Проанализирован характер деформирования, определены максимальные остаточные деформации и оценена энергоемкость элементов существующей конструкции силового пояса кабины управления электровоза ЭП1М при продольных ударных воздействиях в его лобовую подоконную часть, которые характеризуют аварийное столкновение электровоза с препятствием (грузовым автомобилем, автоцистерной и т.п.), имеющим высоко расположенный центр масс.

Разработан алгоритм исследования процесса деформирования элементов, предназначенных для пассивной защиты локомотива скоростного пассажирского поезда при аварийных столкновениях. Проанализированы особенности деформирования элементов пассивной защиты за пределом упругости с учетом физической и геометрической нелинейностей, а также влияния скорости деформации на физико-механические характеристики материала конструкции.

Дана оценка напряженно-деформированного состояния элементов конструкции кабины машиниста локомотива скоростного пассажирского поезда при его столкновении с мобильным транспортным средством с использованием разработанных математических конечно-элементных моделей.

Определены основные принципы разработки энергопоглощающих элементов системы пассивной безопасности железнодорожных экипажей при аварийных столкновениях. В качестве элемента пассивной защиты, позволяющего организовать последовательное ступенчатое поглощение кинетической энергии удара, предложено использовать короб в форме усеченной пирамиды, содержащий трехслойный сотовый блок. Проведено конечно-элементное моделирование нелинейного динамического деформирования рассматриваемой защитной конструкции при ударе и дана оценка возможного уровня энергопоглощения.

Приведены результаты анализа современных мировых тенденций и подходов к решению проблемы пассивной безопасности железнодорожных экипажей, в частности локомотивов, а также действующей в настоящее время в европейских странах нормативной базы, регламентирующей пассивную безопасность скоростных и высокоскоростных пассажирских поездов. Определены основные принципы создания пассивной защиты локомотива скоростного пассажирского поезда. Предложена концепция пассивной защиты локомотива нового поколения, предназначенного для скоростного железнодорожного движения по колее 1520 мм.

Особенностью разработанной модульной кабины машиниста является принципиально новая конструкция ее каркаса с усиленной лобовой стенкой, жертвенной зоной и зоной безопасности. С помощью конечно-элементного математического моделирования показано, что при сверхнормативных нагрузках, соответствующих тестовому сценарию столкновения электровоза с грузовым вагоном, происходит контролируемое пластическое деформирование жертвенной зоны, в зоне безопасности сохраняется пространство длиной более 750 мм для выживания и эвакуации локомотивной бригады, а уровень продольного ускорения не превышает 5g.

Отмечено, что приоритетным направлением развития железнодорожного транспорта Украины является внедрение скоростного пассажирского движения и обновление подвижного состава. Локомотив нового поколения должен иметь систему пассивной безопасности, которая в случае неизбежного столкновения обеспечивает преобразование энергии удара в механическую работу, связанную с контролируемым пластическим деформированием специальных устройств поглощения энергии (УПЭ), что позволит уменьшить тяжесть последствий аварии и сохранить жизни пассажиров и поездной бригады. Рассмотрена актуальная проблема разработки УПЭ для скоростного пассажирского локомотива на основе результатов математического моделирования пластического деформирования УПЭ при сверхнормативных ударах и натурных ударных испытаний (крэш-тестов) УПЭ на базе европейского стандарта EN 15227. Приведены результаты выполненного в испытательном центре TUV SUD Rail GmbH (Герлиц, Германия) крэш-теста опытного образца УПЭ коробчатого типа, содержащего сотовые пакеты. Конструкция УПЭ разработана в сотрудничестве Института технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины с ООО "Проектно-конструкторское производственное предприятие МДС" и запатентована в Украине. Цель крэш-теста - экспериментальное исследование пластического деформирования исследуемой конструкции при ударе, определение характеристики контактного усилия между соударяющимися телами, оценка энергоемкости опытного образца УПЭ. Дано описание разработанного научно-методического обеспечения. Приведены результаты конечно-элементного моделирования крэш-теста опытного образца УПЭ. Выполнена верификация разработанной конечно-элементной модели путем сравнения по критериям европейского стандарта EN 15227 результатов, полученных расчетным и экспериментальным путями. Подтверждена достоверность результатов численных расчетов, выполненных с помощью разработанного научно-методического обеспечения.