©
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"


Первая защита в диссовете ТГУ по педагогике

Первая кандидатская диссертация по педагогике защищена в диссертационном совете Тольяттинского госуниверситета (ТГУ). Целевой аспирант Александра Орлянская представила свою научную работу на тему «Подготовка педагогов к обучению детей безопасному поведению на дорогах в условиях социального партнёрства». Исследование молодого учёного – наглядный пример того, как вузовская наука решает конкретные жизненные задачи.


Умный «сторож» для силовых трансформаторов создан в ТГУ

Группа учёных Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработала уникальный способ защиты силовых трансформаторов от пагубного воздействия геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях. Его применение должно обеспечивать стабильную работу электросети во время геомагнитных возмущений, которых, как показывает практика, в последнее время становится всё больше.


ТГУ представил инженерные разработки для ВС РФ

Ультразвуковой хирургический прибор, созданный в Тольяттинском госуниверситете, презентовали на XIII Московском международном инженерном форуме (ММИФ – 2025). Участники выставки отметили актуальность и своевременность такой разработки. Применение инновационного прибора значительно ускоряет реабилитацию при проведении операционных вмешательств, что в современной медицине очень ценно.


ТГУ поможет ТОАЗу за три недели

Грант в 500 000 рублей получила на реализацию академической мобильности аспирант кафедры «Химическая технология и ресурсосбережение» Тольяттинского госуниверситета Мария Богданова. Она стала победителем конкурса, в котором приняли участие более 130 заявителей из 17 университетов.


В России дан старт новому этапу цифровой трансформации вузов

Для выработки единых стандартов описания и передачи лучших практик управления на основе данных создана профильная рабочая группа. Возглавил группу Роман Боюр, проректор по цифровизации Тольяттинского государственного университета (ТГУ).


ПИШ «ГибридТех» ТГУ поработает на нефтянку

Тольяттинский государственный университет (ТГУ) и компания «МНКТ» (Казань) заключили соглашение о всестороннем партнёрстве. Основной фокус совместной работы будет сосредоточен на внедрении перспективных разработок Передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех») ТГУ для повышения эффективности нефтедобычи.


Разработка ТГУ делает растворимые имплантаты безопасными

Учёные Тольяттинского государственного университета (ТГУ) создали установку, предназначенную для более точной оценки коррозионной стойкости и усталостной долговечности биорезорбируемых магниевых сплавов.