http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/31130 2026-07-12T13:01:55Z http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/33034 Title: Analysis of existing problems and approaches to extending the service life of reinforced concrete track structures and metro facilities (a review) Authors: Ovchynnikov, O. O.; Prokaza, Ye. A.; Tertychnyi, V. V.; Овчинніков, Олександр Олександрович; Проказа, Євгеній Анатолійович; Тертичний, Віталій Вікторович Abstract: EN: Purpose. The article presents a comprehensive analysis of existing problems related to the durability and service life of reinforced concrete track structures and subway facilities operating under conditions of intensive loading and exposure to aggressive environmental factors. Methodology. Particular attention is paid to the specific operational features of metro infrastructure, including cyclic and dynamic loads, moisture penetration, temperature fluctuations, stray currents, and chemically aggressive environments, all of which significantly accelerate the degradation of reinforced concrete elements. Findings. The main deterioration mechanisms of concrete and reinforced concrete structures are examined, including reinforcement corrosion, physicochemical degradation of the cement matrix, fatigue damage accumulation, cracking development, and the influence of subgrade instability on the structural performance of track systems. These processes are shown to have a cumulative effect, leading to a reduction in load-bearing capacity, serviceability, and overall operational reliability of subway structures. Originality. The paper provides a scientific review of modern approaches to extending the service life of reinforced concrete structures, encompassing materials-based solutions, structural and design improvements, advanced calculation methods, and operational measures. Special emphasis is placed on protective strategies against aggressive impacts, such as the use of highperformance concretes, corrosion-resistant reinforcement, protective coatings, and repair systems. In addition, service life modelling techniques that account for corrosion kinetics and environmental exposure conditions are analyzed. Practical value. The study also highlights the growing role of digital technologies, including structural health monitoring systems, non-destructive testing methods, and data-driven predictive maintenance models, in ensuring the long-term reliability of metro infrastructure. It is demonstrated that an integrated application of protective, rehabilitative, and predictive measures enables a significant increase in the durability, safety, and operational efficiency of reinforced concrete track structures and metro facilities.; UA: Мета. У статті представлено комплексний аналіз існуючих проблем, пов’язаних із довговічністю та строком служби залізобетонних колійних конструкцій і споруд метрополітену, що експлуатуються в умовах інтенсивних навантажень та впливу агресивних факторів навколишнього середовища. Методологія. Особливу увагу приділено специфічним експлуатаційним особливостям інфраструктури метрополітену, зокрема циклічним і динамічним навантаженням, проникненню вологи, температурним коливанням, блукаючим струмам та хімічно агресивним середовищам, які суттєво прискорюють деградацію залізобетонних елементів. Результати. Розглянуто основні механізми руйнування бетонних і залізобетонних конструкцій, зокрема корозію арматури, фізико-хімічну деградацію цементної матриці, накопичення втомних пошкоджень, розвиток тріщин та вплив нестабільності ґрунтової основи на конструктивну роботу колійних систем. Показано, що ці процеси мають кумулятивний характер і призводять до зниження несучої здатності, експлуатаційної придатності та загальної експлуатаційної надійності споруд метрополітену. Наукова новизна. У роботі наведено науковий огляд сучасних підходів до подовження строку служби залізобетонних конструкцій, що охоплюють матеріалознавчі рішення, конструктивні та проєктні удосконалення, сучасні методи розрахунку та експлуатаційні заходи. Особливу увагу приділено захисним стратегіям від агресивних впливів, зокрема застосуванню високоміцних бетонів, корозійностійкої арматури, захисних покриттів і ремонтних систем. Крім того, проаналізовано методи моделювання строку служби, які враховують кінетику корозії та умови впливу навколишнього середовища. Практична цінність. У дослідженні також підкреслено зростаючу роль цифрових технологій, зокрема систем моніторингу технічного стану конструкцій, методів неруйнівного контролю та моделей прогнозного технічного обслуговування на основі даних, у забезпеченні довготривалої надійності інфраструктури метрополітену. Показано, що комплексне застосування захисних, відновлювальних і прогнозних заходів дозволяє суттєво підвищити довговічність, безпеку та експлуатаційну ефективність залізобетонних колійних конструкцій і споруд метрополітену. 2026-01-01T00:00:00Z http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/33032 Title: Аналіз пошкоджень кузовів залізничних напіввагонів Authors: Мартинов, Ігор Ернстович; Труфанова, Альона Володимирівна; Шовкун, Вадим Олександрович; Дмитренко, Максим Володимирович; Балашов, Олександр Олександрович; Martynov, I. E.; Trufanova, A. V.; Shovkun, V. N.; Dmitrenko, M. V.; Balashov, O. O. Abstract: UA: Мета. Проведення порівняльного аналізу технічного стану кузовів універсальних та спеціалізованих напіввагонів (з глухим кузовом) державної та приватної власності. Визначення конструктивних елементів кузовів, які відмовляють найчастіше та створюють загрозу безпеці руху. Методика. Дослідження проведено з використанням статистичних даних про відмови універсальних напіввагонів власності АТ «Укрзалізниця» та приватних операторів на шляху прямування за період 2022–2024 рр. Для цього були використані дані надходження у планові види ремонту різних моделей напіввагонів з різним терміном експлуатації. Під час дослідження використовувалися класичні методи математичної статистики та відомий пакет прикладних програм Microsoft Exсel. Проведений аналіз дозволив визначити, які моделі напіввагонів переважають у загальному парку вагонів та встановити, які основні елементи конструкції кузовів універсальних напіввагонів відмовляють найчастіше. Результати. Проведено статистичний аналіз відмов та пошкоджень кузовів як універсальних напіввагонів, так і спеціалізованих напіввагонів з глухим кузовом різних моделей з урахуванням терміну експлуатації. Отримані результати дали можливість виконати порівняння технічного стану кузовів універсальних напіввагонів різних моделей та виконати порівняння технічного стану універсальних напіввагонів та спеціалізованих напіввагонів з глухим кузовом. Встановлено, що серед пошкоджень універсальних напіввагонів найчастіше зустрічаються обриви зварного шва вертикальних стояків, пошкодження кришок розвантажувальних люків та їх запорів, тріщини та злами вертикальних листів поперечних балок рами. Наукова новизна. Вперше було проведено порівняльний аналіз пошкоджуваності різних моделей напіввагонів та визначена залежність кількості відмов від терміну експлуатації. Практична значимість. Отримані результати дають можливість визначити напрямки розробки нових технічних рішень для удосконалення кузовів напіввагонів. На підставі проведеного аналізу з урахуванням фактичного технічного стану напіввагонів та рівня їх пошкоджуваності в залежності від моделі та терміну експлуатації можливо формування удосконаленої стратегії відновлення працездатності напіввагонів шляхом оптимізації термінів проведення ремонтів та технічного обслуговування.; EN: Purpose. To conduct a comparative analysis of the technical condition of the bodies of universal and specialized gondolas (with a blind body) owned by state and private operators. To determine the structural elements of the bodies that fail most often and pose a threat to traffic safety. Methodology. The study was conducted using statistical data on failures of universal gondolas owned by JSC Ukrzaliznytsia and private operators during operation over the period 2022-2024. For this purpose, data on wagons of various models and different service lives entering scheduled types of maintenance and repair were analyzed. During the study, classical methods of mathematical statistics and the well-known Microsoft Excel application package were used. The analysis made it possible to determine which models of gondolas prevail in the general fleet of cars and to establish which main structural elements of universal gondolas bodies fail most often. Findings. A statistical analysis of failures and damage to the bodies of both universal gondolas and specialized gondolas with a solid body of different models was carried out, taking into account the service life. The results obtained made it possible to compare the technical condition of universal gondolas bodies of different models, as well as to compare the technical condition of universal gondolas and specialized gondolas with a solid body. It was established that the most common types of damage to universal open-top freight wagons include failures of welded joints of vertical posts, damage to the covers of unloading hatches and their locks, cracks and fractures of the vertical sheets of the transverse beams of the frame. Originality. For the first time, a comparative analysis of damage occurrence of different models of gondolas was carried out and the dependence of the number of failures on the service life was determined. Practical value. The results obtained make it possible to determine the directions of development of new technical solutions for improving gondola bodies. Based on the analysis conducted, taking into account the actual technical condition of the gondolas and the level of their damage depending on the model and service life, it is possible to form an improved strategy for restoring the operability of gondolas by optimizing the timing of repairs and maintenance. 2026-01-01T00:00:00Z http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/33031 Title: Оптимізація енергоспоживання електропоїзда з багатодвигунним тяговим електроприводом з можливістю адаптивного вибору кількості активних тягових електродвигунів Authors: Маслій, Артем Сергійович; Антоненко, Роман Миколайович; Геврасьов, Валентин Анатолійович; Якубовський, Ярослав Володимирович; Maslii, A. S.; Antonenko, R. M.; Gevrasov, V. A.; Iakubovskyi, I. V. Abstract: UA: Мета. Метою роботи є розробка методу оптимального керування рухом електропоїзда з багатодвигунним тяговим електроприводом, який забезпечує мінімізацію енергоспоживання при фіксованому часі проходження ділянки з урахуванням реальних тягово-гальмівних характеристик, профілю колії та змінної кількості працюючих тягових електродвигунів. Методика. Задачу сформульовано як ізопериметричну задачу оптимального керування з обмеженням на сумарний час руху. Для її розв’язання застосовано метод динамічного програмування у дискретному просторі станів «шлях–швидкість». Обмеження на час враховано шляхом введення множника Лагранжа, оптимальне значення якого визначається ітераційно методом бісекції. У моделі враховано нелінійні тягові та гальмівні характеристики рухомого складу, обмеження швидкості вздовж колії, сили опору руху та вплив профілю шляху. Особливу увагу приділено коректному опису режимів гальмування, включаючи перехід від електричного до механічного на малих швидкостях. Додатково розроблено підхід до оптимізації кількості активних тягових електродвигунів, що дозволяє узгодити режим навантаження двигунів із їх енергетичною ефективністю. Результати. Запропонований алгоритм забезпечує побудову енергооптимальних профілів швидкості руху при заданих часових обмеженнях. Встановлено, що використання методу динамічного програмування дозволяє формувати раціональні режими тяги, вибігу та гальмування з урахуванням усіх обмежень. Врахування оптимальної кількості працюючих тягових двигунів забезпечує додаткове зниження енергоспоживання порівняно з режимами з фіксованою конфігурацією. За результатами чисельного експерименту досягнуто зменшення витрат енергії до 30–35 % відносно неоптимального (агресивного) режиму при збереженні заданого часу руху. Наукова новизна. Запропоновано узагальнений підхід до оптимального керування рухом поїзда, який поєднує динамічне програмування, адаптивний підбір множника Лагранжа та оптимальний вибір кількості активних тягових електродвигунів вздовж руху електропоїзда. Удосконалено модель руху за рахунок введення кінцевої швидкісної зони та коректного врахування режимів гальмування, що підвищує стійкість та адекватність чисельного розв’язання. Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані при створенні систем автоматизованого ведення поїздів, оптимізації графіків руху та підвищенні енергоефективності експлуатації тягового електрорухомого складу.; EN: ith a multi-motor traction electric drive motion that minimizes energy consumption while maintaining a fixed travel time over a given section, taking into account actual traction and braking characteristics, track profile, and the variable number of traction motors in operation. Methodology. The problem is formulated as an isoperimetric optimal control problem with a constraint on the total travel time. To solve it, the dynamic programming method is applied in the discrete “path–speed” state space. The time constraint is accounted for by introducing a Lagrange multiplier, whose optimal value is determined iteratively using the bisection method. The model accounts for the nonlinear traction and braking characteristics of the rolling stock, speed limits along the track, resistance forces, and the influence of the track profile. Particular attention is paid to the correct description of braking modes, including the transition from electric to mechanical braking at low speeds. Additionally, an approach has been developed to optimize the number of active traction motors, which allows the motor load mode to be aligned with their energy efficiency. Findings. The proposed algorithm enables the generation of energy-optimized speed profiles within specified time constraints. It has been established that the use of the dynamic programming method allows for the generation of optimal traction, coasting, and braking modes while accounting for all constraints. Taking into account the optimal number of operating traction motors provides an additional reduction in energy consumption compared to modes with a fixed configuration. According to the results of the numerical experiment, energy consumption was reduced by 30–35 % relative to the suboptimal (aggressive) mode while maintaining the specified travel time. Originality. A generalized approach to optimal train motion control is proposed, combining dynamic programming, adaptive selection of the Lagrange multiplier, and optimal selection of the number of active traction motors along the route of multiple unit electric train. The motion model has been improved by introducing a terminal speed zone and correctly accounting for braking modes, which increases the stability and accuracy of the numerical solution. Practical value. The results obtained can be used in the development of automated train control systems, the optimization of schedules, and the improvement of energy efficiency in the operation of electric traction rolling stock. 2026-01-01T00:00:00Z http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/33030 Title: Дослідження напружено-деформованого стану елементів кріплення кришок люків універсальних напіввагонів Authors: Мартинов, Ігор Ернстович; Труфанова, Альона Володимирівна; Шовкун, Вадим Олександрович; Дмитренко, Максим Володимирович; Martynov, I. E.; Trufanova, A. V.; Shovkun, V. N.; Dmitrenko, M. V. Abstract: UA: Мета. Дослідження міцності приварних елементів кріплення кришки люка універсального напіввагона. Елементи кріплення запірних пристроїв кришок люків кріпляться до кузова за допомогою заклепок. Ця технологія є досить витратною. Аналіз світового досвіду свідчить про можливість заміни заклепкових з’єднань зварними за умови забезпечення необхідної міцності конструкції. Методика. Кришки люків універсальних напіввагонів всіх моделей вважаються підлогою напіввагона. Вони призначені для нижнього розвантаження сипучих вантажів, а також сприймають переважну більшість вертикальних навантажень. Для дослідження напруженого стану приварних елементів кріплення кришок люків напіввагона (скоби запірного елементу та петлі розвантажувального люка) в програмному комплексі ANSYS розроблена тривимірна модель кузова універсального напіввагона. При побудові геометричної моделі кузова були враховані основні особливості конструкції, характер передачі навантаження на приварні елементи кріплення кришок люків. Розрахункова схема напіввагону імітує конструкцію кузова та складається з двох бокових стін, двох торцевих стін, підлоги. Модель закріплювалась у вузлах кріплення п’ятників кузова та навантажувалась вертикальними зусиллями. Оскільки кузов вагону вісесиметричений і навантаження, що прикладаються, також симетричні, то для зменшення трудомісткості розрахунків розглядалася четверта частина моделі. Результати. Виконавши розрахунок на міцність модернізованої конструкції кузова напіввагона встановлено, що удосконалена конструкція елементів кріплення та запирання люка напіввагона за показниками міцності відповідає вимогам діючих нормативних документів. Максимальні напруження, що виникають під дією навантаження, перебувають у межах 55–82 МПа. Максимальні напруження, що виникають у елементах конструкції скоб запирання люків під навантаженням, не перевищують 27 МПа, що відповідає вимогам нормативних документів. Наукова новизна. Вперше було проведено дослідження напружено-деформованого стану модернізованих приварних елементів кріплення кришок люків універсальних напіввагонів. Практична значимість. Отримані результати дають науково-технічне обґрунтування можливості проведення модернізації конструктивних елементів кузовів універсальних напіввагонів. На підставі проведеного аналізу міцності приварних елементів кріплення розвантажувальних кришок люків напіввагонів встановлено, що удосконалені елементи задовольняють вимогам діючих нормативних документів. Впровадження удосконаленої технології кріплення кришок люків дозволить зменшити собівартість виготовлення напіввагонів без втрати надійності рухомого складу в експлуатації.; EN: Purpose. To investigate the strength of welded fasteners for the hatch covers of a universal flatcar. The fasteners for the hatch cover locking mechanisms are attached to the car body using rivets. This technology is quite costly. An analysis of global experience indicates that riveted joints can be replaced with welded ones, provided the required structural strength is ensured. Methodology. The hatch covers of all models of universal flatcars are considered part of the flatcar floor. They are designed for bottom unloading of bulk cargo and also bear the vast majority of vertical loads. To study the stress state of the welded fastening elements of the flatcar hatch covers (locks and unloading hatch hinges), a three-dimensional model of a universal flatcar body was developed in the ANSYS software package. When constructing the geometric model of the car body, the main design features and the nature of load transfer to the welded fasteners of the hatch covers were taken into account. The computational model of the flatcar simulates the car body structure and consists of two side walls, two end walls, and a floor. The model was fixed at the body corner post attachment points and loaded with vertical forces. Since the car body is axisymmetric and the applied loads are also symmetric, one-fourth of the model was considered to reduce the computational effort. Findings. A strength analysis of the upgraded open-top car body structure revealed that the improved design of the fastening and locking elements for the car’s hatch meets the strength requirements of current regulatory standards. The maximum stresses arising under load are within the range of 55–82 MPa. The maximum stresses arising in the structural elements of the hatch locking brackets under load do not exceed 27 MPa, which meets the requirements of regulatory documents. Originality. For the first time, a study was conducted on the stress-strain state of the modernized welded fastening elements for the hatch covers of universal flatcars. Practical value. The results obtained provide a scientific and technical justification for the feasibility of modernizing the structural elements of the bodies of universal flatcars. Based on the analysis of the strength of welded fastening elements for the unloading hatch covers of flatcars, it was established that the improved elements meet the requirements of current regulatory documents. The implementation of the improved technology for fastening hatch covers will reduce the production cost of flatcars without compromising the operational reliability of the rolling stock. 2026-01-01T00:00:00Z