Кафедра Автомобили и технологические машины (АТМ)

Научная деятельность

Научные направления и достижения сотрудников кафедры АТМ

Научные направления и достижения сотрудников кафедры АТМ

Метод нормированного размаха (показатель Хёрста) для анализа интенсивности транспортного потока

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2019-20 г.г.

Применение метода нормированного размаха для анализа временного ряда данных об интенсивности транспортного потока позволяет выявлять наличия тренда и возможных изменений в интенсивности движения автомобилей. Для ряда выборок определены зависимости от времени функций нормированного размаха и показателя Хёрста. Рассмотренный подход может оказаться перспективным с точки зрения разработки средств прогнозирования и планирования работ по реконструкции существующей улично-дорожной сети и проектированию новых транспортных магистралей.

Зависимость от времени недельного накопленного размаха R интенсивности транспортного потока от среднего значения

Зависимости от времени нормированного размаха (à) и аппроксимирующей функции (––) для 500 интервалов наблюдения

Зависимости от времени t показателя H Хёрста для 1000 интервалов наблюдения

Детерминированная составляющая интенсивности транспортного потока

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2018-19 г.г.

Данные комплексов видеофиксации нарушений правил дорожного движения, позволяют определять интенсивность транспортного потока на протяжение продолжительных периодов. Анализ получаемых зависимостей приводит к выводу о наличии в характеристике интенсивности транспортного потока периодической детерминированной составляющей. Использование процедуры сглаживания позволило выделить детерминированную и стохастическую составляющие, качественно различающиеся в рабочие и выходные дни. Определены статистические показатели вероятностных распределений интенсивностей потоков транспорта и выделенных из них случайных составляющих, выполнены оценки соответствия полученных кривых нормальному закону распределения вероятностей. Целесообразно использовать детерминированные составляющие для прогнозирования транспортных потоков, управления работой светофорных объектов, мониторинга работы оборудования, а также при реконструкции, проектировании и строительстве дорог и дорожных объектов.

Зависимость от времени недельной интенсивности транспортного потока

Зависимость от времени интенсивности (маркеры «о», авт/ч) транспортного потока и детерминированная составляющей (сплошная кривая)

Температура системы выпуска отработавших газов при пониженных температурах окружающей среды

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2017-18 г.г.

Одна из причин образования конденсата внутри системы выпуска – разность температур отработавших газов и стенок газоотводных каналов. В исследование определена зависимость температуры поверхности элементов системы выпуска от времени при различных температурах окружающего воздуха. Полученная зависимость может быть использованы для разработки метода прогнозирования количества накапливания конденсата в системе выпуска отработавших газов.

Зависимость от времени температуры элементов системы выпуска отработавших газов при температурах окружающего воздуха –3 (а), –6 (б) и –9°C (в); термопары: 1 (D), 2 (), 3 (о), 4 (à)

Зависимости безразмерных температур от безразмерного времени элементов системы выпуска отработавших газов при температурах окружающего воздуха –3(), –6(D) и –9°C(о)

Расчет теплового режима автономной системы энергообеспечения

Исследование выполнено по заказу ЗАО «СКБ», г. Пермь, 2017-18 г.г.

Объект исследования – тепловой режим работы автономной системы энергообеспечения. Выполнен ряд вычислительных экспериментов по определению теплового состояния отдельных узлов и всей автономной энергетической системы в целом, разработаны рекомендации по конструктивному улучшению схемы изделия для повышения эффективности системы охлаждения и снижения тепловой нагрузки на эту систему.

Расчетная схема компрессора

Траектории частиц воздушного потока в пространстве компрессорного отсека

Траектории частиц воздушного потока в пространстве радиаторного отсека

Организация сбора твердых бытовых отходов в коммунальный транспорт

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2012-15 г.г.

Рассматриваются процедуры взвешивания твердых бытовых отходов во время загрузки в мусоровоз. Представлен расчет изменения нагрузки на штоке гидроцилиндра при подъеме баков с отходами, в зависимости от пространственного положения манипулятора. Представлена методика взвешивания отходов в местах сбора. Проведен технико-экономический расчет от внедрения процедуры взвешивания.

Пространственное положение манипулятора при взвешивании бака с ТБО 1 – гидроцилиндр излома стрелы, 2 – гидроцилиндр опрокидывания бака, 3 – гидроцилиндр захвата, 4 – бак; a, b, c, d – звенья манипулятора.

Изменение коэффициента k изменения нагрузки на штоке гидроцилиндра в зависимости от угла наклона манипулятора

Архитектура системы диспетчерского управления транспортом

Перенос и рассеяние отработанных газов автомобильного транспорта над урбанизированной территорией

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2010-14 г.г.

Рассматривается протяженный участок односторонней однорядной дороги длиной L (рис. 9.1). Трасса обдувается горизонтальным, направленным под углом a к оси Ox, потоком воздуха, имеющим постоянную скорость U. Концентрация загрязняющих веществ вблизи автомобильной трассы зависит от объема примесей, выбрасываемых всеми автомобилями, одновременно находящимися на рассматриваемом участке и являющимися подвижными точечными источниками загрязнения с постоянной интенсивностью q.

Построение разрешающих соотношений для численного решения системы дифференциальных уравнений осуществляется на основе метода крупных частиц (Давыдова). В разработанном комплексе программ применяется технология параллельного программирования OpenMP. Комплекс прошел верификацию на точных решениях задач исследования движения потока сжимаемого вязкого нетеплопроводного газа и переноса и рассеяния газовой примеси от подвижного точечного источника.

Сеточная модель городского квартала (15 миллионов расчетных ячеек)

Распределение скорости воздушного потока вокруг здания на высоте 40 м

Концентрация угарного газа (мг/м3) на высоте 2 м над городским кварталом с интенсивным движением

Зависимость от времени концентрации угарного газа в контрольной точке на высоте 2 м над перекрестком

Зависимость от времени концентрации угарного газа в контрольной точке на высоте 2 м в глубине жилой застройки

Основные публикации:

Бояршинов М.Г., Балабанов Д.С. Оценка загрязнения атмосферного воздуха городского квартала отработанными газами автомобильного транспорта // Инновации в технологии транспортных процессов и техносферной безопасности, Пермь, Изд-во ПГТУ, 2010, 2, с. 190-194

Бояршинов М.Г., Балабанов Д.С. Перенос и рассеяние над урбанизированной территорией нагретого газа, эмитированного точечным источником // Высокие технологии и фундаментальные исследования, СПб, Изд-во политехн. ун-та, 2011, 3, с. 182-183

Boyarshinov M.G., Balabanov D.S. Numerical modeling of vehicle exhaust gas transport and dispersion by an airflow over a city block // Fluid Dynamics, Pleiades Publishing, Ltd., 2011, 46, p. 992-999

Бояршинов М.Г., Балабанов Д.С. Рассеяние отработанных газов автотранспорта над городской территорией, Saarbrucken, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012, 113 p.

Бояршинов М.Г., Балабанов Д.С. Загрязнение атмосферного воздуха городского квартала отработанными газами стационарного источника // Математическое моделирование, 2014, 26, 4, с. 97-109

Бояршинов М.Г., Балабанов Д.С. Распространение отработанных газов автомобильного транспорта в атмосферном воздухе городского квартала // Математическое моделирование, 2014, 26, 10, с. 3-18

Распространениеи легкого газа в атмосфере.

Исследование выполнено по заказу НПО «Туполев», г. Москва, 2009-11 г.г.

На перенос легкого газа в атмосфере оказывают влияние диффузия и конвекция, вязкость газа и неоднородность давления, турбулентность и стратификация атмосферы. Цель исследования – выяснение возможности образования взрывоопасных воздушно-метановых облаков в атмосфере на удалении от источника выброса.

Для описания процесса выброса метана в атмосферу и его последующего переноса рассматривается задача о движении легкой газовой примеси в потоке воздуха. Допущениями этой модели являются предположения о несжимаемости движущейся воздушно-метановой смеси; в направлении, перпендикулярном движению воздуха, параметры, свойства и характеристики воздушного потока неизменны; газовая смесь считается вязкой, несжимаемой, изотермической.

Концентрации газа в атмосфере (кг/м3) от вертикально направленного источника метана мощностью 5 кг/с×м; скорость ветра U = 0,5 м/c; время 50 с (слева) и 100 с (справа)


Концентрации газа в атмосфере (кг/м3) от вертикально направленного источника метана мощностью 5 кг/с×м; скорость ветра 0,5 м/c; время 200 с (слева) и 500 с (справа)


а	б	в	г
Концентрации метана и детонационно-опасные зоны воздушно-метановой смеси (затонированы); мощность источника 20 кг/с×м (а), 30 кг/с×м (б), 40 кг/с×м (в), 50 кг/с×м (г)

Для решения системы уравнений в частных производных используется метод геометрического расщепления, согласно которому каждое из пространственных дифференциальных уравнений (с соответствующими краевыми условиями) на каждом временном шаге заменяется последовательностью одномерных дифференциальных задач.

Основные публикации:

Бояршинов М.Г., Цаплин А.И. Моделирование переноса метана в атмосфере и оценка возможности его детонаций при аварийном сбросе давления в газопроводе // Научно-технические ведомости СПбГПУ, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский гос. политехн. ун-т, 2010, 98, 2, с. 21-31

Бояршинов М.Г., Бочкарев С.В., Цаплин А.И. Моделирование тепломассопереноса при выбросе продуктов сгорания в открытую атмосферу // Современная наука, Киев, НПВК «Триакон», 2011, 2 (7), с. 231-234

Концентрация отработанных газов автотранспорта.

Инициативная разработка, ПГТУ, г. Пермь, 1998-2000 г.г.

Рассматривается протяженный участок односторонней однорядной дороги. Трасса обдувается горизонтальным потоком воздуха, имеющим постоянную скорость. Концентрация загрязняющих веществ вблизи автомобильной трассы зависит от объема примесей, выбрасываемых всеми автомобилями, одновременно находящимися на рассматриваемом участке и являющимися подвижными точечными источниками загрязнения с постоянной интенсивностью.

Получено приближенное решение пространственной задачи о переносе и рассеянии легких и тяжелых примесей от движущихся автомобилей, случайный поток которых считается пуассоновским. Вычислительным экспериментом установлено, что для участков дороги большой протяженности и значительных интервалов времени математическое ожидание концентрации поступающих примесей можно считать не зависящей от времени величиной. Разработанная модель позволяет обосновать минимально необходимое время натурных измерений, в течение которого среднее значение концентрации приближается к величине математического ожидания.

Концентрации газовой примеси (мг/м3) от единичного автомобиля на различных расстояниях от дороги: 1 – 10 м; 2 –25 м; 3 – 50 м

Распределение концентрации примеси MF (мг/м3) от случайного потока автомобилей

Экспериментальная проверка () результатов моделирования (–о–) концентрации диоксида углерода в отработавших газах автотранспорта (мг/м3) в зависимости от времени t (сутки)

Распределение концентрации отработанных газов вблизи перекрестка от случайного потока автомобилей: I, II, III –транспортные потоки

Основные публикации:

Бояршинов М.Г. Статистическая оценка загрязнения территории газовыми выбросами автомобильного транспорта // Инженерная экология, Москва, 1999, 6, с. 30-41

Бояршинов М.Г. Моделирование и анализ переноса газовых выбросов от автомобильного потока со случайными характеристиками // Прикладная механика и техническая физика, 2000, 41, 6, с. 85-94

Бояршинов М.Г. Модели переноса и рассеяния примесей в растительных массивах, Пермь, Перм. гос. техн. ун-т, 2000, 143 с.

Бояршинов М.Г. Распределение концентрации выхлопных газов вблизи автотрассы со случайным потоком транспорта // Инженерно-физический журнал, Минск, 2006, 79, 6, 128-140

Boyarshinov M.G. Simulation and analysis of transport of gaseous wastes from automobile traffic with random characteristics // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2000, 41, 6, p. 1036-1043

Boyarshinov M.G. Concentration distribution of the exhaust gas near a roadway with a stochastic traffic flow // Journal of engineering physics and thermo-physics, Minsk, 2006, 79, 6, p. 1179-1192

Трансформация воздушных потоков растительным массивом.

Исследование выполнено по заказу Областного комитета по охране природы, г. Пермь, 1995-2000 г.г.

Газообразная примесь в глубине леса дрейфует с меньшей скоростью, нежели в потоке над ним. В результате лес, как растительный масств, способен играть роль накопителя загрязняющего вещества, сохраняющего его даже в том случае, когда первичный источник прекращает действовать, и внешний «чистый» поток воздуха уносит все примеси из окружающей лес области.

Создана математическая модель движения газовой смеси в области, содержащей полупроницаемое препятствие (растительный массив), с учетом турбулентности воздушного потока. Методика и алгоритм численного решения задачи, использующие физическое и геометрическое расщепление дифференциальных уравнений в частных производных, реализованы в виде программного комплекса для персонального компьютера. Адекватность модели подтверждается сопоставлением результатов расчетов, получаемых разными вычислительными методами, а также их сравнением с известными экспериментальными данными.

Линии тока частиц газовой смеси в области, содержащей растительный массив

Распределение давления в области, содержащей растительный массив

Профили скорости в области, содержащей растительный массив

Основные публикации:

Бояршинов М.Г., Трусов П. В. Движение газовой смеси через область, содержащую растительный массив // Математическое моделирование, 1999, 11, 7, с. 3-16

Бояршинов М.Г. Эколого-информационные технологии: моделирование переноса газовой смеси через область, содержащую растительный массив // Инженерная экология, 1999, 5, с. 41-52

Бояршинов М.Г. Оценка последствий переноса газового облака над лесным массивом // Механика жидкости и газа, Москва, 2000, 4, с. 79-87

Бояршинов М.Г. Модели переноса и рассеяния примесей в растительных массивах // Пермь, Перм. гос. техн. ун-т, 2000, 143 с.

Бояршинов М.Г. Оценка влияния придорожного лесного массива на распространение автотранспортных выбросов // Математическое моделирование, 2001, 13, 8, с. 53-64

Бояршинов М.Г. Перенос газовой примеси воздушным потоком через область, содержащую растительный массив // Журнал вычислительной математики и математической физики, 2002, 42, 7, с. 1094-1104

Boyarshinov M.G. Assessing the consequences of gas cloud transport over a stand of forest // Fluids Dynamics, 2000, 35, 4, p. 534-541

Boyarshinov M.G. Transfer of a gaseous pollutant by air flow over a region containing vegetation // Computational mathematics and mathematical physics, 2002, 42, 7, с. 1053-1063

Boyarshinov M.G. Concentration distribution of the exhaust gas near a roadway with a stochastic traffic flow // Journal of engineering physics and thermo-physics, Minsk, 2006, 79, 6, p. 1179-1192

Распространение облака продуктов сгорания ракетного топлива при проведении огневых испытаний.

Исследование выполнено по заказу НПО «Протон», г. Пермь, 1994-96 г.г.

Разработана математическая модель движения высокоскоростного потока отработанных газов реактивного двигателя во время технологических испытаний и формирования облака продуктов сгорания компонентов ракетного топлива над территорией полигона. Методика и алгоритм численного решения этой задачи на основе метода Давыдова (крупных частиц) реализованы в виде комплекса программ для персонального компьютера. Адекватность модели подтверждается сопоставлением результатов вычислительного эксперимента с данными натурных наблюдений.



Экспериментальная проверка результатов численного моделирования: линии равных скоростей (слева), м/с; кадры видеозаписи (справа); время наблюдения 0,2 с (вверху) и 1 с (внизу)

Основные публикации:

Бояршинов М.Г. Оценка загрязнения атмосферного воздуха при технологических испытаниях ракетного двигателя // Инженерная экология, 2000, 2, с. 29-40

Бояршинов М.Г., Харченко А. В. Процесс распространения газовой струи при испытаниях ракетного двигателя // Математическое моделирование, 2000, 12, 12, с. 66-78

Соколовский М.И., Вайсман Я.И., Батракова Г.М., Бояршинов М.Г. и др. Технические и экологические аспекты ликвидации твердотопливных межконтинентальных баллистических ракет, Пермь, Перм гос. техн. ун-т, 2009, 636 с.

Параллельные вычисления.

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2009-10 г.г.

Вычислительное моделирование задачи о движении в пустоте идеального сжимаемого нетеплопроводного газа от точечного источника, генерирующего поток сплошной среды с заданными интенсивностью и мощностью, основано на методе крупных частиц (Давыдова) с применением технологии OMP. Верификация вычислительной модели выполнена с использованием точного решения рассмотренной задачи, полученного автором.

Распределения плотности (кг/м3) газового потока

Распределения модуля скорости (м/с) газового потока

	Распределения полной удельной энергии (Дж/кг) газового потока
Распределения давления (Па) газового потока

Основные публикации:

Бояршинов М.Г. Решение системы уравнений Эйлера для установившегося течения идеального газа из точечного источника // Вестник Челябинского ГУ, Челябинск, Изд-во ЧГУ, 2010, 205, 24, с. 5-8

Бояршинов М.Г., Балабанов Д.С. Вычислительное моделирование движения сжимаемой среды, генерируемой точечным источником // Вычислительная механика сплошных сред, Пермь, ИМСС УрО РАН, 2010, 3, 3, с. 18-31

Интервальная математика

Инициативная разработка, ПНИПУ, г. Пермь, 2011-15 г.г.

Скалярная интервальная математика применяется для оценки погрешностей вычислительных операций, решения недетерминированных задач прикладной математики, механики, физики, химии, экономики и в прочих дисциплинах.

В результате исследования построены интервальные векторные и тензорные объекты, инвариантные относительно преобразования систем координат. Определены основные операции над интервальными векторами и тензорами:

С использованием разработанного подхода решен ряд задач механики деформируемого твердого тела. Результаты расчетов показывают, что возможна оценка диапазонов изменения характеристик напряженно-деформированного состояния деталей машин и механизмов при заданных диапазонах изменения входных данных. Предложенный аппарат интервальных операций над векторными и тензорными объектами может быть использован для решения прикладных инженерных задач в условиях неполноты исходной информации о свойствах материалов, параметрах изделий, размерах конструкций, начальных и граничных условиях, при использовании методов нечеткой логики, статистического моделирования и проч.

Основные публикации:

Бояршинов М.Г. Интервальные векторы и тензоры в прикладных инженерных задачах // Инженерно-физический журнал, Минск, 2011, 84, 2, с. 418-428

Boyarshinov M.G. Interval vectors and tensors in applied engineering problems // Journal of engineering physics and thermo-physics, 2011, 84, 2, p. 451-462

Boyarshinov M.G. Interval objects and operations in deformable solid mechanics problems // Applied Mechanics and Materials, Switzerland, Trans Tech Publications, 2015, 770, p. 229-241

НИРС кафедры АТМ

В конкурсе проектов СКБ/СНИЛ, МТФ был представлен кафедрой АТМ. В СКБ «Формула студент» ПНИПУ активно задействованы более 10 студентов и магистрантов кафедры.
На повышенную стипендию за достижения в НИР от кафедры АТМ было заявлено наибольшее количество студентов от МТФ. Все заявленные студенты прошли отбор в рейтинге и получают повышенную стипендию.
На конкурс «Лучший научный доклад» ПНИПУ было подано 5 заявок от кафедры АТМ.
От кафедры АТМ было подано 4 студенческие заявки на конкурс «Большая разведка», две из которых прошли в финальную часть в корпоративных акселераторах.
В рейтинге ПНИПУ по НИРС за 2018 год кафедра АТМ на 30 месте. Активно вовлечены в НИР более 40 студентов кафедры.
Кафедрой проводится 2 ежегодные конференции с очным участие не менее 20 студентов кафедры:

- Международная научно-практическая конференция «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе»

- Всероссийская научно-практическая конференция «Химия. Экология. Урбанистика»
Кафедра курирует журнал из перечня ВАК «Транспорт. Транспортные сооружения. Экология»

Нашли ошибку на сайте? Выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl + Enter.