Цел

Цели и хипотези

Стратегическата цел на проекта обхваща реализирането на научни изследвания с крайна цел подобряване на акустичните емисии от подвижния ж.п. състав. Особено внимание е отделено на подходи и методи за ефективно използване на виртуалното инженерство, при ускорено развитие на иновативни решения при проектиране на компоненти на железопътната техника, както и  технологичен трансфер към индустрията в България. В дългосрочен план това ще подобри достъпа до нови знания и технологии като допринесе за повишаване устойчивостта и конкурентоспособността на българската икономика.

Научно-изследователските цели и задачи на проекта, чрез които  ще бъде постигната стратегическата цел включват:

  1. Създаване на надежден подход за оценка на акустичните параметри на подвижен ж.п. състав чрез методи за виртуално валидиране:

Реализирането на тази цел е свързана с изпълнението на следните задачи:

  1. Анализ на технологиите за виртуалното прототипиране – цели се определяне на приложимостта им спрямо изследвания обект – компоненти на подвижния ж.п. състав. Изследването ще бъде насочено към възможностите за представяне на въздействията в тримерен вид, при отчитане на всички особености, свързани с пресъздаване на контакта „колело-релсов път“;
  2. Развиване на подход за определяне на акустичните параметри на подвижен ж.п. състав – основна задача, пряко свързана с поставената цел пред проекта. Включва избор на хипотеза, съставяне на теоретичен модел, определяне на входните параметри, избор на инструмент за виртуално валидиране (на база резултатите от предходната задача), съставяне на изчислителен модел;
  3. Експериментални изследвания за определяне на акустичните емисии:

Реализирането на тази цел е свързана с изпълнението на следните задачи:

  1. Анализ на съществуващи практики при измервания. Избор на процедура за измерване – тази задача е свързана с анализ на процедурите, използвани при измервания на подвижен ж.п. състав (при сертифициране). Целта е да се подбере конкретна процедура, която да позволи оценка на дела на подвижния състав и на железопътната инфраструктура;
  2. Експериментални изследвания. Измервания на шум – тази задача цели постигането на резултати с две основни насоки на по-нататъшно приложение:
  3. резултати за валидиране на развития в предходните задачи подход – предвижда се част от измерванията да бъдат реализирани върху избраните за апробация конструкции на компоненти от подвижния ж.п. състав;
  4. резултати от измервания на параметрите при различни конструкции железопътна инфраструктура и подвижен състав – подходящи изследвания за оценка на дела на подвижния ж.п. състав в общиата акустична емисия.
  5. Апробиране на подхода за оценка на акустичните параметри на подвижен ж.п. състав – съществена стъпка от утвърждаването на постигнатите научноизследователски въпроси е апробиране на изградения подход и методиката. Предвижда се това да стане чрез изследване на конструкции на компоненти на подвижния ж.п. състав чрез технологиите на виртуалното прототипиране.
  6. Развиване на иновативна методика за начална оценка на акустични параметри:

Реализирането на тази цел е свързана с изпълнението на следните задачи:

  1. Виртуално прототипиране на изделие за определяне на акустичните му параметри – началните стъпки от тази задача включват изграждане на нов теоретичен модел на примера на ж.п. колело. Този модел ще бъде изцяло съобразен с инструментариума и подходите на виртуалното инженерство. Необходимо е да се оценят спецификите на отделните случаи, което ще намери отражение и в избора на контролни точки, работни параметри и други. Развития теоретичен модел служи за основа на изграждане на виртуален прототип. Крайния резултат за моделираното ж.п. колело ще бъде съпоставен с модел и резултати от виртуално прототипиране на цялата система „повдижен ж.п. състав – релсов път“;
  2. Експериментални изследвания на физически прототип – резултатите от предходната задача (получени чрез виртуално прототипиране) ще бъдат проверени чрез експериментални изследвания. Това изисква съставяне на методика и изграждане на стенд за провеждане на измервания на акустични параметри на изследваното примерно изделие (ж.п. колело);
  3. Апробиране на развитита методика – развитата нова методика ще бъде апробирана като се извършат съответни измервания. Ще бъде използван физически прототип на нов продукт, доставен от производител на ж.п. колела. Крайния резултат се очаква да бъде апробиран и утвърден виртуален прототип, и конкретно отчитащ специфичните случаи на натоварване на компонентите на подвижния ж.п. състав при определяне на шумовите емисии.

Изпълнението на поставените цели и задачи е основано на надграждане на съществуващи хипотези. Подхода за оценка на акустичните параметри изхожда от съществуваща хипотеза, използвана в модела за прогнозиране, използван в компютърна програма TWINS (Track-Wheel Interaction Noise Software). Този модел е основан на десетилетия научни изследвания и е сертифициран за използване от Европейската норма в областта EN 13979-1:2003+A1:2009. Този модел за прогнозиране е използван и при изпълнението на финансирания от ЕС проект No. FP7 – 284877 ACOUTRAIN „Virtual certification of acoustic performance for freight and passenger trains“. Конкретния проект предвижда надграждане на последните достижения, чрез използване на съвременни 3D конвенционални инструменти – този подход ще има пряко отражение както върху развитието на индустрията в отрасъла (чрез ускоряване на иновациите), така и към постигане на целите, заложени в националната стратегия за развитие на ж.п. транспорта.Хипотезите, използвани при провеждане на експерименталните изследвания, са познати такива, отличаващи се със спецификата на своето приложение. Частично, те са описани в редица стандарти, като изисквания. Естеството на необходимите измервания (специфични случаи на натоварване и оценка на дела на компонентите на системата) налагат иновативни решения на самата методология на работа, която следва да бъде съобразена с нуждите на ползваните теоретични модели. Това е включено като част от дейностите по проекта.

Подходи за постигане на изследователските цели, включително и интердисциплинарност на проектното предложение

Научноизследователските цели, стоящи пред проекта, представляват съчетание от две основни технологии – иновативно виртуално прототипиране и физическо прототипиране, експериментални изследвания и валидиране. Тяхното интегрирано приложение, за изпълнението на задачите по първите две цели, завършва в съвместяването им (при изпълнението на третата цел на проекта), като по този начин се получава интердиспциплинарност между информационните и комуникационни технологии и методите на експерименталната метрология.

За постигане на тези цели е необходимо специалистите, участващи в проекта, да притежават знания и умения в следните области:

  • 3-D моделиране, изграждане на изчислителни модели за изследване на виртуални обекти и системи, с акцент на железопътният подвижен състав;
  • симулация на поведението на сложни обекти и динамично натоварени системи (FEM структурни анализи);
  • прототипиране и измерване на физични величини за харакетиризиране на шумови емисии;
  • интегриране на технологиите за изготвяне на прототипи при верифицирането на свойствата на новоразработвани специфични модели на контакта колело-релса.

За осъществяване на тези научно-изследователски цели се предвижда и изгражда необходимата инфраструктура( за лабораторни измервания и за реални такива в движение на  подвижния Ж.П. състав), която да подпомогне разработването на методи за симулиране и експериментално оценяване на акустичните параметри на компоненти на подвижния ж.п. състав в етапа на тяхното създаване. Целите на проекта са насочени основно към областта на фундаменталните изследвания в приложението на виртуалното валидиране при оценка на акустични емисии, с последващо възможно практическо приложение (имплементация при разработване на иновативни конструктивни решения). В резултат на това ще се повиши компетентността на екипа, на докторантите, постдокторантите и младите учени, участващи в проекта и ще се увеличат възможностите на фирмите за достъп до високи технологии при развитието на иновативни процеси и системи за подобряване на конкурентоспособността на България в икономиката на знанието.