©
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"


Учёные разгадали парадокс нефтяных насосов

Новые и отремонтированные погружные электродвигатели (ПЭД) оказались чувствительнее к повышению напряжения, чем двигатели с большим пробегом. Из-за этого в них быстрее растёт разрушительная вибрация, которая приводит к авариям и многомиллионным убыткам. Учёные России и Болгарии выяснили, почему так происходит, и нашли способ продлить срок службы оборудования.


В Тольятти создан первый отечественный акватардер

По техническому заданию ПАО «КАМАЗ» инженеры Передовой инженерной школы «гибридные и комбинированные технологии Тольяттинского государственного университета (ПИШ «ГибридТех» ТГУ) создали оригинальное отечественное решение – первичный тормоз-замедлитель (акватардер) для тяжёлой техники.


Хладагент для кондиционеров как сырьё для лекарств

Химики Тольяттинского государственного университета разработали метод синтеза 4,4,4‑трифторбутиналя – редкого соединения, необходимого для создания фторсодержащих лекарственных препаратов. Исходным продуктом служит газ HFO‑1234yf – коммерчески доступный и экологичный хладагент нового поколения. Ранее получить это вещество в граммовых количествах было практически невозможно из‑за сложности и опасности процесса.


ТГУ внедряет ИИ в разработку учебных курсов

В 2026 году генеративный искусственный интеллект окончательно перешёл из категории экспериментальных технологий в арсенал повседневных инструментов высшей школы. Ручная разработка образовательных материалов становится ресурсно нецелесообразной на фоне высоких требований рынка и запроса студентов на гибкие, персонализированные траектории обучения.


Дроны вне законов

Действующие нормативные правовые акты РФ пока не могут эффективно урегулировать использование беспилотной авиации, а экспериментальный правовой режим в отношении беспилотной авиации в том виде, в котором он сейчас существует, – это тупиковый путь развития законодательства. К такому выводу пришли учёные-правоведы Саратова и Тольятти.


Выпускник ТГУ «научил» компьютеры экономить на хранении

Даниил Данилов из Тольяттинского государственного университета (ТГУ) создал прототип системы, которая автоматически сортирует, распределяет и защищает неструктурированные данные компании, почти на треть сокращая затраты на их хранение. Этот проект стал темой его выпускной магистерской диссертации, которую он защитил на отлично.


Не бояться говорить на иностранном языке

В Тольяттинском государственном университете разработали методику, которая помогает студентам свободнее и увереннее строить устную речь на иностранном языке. Она направлена на развитие неподготовленного высказывания, когда нужно быстро сформулировать мысль, предположение или ответ без длительного обдумывания и заучивания.