©
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 создали лабораторию биорезорбируемых сплавов

Научно-исследовательский институт прогрессивных технологий Тольяттинского государственного университета (НИИПТ ТГУ) пополнился новым подразделением. Лаборатория биорезорбируемых сплавов начала работу после победы в конкурсе Министерства науки и высшего образования РФ.


ТГУ прошёл инспекцию Росздравнадзора

В Тольяттинском государственном университете завершилась инспекция производства в соответствии с требованиями к внедрению, поддержанию и оценке системы менеджмента качества (СМК) медицинских изделий. Биорезорбируемые магниевые имплантаты и полуфабрикаты для них выпускают в технопарке ТГУ с соблюдением всех требований нормативной документации.


В 74 года в третий раз стал студентом

1 октября в России отмечают День пожилого человека. В Тольяттинском государственном университете сейчас обучаются порядка 30 студентов в возрасте от 60 до 74 лет, которые осваивают новые профессии и повышают квалификацию. Один из них – москвич Михаил Ефремов.


Учёные научились «читать» историю обработки деталей по их поверхности

Специалисты Тольяттинского государственного университета (ТГУ) и Национального исследовательского университета (НИУ) «МИЭТ» предложили метод, позволяющий по микрорельефу поверхности детали точно определять технологический маршрут её изготовления. Разработка помогает инженерам выявлять скрытые технологические отклонения, невидимые для стандартных измерительных приборов, и предотвращать преждевременные поломки ответственных узлов в авиации и машиностроении.


Химики нашли способ сломить оборону супербактерий

Разработаны вещества-адъюванты, повышающие эффективность самых мощных антибиотиков–карбапенемов против метициллин-устойчивого золотистого стафилококка (MRSA). Это значит, что такие препараты снова смогут работать там, где раньше они уже не помогали – при лечении тяжёлых больничных инфекций.


Учёные разгадали парадокс нефтяных насосов

Новые и отремонтированные погружные электродвигатели (ПЭД) оказались чувствительнее к повышению напряжения, чем двигатели с большим пробегом. Из-за этого в них быстрее растёт разрушительная вибрация, которая приводит к авариям и многомиллионным убыткам. Учёные России и Болгарии выяснили, почему так происходит, и нашли способ продлить срок службы оборудования.


В Тольятти создан первый отечественный акватардер

По техническому заданию ПАО «КАМАЗ» инженеры Передовой инженерной школы «гибридные и комбинированные технологии Тольяттинского государственного университета (ПИШ «ГибридТех» ТГУ) создали оригинальное отечественное решение – первичный тормоз-замедлитель (акватардер) для тяжёлой техники.