MODELING AND LIFE PREDICTION OF CORRODED VEHICLE FRAME STRUCTURES: A RELIABILITY-BASED APPROACH
DOI:
https://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-6-17Keywords:
transport, transport technologies, load-bearing systems, computer technologies, automation, computer modeling, reliability, corrosionAbstract
The article presents on methodological foundations for a comprehensive approach to modeling and assessing the reliability of load-bearing systems in vehicles operating under conditions of intensive corrosive degradation. The relevance of the study is determined by the critical impact of corrosion on the safety, service life, and economic efficiency of various rolling stock units. The aim of the work is to develop an integrated toolkit that allows predicting changes in the load-bearing capacity of structures over time. To achieve this goal, the authors utilize modern computer technologies and methods, including systems analysis, statistical processing of failure data, probabilistic models, and computer modeling using the finite element method to analyze the stress-strain state considering material loss. The developed approach integrates models of various types of corrosion damage (uniform, pitting) into general structural reliability models. The automation of calculations through specialized software enhances the accuracy of residual life prediction. The study results prove that ignoring the corrosion factor leads to a dangerous overestimation of the mean time between failures. Key influence parameters have been established, enabling the optimization of design solutions and materials to improve corrosion resistance. The proposed methodologies form the basis for transitioning from scheduled preventive maintenance to a condition-based strategy, significantly enhancing safety and economic efficiency in the field of transport technologies. The developments have broad potential for implementation in the design, production, and operation of various types of transport vehicles.
References
Про Національну транспортну стратегію України на період до 2030 року : постанова Кабінету Міністрів України від 27 грудня 2024 р. № 1550. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1550-2024-%D0%BF#n17 (дата звернення: 03.03.2025).
Fomin O. V., Burlutskyi O. V., Kulbovskyi I. I., Veremeienko L. A. Modelling and prevention of corrosion in load-bearing elements of freight cars. Municipal Economy of Cities. Series: Technical Sciences and Architecture. 2025. 3(191). 597–605. DOI: https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-3-191-597-605
Chenxing Cui, Li Song, Jinliang Liu and Zhiwu Yu ,Corrosion-Fatigue Life Prediction Modeling for RC Structures under CoupledCarbonation and Repeated Loading. Mathematics 2021. 9(24). 3296. https://doi.org/10.3390/math9243296
Hrabová K., Lehner P., Ghosh P., Konečný P., Teplý B., Sustainability Levels in Comparison with Mechanical Properties and Durability of Pumice High-Performance Concrete. Appl. Sci. 2021. 11. 4964. https://doi.org/10.3390/app11114964
Qiang Li, Jintao Lan, Lu Shen, Jiping Yang, Chong Chen, Zhilu Jiang, Chao Wang. A state-of-the-art review on monitoring technology and characterization of reinforcement corrosion in concrete Case Studies in Construction Materials. Vol. 22. July 2025, e04780 https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e04780
Jin G., Jiang Y., Tian Y., et al. Design and application of MCD steel reinforcement corrosion detection apparatus, J. Build. Mater., 23 (03) (2020), pp. 733-738 https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9629.2020.03.035
А. О. Sulym, O. V. Fomin, P. О. Khozia, A. G. Mastepan , Theoretical and practical determination of parameters of on-board capacitive energy storage of the rolling stock, Scientific Bulletin of the National Mining University. 2018. № 5. С. 79–87. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-5/8
Wang Y., Zhang P., Qin G. Reliability assessment of pitting corrosion of pipeline under spatiotemporal earthquake including spatial-dependent corrosion growth. Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol. 148. P. 166–178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.10.005
Fomin O., Sulym А., Kulbovsky I., Khozia P., Ishchenko V. Determining rational parameters of the capacitive energy storage system for the underground railway rolling stock. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 2. № 1. P. 63–71. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126080.
Ferrarotti A., Ghiggini E.V., Rocca R. et al. Simulation of corrosion phenomena in automotive components: a case study. Materials. 2023. Vol. 16. № 15. P. 5368. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16155368
Tran L., Nguyen T.-H. Effect of Metal Corrosion on the Structural Reliability of the 3D Steel Frames. Advances in Engineering Research and Application. Proceedings of the International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA 2020 : матеріали конф. 2021. P. 39–44. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-16-0053-1_5
Kawasaki Y., Shiotani T., Ohtsu M. Corrosion mechanisms in reinforced concrete by acoustic emission. Construction and Building Materials. 2013. Vol. 48. P. 1240–1247. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.02.020
Luo Y., Zhang C., Liu J. Identifying ship-wakes in a shallow estuary using machine learning. Ocean Engineering. 2022. Vol. 245. P. 110456. DOI: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.110456
Fomin O. et al. Durability Determination of the Bearing Structure of an Open Freight Wagon Body Made of Round Pipes during its Transportation on the Railway Ferry. Communications – Scientific Letters of the University of Zilina. 2019. Vol. 21. № 1. P. 28–34. https://doi.org/10.26552/com.C.2019.1.28-34
Melchers R.E. Mathematical modelling of the diffusion phase of marine corrosion. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 2003. Vol. 125. № 4. P. 264–271. https://doi.org/10.1115/1.1600467
Фомін О., Ловська А., Кульбовський І., Голуб Г., Козарчук І., Харута В. Визначення динамічного навантаження на піввагон при його кріпленні в’язким з’єднанням до палуби парома. Східно-Європейський журнал передових технологій. 2019. № 2. С. 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.160456
Wang J., Zhang R. Reliability-Based Optimization Design of Variable Cross-Section Component. Corrosion Science. 2020. Vol. 174. P. 108840. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108840.
Qu C.-X., Jiang J.-Z., Yi T.-H., Li H.-N. Computer vision-based 3D coordinate acquisition of surface feature points of building structures. Engineering Structures. 2024. Vol. 300. P. 117212. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.117212
Sadeghian M. The Reliability Assessment of a Ship Structure under Corrosion and Fatigue, using Structural Health Monitoring. International Journal of Engineering. 2022. Vol. 35. № 9C. P. 1765–1778. https://doi.org/10.5829/IJE.2022.35.09C.13
Анофрієв В. Г., Донєв О. А., Мацюк А. С., Оберняк С. М. Аналіз виникнення несправностей та зносу елементів шворневої балки піввагона. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. 2012. Вип. 41. С. 7–10. DOI: https://crust.ust.edu.ua/server/api/core/bitstreams/0a889730-e131-4ee4-8a3f-1250c615c159/content
Сапронова С. Ю., Буліч Д. І., Ткаченко В. П. Продовження терміну експлуатації вантажних вагонів. Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. 2017. № 3. С. 179–182.
Пухлій В. М., Шевченко О. А. Діагностика технічного стану та прогнозування залишкового ресурсу металевих конструкцій транспортних засобів. Київ : НТУ, 2018. 210 с.
Коваленко В. С., Білоног О. М. Стратегії технічного обслуговування та ремонту машин на засадах надійності. Вісник Національного транспортного університету. 2020. Вип. 45. С. 124–130.
ДСТУ ISO 9223:2017. Корозія металів і сплавів. Агресивність атмосфер. Класифікація, визначення та оцінка. Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2017. 24 с.
Мельник Р. Ф., Захарченко В. Г. Надійність і довговічність машинобудівних конструкцій в умовах корозійного впливу. Харків : ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2019. 185 с.
Downloads
Published
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
