©
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"


Журналы ТГУ включены в «Белый список»

Утверждена российская часть Единого государственного перечня научных изданий («Белый список»). В него вошли все научные журналы, издаваемые в Тольяттинском госуниверситете (ТГУ): «Frоntiеr Mаtеriаls & Тесhnоlоgiеs», «Цифровая экономика и инновации», «Доказательная педагогика и психология», «Jиs striсtum».


ТГУ получил экспертную оценку премии Правительства РФ

В Тольяттинском государственном университете завершила работу независимая группа экспертов премии Правительства РФ в области качества. В течение недели специалисты вели очное обследование, цель которого – определить, насколько университет соответствует критериям модели высшей награды в области делового совершенства и качества процессов организации.


Разработки ТГУ выиграли миллионные гранты

Три обучающихся Тольяттинского государственного университета (ТГУ) стали победителями конкурса «Студенческий стартап» Платформы университетского технологического предпринимательства за 2025 год и получат по миллиону рублей на развитие своих проектов.


В храме ТГУ освятили иконостас

В храме святой мученицы Татианы, покровительницы студентов, чьё имя носит храм Тольяттинского государственного университета (ТГУ), завершено оформление иконостаса. Долгое время 13 икон, расписанных в Свято-Троицкой Сергиевой Лавре, хранились в строительном вагончике, а в 2021 году на льготных условиях были переданы университету через фонд «Духовное наследие» благотворителем и выпускником ТГУ Сергеем Анпиловым.


Подведены промежуточные итоги приемной кампании

В Тольяттинском госуниверситете конкурс по заявлениям от абитуриентов на бюджетные места бакалавриата и специалитета в 2025 году по сравнению с прошлым годом вырос на 26,4% и достиг уровня 9,44 заявлений на место.


ТГУ предоставит компании МНКТ свои разработки и студентов

ООО «МНКТ» (Казань) и Тольяттинский государственный университет (ТГУ) договорились о взаимовыгодном сотрудничестве.


Formula Student ТГУ: обучаем побеждать с первого курса

На Всероссийском инженерном соревновании Formula Student Russia 2025 команда Tольяттинского госуниверситета заняла третье место в общем зачете класса CV. Но, несмотря на то, что много лет Togliatti Racing Team были первыми, нынешняя победа особенно почетна и дорога команде.