©
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"


«Зелёный протокол» для новых препаратов

Учёные Тольяттинского государственного университета (ТГУ) и Самарского государственного технического университета (СамГТУ) разработали экологичный метод синтеза, который может быть использован при получении потенциальных лекарственных препаратов. Созданный ими при поддержке гранта Российского научного фонда подход позволяет получать сложные молекулы без применения токсичных растворителей и катализаторов.


УЗ-прибор ТГУ готов к новым медицинским тестам

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) завершена разработка предсерийного образца ультразвукового (УЗ) хирургического комплекса для проведения операций эндопротезирования и артропластики. Оборудование создано по заказу компании ООО «МЕДТЭК» (Москва).


Как избежать пожаров и аварий на опасных производствах

Исследователи Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали решение для повышения безопасности на объектах гидроэнергетики. Стеклянные трубки на мощных маслонапорных установках (МНУ) учёные предлагают заменить магнитными указателями и «умными» датчиками, предсказывающими износ масла. Разработка планируется к внедрению на Зейской ГЭС ПАО «РусГидро».


Учёные ТГУ навсегда вписаны в историю Самарской области

Имена пяти выдающихся учёных Тольяттинского государственного университета (ТГУ) официально увековечены в регионе. Решением экспертного совета при министерстве культуры Самарской области они включены в Реестр выдающихся личностей, чья жизнь и деятельность связаны с губернией.


Учёные ТГУ– создатели нового технологического уклада РФ

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) отпраздновали День российской науки. На торжественный приём ректора собрался цвет научного сообщества вуза – от ведущих профессоров и руководителей стратегических проектов до молодых учёных, аспирантов и студентов. Наиболее отличившимся вручили заслуженные награды.


Имплантаты ТГУ из сплава магния меняют хирургию

Российские травматологи переходят на использование инновационных биорезорбируемых имплантатов. Уникальные медицинские изделия, которые со временем полностью растворяются в организме, производят в инновационно-технологическом парке Тольяттинского государственного университета (ТГУ) в коллаборации с ООО «Медицинская торговая компания» (МТК). Сегодня имплантаты MgSorb уже успешно применяют в клиниках российских городов – от Калининграда до Южно-Сахалинска.


Снять «болевые точки» дистанционного образования

Учёные Тольяттинского государственного университета (ТГУ) представили инновационную разработку в области онлайн-образования, предложив комплексный автоматизированный подход к оценке удовлетворенности студентов. Эта система позволит оперативно реагировать на потребности учащихся, проактивно улучшать качество онлайн-курсов, особенно инженерного профиля, благодаря внедрению чат-ботов, искусственного интеллекта (ИИ) и передовой учебной аналитики.