сотрудник с 01.01.2020 по настоящее время
Ижевск, Удмуртская республика, Россия
сотрудник с 01.01.2010 по настоящее время
Ижевск, Удмуртская республика, Россия
УДК 519.63 Численные методы решения дифференциальных уравнений с частными производными
УДК 532.5 Движение жидкостей. Гидродинамика
УДК 629.4 Тяга поездов на железных дорогах. Подвижной состав. Локомотивы. Вагоны. Служба подвижного состава
ББК 392 Железнодорожный транспорт
Разработана вычислительная методика прогнозирования динамических характеристик гидропневматических рессор железнодорожных транспортных средств, основанная на сопряженном решении уравнений гидродинамики и термодинамики. В отличие от традиционных нульмерных гидравлических моделей, предложенный подход учитывает вязкость, инерционность и сжимаемость рабочей жидкости, что позволяет устранить характерное для упрощенных методик завышение времени затухания переходных процессов и пиковых давлений. Математическая модель включает двумерные осесимметричные нестационарные уравнения Навье–Стокса для вязкой несжимаемой жидкости, уравнение движения поршня под взаимодействием внешней нагрузки и противодавления в рабочей камере, а также нульмерную термодинамическую модель газовой полости (в рассмотрении политропного процесса), являющейся упругим элементом подвешивания. Численная реализация выполнена методом конечных объемов с использованием PISO-алгоритма и динамического перестроения сетки для учета подвижной границы поршня. Научная новизна работы состоит в том, что впервые для задач динамики гидропневматических рессор железнодорожного подвижного состава реализовано полное сопряжение двумерной модели вязкой жидкости и термодинамической модели газа с обратной связью через расход рабочей жидкости в дросселле. Количественно подтверждено, что пренебрежение вязкостью и сжимаемостью в нульмерных моделях ведет к существенному завышению времени затухания колебаний (до порядка величины) и искажению амплитудных нагрузок. Разработанный подход может использоваться в качестве виртуального испытательного стенда при проектировании перспективных гидропневматических рессор для пассажирских вагонов и локомотивов, а также для уточнения ресурсных испытаний и создания цифровых двойников узлов рессорного подвешивания.
рессора, элемент, подвижной состав, математическое моделирование, гидродинамика, подвижная граница, демпфирование
1. Bauer W. Hydropneumatic Suspension Systems. Berlin, Heidelberg: Springer; 2021. 215 p.
2. Сарач Е.Б., Ципилев А.А. Исследование внутренней динамики гидропневматических устройств // Известия вузов. Машиностроение. 2017. № 2. С. 19–29.
3. Патент RU 2102640 C1, МПК F16F 5/00. Гидропневматическая рессора / [авторы]; заявитель и патентообладатель. № 95103458/28; заявл. 10.03.1995; опубл. 20.01.1998.
4. Патент US 3656632 A, МПК B61G 11/12. Hydropneumatic shock absorber / [авторы]; заявитель. опубл. 18.04.1972.
5. Raeder T., Tenenev V.A., Chernova A.A. Incorporation of Fluid Compressibility into the Calculation of the Stationary Mode of Operation of a Hydraulic Device at High Fluid Pressures // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. 2021. Vol. 17, No. 2. P. 195–209.
6. Nie W., He H., Sha L., Wang C., Du F. Computational Fluid Dynamics Simulation and Optimization of Hydropneumatic Spring Damper Valves for Heavy Vehicle Applications // Machines. 2023. Vol. 11, 680.
7. Morita R., Inada F., Mori M., Tezuka K., Tsujimoto Y. CFD Simulations and Experiments of Flow Fluctuations Around a Steam Control Valve // Journal of Fluids Engineering. 2007. Vol. 129, No. 1. P. 48–54.
8. ГОСТ 32204–2013. Гасители колебаний гидравлические тележек локомотивов и вагонов. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2014. 12 с.
9. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
10. Patankar S.V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. London: Hemisphere; 1980. 210 p.
11. Issa R.I. Solution of the Implicitly Discretised Fluid Flow Equations by Operator-Splitting // Journal of Computational Physics. 1986. Vol. 62, No. 1. P. 40–65.
12. Wanik A., Schnell U. Some Remarks on the PISO and SIMPLE Algorithms for Steady Turbulent Flow Problems // Computers and Fluids. 1989. Vol. 17, No. 4. P. 555–570.
13. Rhie C.M., Chow W.L. A Numerical Study of the Turbulent Flow Past an Isolated Airfoil with Trailing Edge Separation // AIAA Journal. 1983. Vol. 21. P. 1525–1532.
