©
P-Reliz.ru - агрегатор пресс-релизов

​Информационная энтропия для предсказания разрушений

Фундаментальное исследование учёных Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) может привести к появлению нового способа прогнозирования разрушений ответственных изделий на объектах повышенной опасности. Суть способа в объединении методов количественного рекуррентного анализа и акустической эмиссии. В перспективе для этого может быть создана новая интеллектуальная диагностическая система.

Ученые ТГУ установили взаимосвязь между изменением поведения материала на микроуровне при пластической деформации, которая неминуемо заканчивается макроскопической потерей устойчивости и разрушением, и увеличением количества информации, содержащейся в потоке сигналов акустической эмиссии (АЭ) – ультразвукового «крика», который издает материал при его деформировании.  Количество информации – это в некотором смысле такая же измеряемая величина как объем или скорость, и она характеризуется информационной энтропией Шеннона. Исследования проводили на образцах серебра и меди, одновременно фиксируя диаграммы растяжения и записывая сигналы акустической эмиссии.

Материалы, в том числе металлические, из которых изготовлены все конструкции, при эксплуатации постепенно разрушаются. Это приводит к экономическим потерям, а иногда к техногенным катастрофам. Чтобы избежать этого, учёные всего мира пытаются спрогнозировать момент начала разрушений. В частности, используют метод акустической эмиссии: на металле закрепляют специальные высокочастотные датчики, которые «слышат» ультразвук, издаваемый металлом и фиксируют текущее состояние объекта.

Сотрудники научно-исследовательского института прогрессивных технологий (НИИПТ) ТГУ – младший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Эйнар Аглетдинов и ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук Игорь Ясников применили сравнительно новый метод статистической обработки сигналов АЭ – количественный рекуррентный анализ (КРА), вычислив как меняется энтропия Шеннона. Ее рост говорит о критическом изменении текущего состояния материала, связанном с резким увеличением количества мало предсказуемых, но масштабных событий. В обычной жизни таким событиям соответствует понятие сенсации – что-то из ряда вон.

– Метод КРА широко и успешно применяется для обработки самых разных сигналов не только в физике, но и в экономике, климатологии, океанологии, медицине. А вот применительно к акустической эмиссии метод КРА ранее практически не применялся, – рассказывает Эйнар Аглетдинов. – Ценность нашей работы в том, что мы, применяя эту связку, сначала вычислили критический момент, когда происходят необратимые процессы, приводящие к разрушению материала, а затем смогли подтвердить теорию экспериментально.

Запись непрерывного потока сигналов АЭ без специальных методов анализа не позволяет определить начало каких-то серьезных изменений. В описанной работе ученые научились выявлять из анализа потока сигналов АЭ момент взрывного роста энтропии Шеннона, что говорит о многократном усложнении процесса.

Также исследователи проанализировали экспериментальные кривые растяжения, одновременно с которыми была записана АЭ. По ним на основании представлений о физике процесса пластической деформации были определены точки, в которых кривые растяжения меняют свой характер. Первая такая точка совпала с моментом взрывного роста энтропии Шеннона. Именно этому моменту, предположительно, соответствует начало деструктивных изменений в материале как предвестниках полного разрушения образца.

Важно то, что для определения такой критической точки из кривой растяжения, образец надо довести до разрушения, а соответствующий ей момент резкого изменения энтропии Шеннона можно определить практически одновременно с этим изменением. То есть сочетая методы КРА и АЭ, образец не надо разрушать, чтобы определить момент, когда разрушение только начинается.

Пока это фундаментальная работа, но она имеет большой потенциал в будущем стать основой эффективной методики прогнозирования разрушения реальных изделий.

Статья учёных ТГУ с результатами экспериментов опубликована на английском языке в издании Physical Review. Самый престижный научный журнал по физике существует с 1893 года. За 130 лет в нём были опубликованы фундаментальные статьи, определившие развитие физической мысли: от измерения заряда электрона до предсказания существования бозона Хиггса за 50 лет до его обнаружения.

Исследование проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках реализации научного проекта № 22-72-00117.

P-Reliz.ru - аггрегатор пресс-релизов

Другие пресс-релизы Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"


Гибридные и комбинированные технологии ТГУ пошли в рынок

На минувшей неделе состоялось первое заседание Координационного совета Передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех») Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Представители семи высокотехнологичных компаний – индустриальных партнёров ПИШ «ГибридТех», включая генерального партнёра АО «АВТОВАЗ», подвели полугодовые итоги реализуемых ТГУ исследований и разработок, а также определили требования по подготовке кадров в ПИШ «ГибридТех».


Студенты ТГУ покажут «Музыку камня и дерева»

Фотоработы студентов Тольяттинского государственного университета (ТГУ) стали частью новой экспозиции Отдела современного искусства Тольяттинского художественного музея (ОСИ ТХМ). Фотографии выполнены в рамках студенческого проекта «[PRO]ГОРОД в объективе», который реализуется на базе центра урбанистики и стратегического развития территорий ТГУ.


Михаил Криштал в четвёртый раз утверждён ректором ТГУ

1 июля в Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации вышел приказ об утверждении Михаила Криштала в должности ректора Тольяттинского государственного университета сроком на 5 лет. Таким образом, Министерство признало легитимность прошедших в ТГУ 29 марта 2024 года выборов ректора.


Студентка ТГУ будет учить школьников химии

Екатерина Денисова из Тольяттинского государственного университета (ТГУ) стала победителем первого сезона конкурса Росмолодёжь.Гранты среди физических лиц в 2024 году. Она представила проект «Профориентационный обучающий химический трек «Школа юных химиков».


В ТГУ нашли способ предупредить сбои в работе трансформатора

Выпускник Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) Лев Москалёв разработал систему предиктивной аналитики технического состояния силового трансформатора. Она позволит прогнозировать срок службы агрегата и возможные неполадки в его работе. Проект – победитель грантовой программы Минобрнауки РФ «Студенческий Стартап».


Разработка студента ТГУ снизит процент брака при создании металлических изделий

Четверокурсник института машиностроения Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) Роман Воронов предложил техническое решение, которое поможет работе металлообрабатывающих предприятий. Новаторство идеи обеспечило студенту победу во Всероссийском инженерном конкурсе. Юбилейный сезон соревнования проводился по 13 отраслям науки, обучающиеся 243 вузов подали более 10 тысяч заявок. Победителями стали 54 студента со всей России.


ТГУ будет готовить инженеров нового поколения

В сентябре Тольяттинский государственный университет (ТГУ) начнёт подготовку высококвалифицированных инженерных кадров в рамках федерального проекта Передовые инженерные школы (ПИШ).