©
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"


Назван фактор эффективного обучения инженеров

Исследователи Тольяттинского государственного университета (ТГУ) выяснили, как организовать учебный процесс, чтобы готовить квалифицированных и конкурентоспособных инженеров. Этому способствует проектная работа в команде. Первое в мире подробное педагогическое исследование показало, как проектный подход помогает студентам выстроить собственную образовательную траекторию и получить работу мечты. Его результаты могут быть полезны для всех высших учебных заведений, где обучают будущих инженеров.


ТГУ привлекут к реализации нового нацпроекта

Тольяттинский госуниверситет (ТГУ) станет участником консорциума «Национальная научно-исследовательская сеть станкостроения». Он создан для реализации в Самарской области национального проекта «Средства производства и автоматизации», который сейчас формируется в России.


Сделано в ПИШ «ГибридТех»

В августе первая продукция Передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех») будет поставлена на АО «АВТОВАЗ» в рамках договора по модернизации автоматических линий ультразвуковой сварки. Благодаря этому повысится надёжность линии и её производительность вырастет в 1.5 раза.


Студент ТГУ защитил диплом из прифронтовой зоны

Защиту выпускной квалификационной работы студент Росдистанта провёл в условиях боевых действий. Благодаря своей настойчивости и поддержке со стороны администрации Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) теперь он дипломированный химик-технолог.


Благодаря эксперту ТГУ оправдан невиновный человек

Экспертиза, проведённая преподавателем Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) Дианой Третьяковой, официальным членом Гильдии лингвистов-экспертов по документационным и информационным спорам (ГЛЭДИС)*, поставила точку в судебном разбирательстве и помогла признать гражданина А. невиновным.


Робот привёл студента ТГУ к победе

Роман Грачёв из института машиностроения Тольяттинского госуниверситета (ТГУ) стал финалистом III этапа XIV Национальной научно-технической конференции. Его проект «Роботехнический комплекс для дефектоскопии трубопроводов малого диаметра» вошёл в тройку лучших в секции «Робототехника и искусственный интеллект».


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».