая степень взаимосвязи и взаимного влияния процессов в механической и электрической частях АТЭП требует учитывать процессы в механической части электровоза при создании системы преобразования электроэнергии и системы управления. Факторами, оказывающими существенное влияние на работу ТЭП, являются перераспределение давлений колесных пар (КП) на рельсы в динамических режимах, появление разницы в нагрузке колес КП при езде в кривых, колебания частоты вращения роторов АТД, касание колесом боковой поверхности рельса и т.д.
Автореферат (pdf, 1 Мб, рус. яз.)

10. Евграфов В.В. Динамика и управление движением колесных роботов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 2008.

В работе проводится аналитическое и численное исследование динамики и схем управления движением колесных роботов. Рассматриваются модели с двумя независимо управляемыми колесами и четырехколесные аппараты. Выбор данного направления работы связан с прикладными задачами исследования колесных роботов, цель которых - создание современных интеллектуальных систем, робототизированных мобильных платформ. В работе строится схема управления роботом с двумя независимо управляемыми соосными колесами ("дифференциальным" приводом), обеспечивающая его гладкие динамические движения.
Автореферат (pdf, 565 Кб, рус. яз.)

1. Моделирование механических систем в программном комплексе "Универсальный механизм"

Данная презентация является своего рода введением в программный комплекс "Универсальный механизм". В презентации рассмотрены вопросы использования UM для моделирования механических систем, особенности програмного комплекса и его основных модулей. Презентация дает обзор класса решаемых с помощью UM задач, знакомит с основными инструментами описания и анализа динамики моделей. Множество анимаций наглядно показывают возможности программного комплекса.
Презентация PowerPoint (zip архив, 79 Мб, рус. яз.)

2. Моделирование динамики железнодорожных экипажей в программном комплексе "Универсальный механизм"

В презентации описывается модуль моделирования динамики железнодорожных экипажей UM Loco. Рассматриваются созданные с его помощью модели экипажей (тепловозы ТЭП80, ТЭ116, ТА35, ТЭМ21, электровоз ВЛ80, дизель-поезд, вагон метро, трамвай, грузовой вагон и др.), модели сил крипа, модуль создания гибридных динамических моделей, модули линейного анализа, оптимизации и многовариантных расчетов и их применение к решению задач железнодорожного транспорта, инструменты создания неровностей пути и профилей колес и рельсов.
Презентация PowerPoint с анимациями(zip архив, 88 Мб, рус. яз.)
Презентация PDF без анимаций (pdf файл, 4 Мб, рус. яз.)

3. Погорелов Д.Ю. Методы компьютерного моделирования систем тел с большим числом степеней свободы. Выступление на семинаре Института космических исследований РАН "Механика, Управление и Информатика", 2001.

Рассмотрены вопросы компьютерного моделирования систем твердых и деформируемых тел, число степеней свободы которых может достигать нескольких сотен и даже тысяч. В основу моделирования систем такого уровня сложности положен метод подсистем: объект представляется деревом включенных и внешних подсистем, каждая из которых является системой тел и, в свою очередь - деревом подсистем. Взаимодействие подсистем осуществляется посредством внешних связей и силовых элементов.
Тезисы доклада целиком
Доклад в виде презентации PowerPoint
Фотографии
Доклад в RealAudio

4. Pogorelov D. Numeric Algorithms for Computer-Aided Simulation of Multibody Systems. Formulations and Implementations. Lecture at the Pusan National University, South Korea, 2002.

Рассмотрен широкий круг вопросов, касающихся моделирования динамики механических систем: анализ структуры механических систем и особенности моделирования систем с замкнутыми кинематическими цепями; метод подсистем; алгоритмы синтеза уравнений движения и численные методы решения систем дифференциально-алгебраических уравнений; использование матриц Якоби для решения "жестких" уравнений; применение UM в учебном процессе, научных и прикладных исследованиях. Также обсуждаются особенности моделирования динамики железнодорожных экипажей, гибридных систем тел и систем с длинными кинематическими цепями.
Доклад в виде презентации PowerPoint (zip архив, 43.3 Мб, англ. яз.)

1. Поляков К.А. Моделирование кривошипно-ползунного механизма в программном комплексе "Универсальный механизм". Учебное пособие. Самарский государственный университет. 2008.

В данном пособии рассматриваются общие правила работы с программой UM на примере создания виртуальной модели кривошипно-ползунного механизма с последующим кинематическим и динамическим анализом.
Учебное пособие (pdf файл, 0.8 Мб, рус. яз.)