©
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"


Абитуриентам ПИШ ТГУ открываются новые горизонты

В Передовой инженерной школе «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех») Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) начат приём абитуриентов на четыре новых профиля подготовки – три в магистратуре и один на бакалавриате. Готовить будут управленцев, а также специалистов по полимерным материалам и цифровым двойникам.


ТГУ открывает институт беспилотной авиации

Решение об этом принято на учёном совете вуза 26 июня 2025 года. Институт беспилотной авиации и беспилотных мобильных систем создан в Тольяттинском госуниверситете (ТГУ) во исполнение поручения Президента РФ Владимира Путина. Набор обучающихся на первый курс объявлен в рамках приёмной кампании этого года.


В ТГУ выводят на новый уровень создание «умных покрытий»

Учёные Тольяттинского государственного университета (ТГУ) совершенствуют технологию плазменно-электролитического оксидирования для получения принципиально новых многофункциональных smart-покрытий, применяемых в медицине и технике. Исследования поддержаны Российским научным фондом (РНФ).


В ТГУ открыли набор на новый профиль подготовки

В институте химии и энергетики Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) в этом году проведут первый набор обучающихся на профиль «Технологии продуктов функционального и специализированного питания». Подготовка будет вестись по заказу партнёра института – компании «Фитнес Фуд».


В ТГУ открыта лаборатория микробиологии

Новая исследовательская лаборатория появилась в Тольяттинском госуниверситете (ТГУ) для обучения студентов по профилю «Технологии продуктов функционального и специализированного питания». Оснащена она на средства ООО «Фитнес Фуд».


Методики профессора ТГУ внедрят в Китае

В июне 2025 года в КНР вышло китайское издание книги «Формирование семейной грамотности у детей дошкольного возраста». Её автор – Ольга Дыбина, профессор, доктор педагогических наук, заведующий кафедрой «Педагогика и психология» гуманитарно-педагогического института Тольяттинского государственного университета.


Книга издательства ТГУ покорила «Красную площадь»

Библиотечно-издательский комплекс Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) стал обладателем специального диплома XVIII Международного конкурса книжной иллюстрации и дизайна «Образ книги» за серию книг о приключениях библиотечного кота Кузи. Конкурс проходил в рамках книжного фестиваля «Красная площадь».