©
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"


В ТГУ стартует «АвтоТех»

Тольяттинский государственный университет (ТГУ) и Тольяттинская академия управления (ТАУ) запускают новую, третью по счёту акселерационную программу по созданию инновационных продуктов для высокотехнологичных отраслей промышленности.


В ТГУ открываются новые профили подготовки

В 2024 году в Тольяттинском госуниверситете (ТГУ) появится 11 новых образовательных программ по инженерным и педагогическим направлениям подготовки.


Программируя поведение имплантата

Учёные Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали базовую методику определения скорости резорбции (растворения) магниевых сплавов для медицинских имплантатов. Это один из шагов по созданию ГОСТа на эту методику, над которым работают исследователи ТГУ и Московского государственного медико-стоматологического университета имени А. И. Евдокимова (МГМСУ).


Цифровые следы студентов привели к новым инструментам для образования

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) разработали методику отслеживания удовлетворённости студентов качеством и сопровождением учебного процесса. В её основе – цифровой след и инструменты Big Data.


Александр Бочкарев из ТГУ – инженер года в России

Старший преподаватель кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» Тольяттинского государственного университета (ТГУ) стал одним из победителей XХIV Всероссийского конкурса «Инженер года-2023» в номинации «Сварка».


Учёные разработали новые противоопухолевые соединения

Исследователи синтезировали вещества, способные подавлять рост клетки трижды негативного рака молочной железы – этот тип женской онкопатологии сложнее всего поддаётся лечению. В исследовании приняли участие специалисты трёх вузов – Санкт-Петербургского государственного университета, Белорусского государственного университета, Тольяттинского государственного университета, а также НМИЦ онкологии имени Н. Н. Блохина (Москва).


Будут «варить» ультразвуком

Автоматические комплексы ультразвуковой сварки Тольяттинский госуниверситет (ТГУ) поставит АВТОВАЗу до конца 2024 года. Производство запустят на площадке вузовского инновационно-технологического парка. В планах производить до 100 комплексов в год для предприятий автомобилестроения.