Статья: Инновационные подходы к организации дорожного движения на основе цифровых двойников автомобильных дорог (2025)

Статья посвящена вопросам механики тонкостенных стержней. В статье приводится решение уравнения В. З. Власова для изгиба с кручением тонкостенного стержня с двумя осями симметрии, учитывающее влияние жёсткости (податливости) опорных узлов.

Введение. Описывается текущее состояние вопроса расчётов тонкостенных стержней при поперечном изгибе с кручением.

Материалы и методы. Приводится решение системы дифференциальных уравнений устойчивости плоской формы изгиба В. З. Власова для тонкостенных стержней при поперечном изгибе с кручением с учётом влияния жёсткости (податливости) опорных узлов. Исходные уравнения В. З. Власова для изгиба с кручением тонкостенного стержня с двумя осями симметрии преобразовываются в правую систему координат. Далее из двух дифференциальных уравнений В. З. Власова получается система из 12 уравнений для всех расчётных усилий и деформаций в тонкостенном стержне. Также получены граничные условия, учитывающие связь между усилиями и деформациями в опорном сечении. Далее в работе приведены результаты решения указанной системы уравнений методом Эйлера.

Результаты. Получено решение системы уравнений В. З. Власова для устойчивости тонкостенных стержней при поперечном изгибе с учётом жёсткости (податливости) опорных узлов методом Эйлера и общий вид функции угла поворота поперечного сечения. Решение получено для стержней с любыми опорными узлами, от чистого шарнира до абсолютно жёстких узлов. В разделе приведены результаты численной верификации и сделаны выводы о точности полученного решения. При верификации рассмотрен частный случай балок различного сечения с абсолютно жёсткими опорными узлами. Разница между численным решением в ПК «ЛИРА-САПР» и решением, предлагаемым в статье, находится в пределах 12%.

Обсуждение и заключение. Сделаны выводы о точности разработанной математической модели. Разница вызвана точностью определения моментов инерции сечения на чистое кручение и жёсткости опорных узлов.

Введение. Вектор технологий информационного моделирования в дорожной отрасли (ТИМ АД) постепенно смещается из области проектирования объектов в область непосредственного управления строительством. Элементы ТИМ пока слабо используются в сфере производства из-за отсутствия необходимых инструментов и методик для управления ходом работ в условиях строительной площадки. Повысить результативность оперативного управления технологическими процессами может применение электронных технологических карт (ЭТК). Для этого технологические карты должны адекватно отражать реальные условия строительства: параметры техники, объемы работ по длине автомобильной дороги, свойства материалов, учитывать погодные факторы. Эти проблемы и актуальность применения ТИМ на стадии строительства определили цель данной статьи: разработать модель и алгоритм привязки параметров технологических карт в дорожном строительстве к реальным условиям производства для оперативного управления организационными и технологическими процессами с использованием ТИМ и компьютерных программ календарно-сетевого планирования.

Модели и методы. В статье представлен метод настройки функциональных, временных и пространственных параметров ЭТК с применением технологий информационного моделирования. На первом этапе базовую модель ЭТК строят в виде потоковой структуры технологического процесса (ТП). Модель включает элементы системы и связи между ними в виде выполняемых операций преобразования элементов из одного состояния в другое. На втором этапе формируют пространственную структуру модели с декомпозицией фронта работ на сменные участки (захватки) с оценкой длительности операций при заданном ресурсном обеспечении. Реализацию ТИМ выполняют в среде компьютерных программ по управлению проектами.

Результаты. Использование метода продемонстрировано на примере разработки цифровой модели типовой ТК в программе MS Project и трансформации её параметров к условиям реального производства при строительстве земляного полотна автомобильной дороги.

Заключение. Применение электронных ТК в условиях строительной площадки повышает точность и оперативность текущего планирования, обеспечивает актуальной информацией производителей работ.

Введение. В данной статье рассмотрен порядок расчета на прогрессирующее обрушение эстакады под технологические трубопроводы в прямой динамике с использованием различных методов задания времени инициирующего воздействия. Особенность проектирования эстакад под технологические трубопроводы с учетом обеспечения прочности на прогрессирующее обрушение связана с тем, что из-за расположения трубопроводов, как правило, нет возможности поместить связи в плоскости рамы опор эстакады.

Материалы и методы. Расчет выполнен на базе программного комплекса SCAD Office, использующего метод конечных элементов для определения напряженно-деформированного состояния расчетной модели. Произведено исследование на асимптотическую сходимость расчетной модели в трех итерациях с последующим увеличением числа конечных элементов. Оценка сходимости производилась на основе анализа разности усилий в элементах, полученных при расчете каждой итерации. При расчете в прямой динамической постановке используется три метода оценки времени инициирующего воздействия.

Результаты. Произведен анализ асимптотической сходимости расчетной модели, по результатам анализа была выбрана модель с размерностью, при которой усилия в элементах последующих моделей отличаются не более чем на 3%. Выполнено сравнение результатов динамических расчетов с учетом трех вариантов задания времени инициирующего воздействия.

Обсуждение и заключение. По результатам исследования определяется необходимость исследования расчетных моделей на асимптотическую сходимость для оценки и верификации результатов. Делаются выводы по результатам использования трех методов задания времени инициирующего воздействия. Определена зависимость усилий и перемещений от величины времени инициирующего воздействия.

Введение. Ежедневно все виды городского пассажирского транспорта общего пользования г. Москвы перевозят около 17,81 млн пассажиров. В рамках реализации масштабной транспортной реформы, намеченной до 2030 г., планируется модернизация всех компонентов транспортной инфраструктуры. Целью реформы является повышение эффективности, безопасности и экологичности транспортной системы столицы. Материалы и методы. В условиях глобальной турбулентности мероприятия по адаптации транспортной инфраструктуры, системы общественных перевозок и обеспечения оптимальных условий дорожного движения определяют путь устойчивого развития мегаполисов и их способность эффективно подстраиваться и к происходящим изменениям климата. В г. Москве выбран путь декарбонизации и перехода на низко-углеродные виды транспорта электробусы. Новые электробусы адаптированы к прогнозируемым климатическим изменениям, в том числе обеспечена техническая возможность безаварийной работы в диапазоне температур от -40 до + 40 0 С. Результаты. В статье авторы анализируют перспективы и сложности внедрения данного вида транспорта в транспортную систему столицы с учетом технических, экологических и эксплуатационных особенностей самого подвижного состава и обеспечения соответствующей транспортной инфраструктуры. В статье также показаны пропускная способность и динамика развития зарядной инфраструктуры, в том числе ультрабыстрых зарядных станций. Для исключения сбоев в движении электробусов на маршрутах важно перераспределять транспортные средства по зарядным станциям, что позволит минимизировать риски простоев и образования очередей. Обсуждение и заключение. В завершение статьи авторы определяют перечень основных мероприятий по адаптации транспортного комплекса г. Москвы к климатическим изменениям.

Введение. В статье представлены методы теории транспортных макросистем для повышения уровня технической готовности автомобильного транспорта после ДТП. Определены проблемы, приводящие к снижению эффективности транспортных систем при нахождении в ремонте за счет страховых компаний. Приведена математическая модель, в наиболее общем случае описывающая транспортную систему, состоящую из элементов автомобилей, занимающих одно из множества состояний в СТОА. Описаны свойства элементов, находящихся в рассматриваемом объекте исследования.

Материалы и методы. В работе применяется теория транспортных макросистем, которая вытекает из известной научной дисциплины теории макросистем. Среди ее задач имеются постановки о распределении элементов по подмножествам состояний и задачи о равновесии системы в целом. В макроскопических системах по определению стохастическое поведение большого числа элементов преобразуется в детерминированное поведение системы в целом. Макросистема является динамическим преобразователем хаотического поведения элементов в некоторое множество параметров поведения (фазовых переменных), образующих пространство небольшой размерности. Поэтому в рамках теории макросистем используются базовые понятия максимизации энтропии при равновесных состояниях системы. При этом функция распределения макросостояний выбирается в зависимости от способа заполнения элементами некоторых состояний из соответствующих подмножеств; необходимые значения априорных вероятностей и доказательства параметрических свойств моделей макросистем с различными статистиками (Ферми-, Эйнштейни Больцман-распределения). Дается описание объекта исследования транспортной системы, состоящей из автомобилей, требующих ремонта на основе выполнения обязательств со стороны страховых компаний.

Результаты. В работе представлены результаты расчетов, показывающих характер зависимостей между ёмкостями множества состояний, априорными вероятностями и количеством автомобилей, находящихся на ремонте в СТОА в рамках теории транспортных макросистем. Установлены распределения автомобилей, соответствующие равновесным состояниям при выбранных исходных данных.

Обсуждение и заключение. В рамках работы решены следующие задачи: доказана возможность исследований с применением методов теории транспортных макросистем для решения задач поиска равновесия в системах автомобильного транспорта после ДТП. Определены проблемы взаимодействия СТОА и Страховщика в области организации и согласовании стоимости восстановительного ремонта поврежденных автомобилей. Предложены подходы к организации взаимодействия СТОА и Страховщика в области проведения ремонта поврежденных автомобилей по автострахованию, основанные на возможностях математического моделирования при обосновании методик.

Введение. Предварительные проведенные исследования показали, что смазочные композиции на водно-спиртовой основе обладают высоким индексом вязкости (более 150 ед.), низким коррозионным воздействием и низкой температурой застывания (ниже 56 °С), что является преимуществом по сравнению с традиционными трансмиссионными маслами. Это особенно важно для закрытых узлов трения дорожно-строительных машин, которые требуют надежной и долговременной смазки для предотвращения износа и продления службы оборудования. Также эти композиции состоят их экологически чистых компонентов, что делает их пригодными в условиях эксплуатации с высокими требованиями по экологии.

Материалы и методы. Найдена область оптимальных концентраций в воде предельных одноатомных спиртов. При максимуме антифрикционных и противоизносных свойств с эффектом максимальной стабилизации структуры воды. Предложен возможный механизм смазочного действия водно-спиртовых растворов с образованием на поверхности трения модифицированных пленок, обладающих противозадирными свойствами.

Результаты. Экспериментальным путем найден предельный одноатомный спирт, раствор которого при определенном соотношении с водой обладает высокими смазочными свойствами. Рассмотрен механизм смазочного действия двойных и тройных систем и определен эффект максимальной стабилизации структуры воды, который вызывает изменение объемных и поверхностно-активных свойств композиции.

Заключение. Исследование является научной работой, посвященной актуальной проблеме замены минеральных масел синтетическими жидкостями путем разработки новых составов смазочных водосодержащих композиций с улучшенными антифрикционными и противоизносными свойствами, в результате чего решение этой проблемы имеет важное значение в деле повышения износостойкости узлов трения коробок перемены передач, червячных редукторов, входящих в состав трансмиссии строительно-дорожных машин, автотранспорта и других транспортно-технологических комплексов.

Введение. Грунтовые вибрационные катки являются наиболее распространенным типом спецтехники для уплотнения грунтов благодаря своей универсальности и высокой производительности. На эф­фективность уплотнения грунтов вибрационными катками оказывают влияние большое количество параметров, которые оценивают статические (общая масса и распределение массы между тяговым и уплотняющим модулем), динамические (частота и вынуждающая сила колебаний) и общие (мощность двигателя, транспортная и рабочая скорости движения, диаметр и ширина вальца) характеристики. Статистическая обработка технических характеристик является эффективным инструментом для изучения взаимосвязи между параметрами и выявления тенденций развития, в том числе для грунтовых вибрационных катков различных поколений.

Материалы и методы. В исследовании анализировались технические характеристики грунтовых ви­брационных катков различных поколений. Статистическая обработка проводилась в программе Microsoft Excel. Общее количество рассмотренных грунтовых вибрационных катков составило 432 модели, из них 252 машины 3-го и 4-го поколений и 180 машин 5-го поколения.

Результаты. Показаны графические представления взаимосвязей различных технических характери­стик грунтовых вибрационных катков разных поколений в зависимости от массы вибровальцового моду­ля. Также получены уравнения регрессии и соответствующие значения коэффициентов детерминации. Предложен параметр «линейная относительная вынуждающая сила», характеризующий совместное влияние относительной вынуждающей силы и ширины вальца грунтового катка.

Обсуждение и заключение. В результате исследования определены диапазоны изменения основных технических характеристик вибрационных катков различных поколений, выпускавшихся в течение по­следних 20…30 лет, и выявлены некоторые тенденции изменения этих параметров при переходе к различным поколениям грунтовых катков. Сравнительно большой разброс значений технических характе­ристик, отвечающих за динамические возможности грунтовых вибрационных катков, свидетельствует об отсутствии у производителей и исследователей единого мнения по обоснованию численных значений данных параметров.

Введение. Энергия при фрезеровании асфальтобетонных покрытий затрачивается на разрушение каменной фракции, битумных связей, а также прочих факторов, которые в совокупности не влияют на появление новых поверхностей.

Целью данной работы является поиск и предварительная оценка метода косвенного определения эффективности работы фрезерных рабочих органов на основе анализа энергозатрат.

Материалы и методы. В работе используются два набора асфальтобетонного гранулята марки Б типа 2, полученные при холодном фрезеровании покрытий. Для сравнения применялись идентичные фрезерные барабаны с разной схемой расстановки режущих элементов. Применение технологии 3D-скaнирования позволило получить полигональные модели частиц и количественно оценить изменение площади поверхности материала в процессе фрезерования. Для фракций, не подвергавшихся сканированию, параметры поверхности определялись через уравнения регрессии, построенные на основе экспериментальных данных. Основой исследования послужил энергетический подход, связывающий затраты энергии с образованием новых поверхностей при разрушении асфальтобетонного композита.

Результаты. Основная часть энергии (до 99%) при фрезеровании расходуется на разрушение битумных связей, а не каменной фракции. Сравнение двух фрезерных барабанов показало, что одна из двух конструкций на 19,25% энергоэффективнее за счет расположения режущих элементов. Разработанная методика 3D-сканирования и гранулометрического анализа подтвердила универсальность оценки процессов измельчения, а также выявила ключевые факторы энергопотребления: толщину стружки (прямая зависимость), температуру материала (обратная) и конструкцию оборудования. Вместе с тем уточнены зависимости для оценки удельных поверхностей каменных фракций и получены зависимости для определения удельных поверхностей асфальтобетонного гранулята.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют производить оценку затрачиваемой энергии при удалении изношенных слоев асфальтобетонных покрытий. Вместе с тем разработанный метод демонстрирует точность и эффективность по сравнению с расчетными методами. Это позволяет рекомендовать метод не только для оценки энергозатрат в процессе фрезерования асфальтобетонов, но и в процессе измельчения других твердых материалов.

Введение. Строительство подземных объектов в виде трубопроводов, тоннелей и метрополитенов в слабопроницаемых водонасыщенных грунтах, обладающих подвижностью, трудоёмко, дорогостояще и опасно. Системы строительного водопонижения удаляют значительную часть воды из таких грунтов, превращая их в устойчивые породы, пригодные для эффективного проведения земляных работ. Разра­ботка систем передвижных участков водоотлива и строительного водопонижения для трубопроводов, тоннелей и метрополитенов может быть произведена с использованием методологии теории филь­трации воды и воздуха в городском строительстве, метода компьютерного моделирования фильтра­ции флюидов и производства работ с помощью электронных таблиц, с привлечением новых технологий искусственного интеллекта и обучения машин.

Методы и материалы. Рабочей гипотезой статьи является идея создания комплексного подхода для эффективного решения проблемы подтопления подземными водами в период строительства линейных строительных объектов, подземных трубопроводов, тоннелей и метрополитенов в слабопроницаемых водонасыщенных грунтах. Методы теории фильтрации, применённые в работе, подразделяются на аналитические и численные. Аналитическим операторным методом решены задачи нестационарной фильтрации подземных вод к системам строительного водопонижения. Моделирование с помощью элек­тронных таблиц относится к нескольким процессам рассматриваемого строительного производства. Методом конечных разностей в электронных таблицах решаются фильтрационные модели водопони­зительных систем, которые не поддаются аналитическому решению. Кроме того, новой особенностью является применение электронных таблиц для моделирования организации и технологии строительно­го водоотлива и водопонижения. Рассмотрена возможность применения самообучающихся рекурсивных компьютерных программ.

Обсуждение. Обзор отечественных и зарубежных авторов показал, что прямых публикаций по теме статьи нет. Имеются лишь отдельные вопросы, близкие к тематике представленной работы, свя­занные со строительством подземных трубопроводов, тоннелей и метрополитенов. При этом про­анализированы особенности осушения слабопроницаемых водонасыщенных грунтов, обладающих под­вижностью. Предложены к рассмотрению в качестве примера мобильные передвижные участки систем строительного водоотлива и водопонижения, скорость монтажа и демонтажа которых соизмерима со скоростью передвижения разработки траншеи при открытом способе работ или проходческого щита при закрытом способе работ, например, для перегонного тоннеля метрополитена.

Заключение. Таким образом, разработку систем передвижных участков строительного водоотлива и водопонижения для подземных трубопроводов, тоннелей и метрополитенов предложено производить новым комплексным подходом с использованием методологии теории фильтрации воды и воздуха в го­родском строительстве, методов компьютерного моделирования фильтрации флюидов и производ­ства работ с помощью электронных таблиц, с привлечением новых технологий искусственного интел­лекта и обучения машин.