«AP26102347 — Разработка и совершенствование систем на базе направленного вихретокового датчика для обнаружения дефектов железнодорожных рельсов с применением методов машинного обучения»

Реализация данного проекта позволит модернизировать существующий прототип датчиков вихретокового контроля (ВТК) для последующей интеграции в комплексную систему, направленную на раннее обнаружение локальных дефектов рельсовых путей, что способствует предотвращению аварийных ситуаций в железнодорожной отрасли.

Железные дороги остаются важнейшим видом транспорта, однако рельсы, как основной элемент пути, подвержены механическим, тепловым и коррозионным нагрузкам, что приводит к появлению дефектов и снижению структурной целостности. Рост скоростей и пропускной способности требует поддержания рельсов в оптимальном состоянии, что делает неразрушающий контроль (НК) критически важным. Текущие методы инспекции в основном основаны на визуальном осмотре, зависящем от квалификации инспектора и ограниченном выявлением поверхностных дефектов. Ограниченность доступных технологий усложняет задачу обеспечения надежного обнаружения повреждений и эффективной обработки данных.

Вихретоковый контроль (ВТК) становится востребованным благодаря высокой точности и производительности. Исследование направлено на разработку оптимизированных ВТК-датчиков для мониторинга состояния поверхности рельсов в реальном времени, с акцентом на выявление трещин в зоне сварных швов и на боковых гранях головки рельса. Предусмотрены создание нового направленного датчика и модернизация существующего оборудования, что повысит точность диагностики и снизит риск пропуска критических дефектов.

Особое внимание уделено интеграции методов машинного обучения для улучшения классификации дефектов и повышения эффективности обработки сигналов. Проект позволит повысить готовность оборудования к коммерциализации, укрепить конкурентоспособность отечественной дефектоскопии и разработать специализированное программное обеспечение для направленного ВТК-датчика.

Основные результаты исследований отражены в:

10. Mussatayev, R. Kempka, and M. Alanesi, “Towards Advancing Real-Time Railroad Inspection Using a Directional Eddy Current Probe,” Sensors, vol. 24, no. 20, p. 6702, Oct. 2024, doi: 10.3390/s24206702.
11. Mussatayev, Mohammed Ali Fakih, Mark Fitzgerald, Roger Lewis, Abay Beisenbekov, Gulsim Rysbayeva, Berik Rysbayev. Advanced real-time rail monitoring system based on directional eddy current probe, submitted to NDT and E International. It has been assigned the following manuscript number: NDTEINT-D-24-00962 (under review).
12. Mussatayev, “Eddy current testing probe for detecting defects in electrically conductive materials of complex shape. Patent for utility model № 9390”

AP23487831 «Моделирование неровностей пути для исследования динамических качеств экипажа инновационного подвижного состава на основе теоретико-экспериментальных исследований»

Цель проекта заключается в теоретико-экспериментальном обосновании улучшенных и оптимальных конструктивных элементов экипажа инновационного подвижного состава на основе моделирования вертикальных и горизонтальных неровностей пути.

Взаимодействие подвижного состава и железнодорожного пути представляет собой сложную для исследования инженерную задачу. В реальных условиях рельсы и колеса имеют неровности на поверхности качения, а также другие технологические особенности, в результате чего, в конструктивных элементах экипажа подвижного состава возникают колебания. Безопасность движения подвижного состава, ритмичность и рентабельность работы железнодорожного транспорта в целом существенно зависит от конструкции и состояния не только железнодорожного пути, но и динамических характеристик экипажа подвижного состава. Колебания подвижного состава при движении по неровному железнодорожному пути оказывают влияние на состояние пассажиров. Кроме того, колебания снижают эксплуатационные характеристики экипажа, поэтому одним из основных требований, предъявляемыми к современному транспорту являются повышение плавности хода и улучшения комфортабельности езды.

Построение математической модели, учитывающей неровностей пути и описывающей динамику системы «экипаж-путь», с учетом жестких диагональных связей с использованием основных положений классической механики; разработка методологии по оценке показателей надежности экипажа инновационного подвижного состава с жесткими диагональными связями и коническими подшипниками кассетного типа на основе критерия усталостной прочности; разработка инженерной расчетной методики для определения показателей надежности штампосварного экипажа с коническими подшипниками кассетного типа на основе теории вероятности безотказной работы; разработка методики статической обработки экспериментальных данных для составления степенного уравнения кривой усталости на основе сравнительной оценки результатов испытаний по амплитудам при фактических и эквивалентных нагрузках; выработка комплекса конструктивных решений по оценке динамических характеристик экипажа инновационного подвижного состава с учетом различных неровностей пути.

Теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в рамках данного проекта, позволят разработать специализированные расчетные схемы и математические модели экипажа инновационного подвижного состава с учетом различного типа неровностей пути. Таким образом, исследование влияния неровностей пути на динамику экипажа будет направлено на улучшение динамических качеств инновационного подвижного состава и на разработку предложений по дополнениям к нормативной документации, регламентирующей геометрические параметры неровностей.

Основные результаты исследований отражены в:

1. Исследование динамических качеств экипажа инновационного подвижного состава на основе моделирования неровности пути и теоретико-экспериментальных исследований Солоненко В.Г., Мусаев Ж.С., Малик А.А., Махметова Н.М., Ахатов С.Т., Кибитова Р.К., Ивановцева Н.В. 2025 Алматы – 222 стр. SSN/ISBN 978-601-325-367-1 Монография
2. Solonenko, V.G.; Musayev, J.S.; Makhmetova, N.M.; Malik, A.A.; Yermoldina, G.T.; Akhatov, S.T.; Ivanovtseva, N.V. Dynamic Analysis of Railway Vehicle–Track Interaction: Modeling Elastic–Viscous Track Properties and Experimental Validation. Appl. Sci. 2025, 15, 7152. https://doi.org/10.3390/app15137152