©
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"


ТГУ участвует в системном развитии отрасли БАС в России

В Москве состоялось заседание комиссии Госсовета РФ по направлению «Промышленность» под председательством губернатора Самарской области Вячеслава Федорищева. Рассматривались вопросы развития беспилотных систем и химической промышленности. На заседание комиссии был приглашён и ректор Тольяттинского государственного университета (ТГУ) Михаил Криштал.


В ТГУ знают, как спасти энергосети от последствий магнитной бури

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) создана первая в России научно обоснованная система мониторинга геоиндуцированных токов для сетей 220 кВ и выше. Она позволит защитить электросети России от всплесков солнечной активности.



ТГУ меняет подход к охране труда

Тольяттинский государственный университет (ТГУ) запатентовал программу «АУРА», которая автоматически оценивает профессиональные риски и сразу выдаёт готовый документ. Приложение упростит работу специалистов по охране труда, на которую уходили недели.


Срок службы деталей КПП может увеличиться

Исследователи из Тольяттинского государственного университета (ТГУ) предложили режим термической обработки латуни, который более чем в два раза повышает износостойкость материала, используемого для изготовления колец синхронизаторов коробки переключения передач (КПП). Главный секрет – закалка в водополимерном растворе с изменяемой скоростью охлаждения за счёт подбора его концентрации, что отличается от традиционного охлаждения на воздухе после штамповки.


В ТГУ улучшают сплавы магния и алюминия

Российский научный фонд (РНФ) поддержал грантами исследования двух учёных Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Цель одного из проектов – управлять скоростью растворения биорезорбируемых магниевых сплавов, используемых в производстве медицинских имплантатов, второй проект посвящён улучшению свойств сплавов из алюминия, применяемых в авиации и машиностроении.


В клиниках РФ идёт активное внедрение имплантатов MgSorb

В НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского состоялась научно-практическая конференция «MgSorb: клинический опыт и перспективы применения магниевых имплантов. От импорта к технологическому суверенитету». Одним из центральных событий стала презентация разработок Тольяттинского государственного университета (ТГУ) и ООО «Медицинская Торговая Компания» (МТК) – первых в России биорезорбируемых (растворяющихся) имплантатов из сплава магния MgSorb.