©
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"


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.


В Тольяттинском госуниверситете учатся дети участников СВО

В 2025 году по специальной квоте в вуз поступили 23 таких абитуриента. В 2024 году льготой воспользовались 16 человек.


Цифровое неравенство в России выравнивается

Интернет, компьютеры, сотовая связь и всё, что принято называть цифровыми технологиями становятся доступнее для россиян, в том числе живущих в отдалённых от центра страны районах. К такому выводу пришли в Тольяттинском государственном университете на основании исследования, учитывающего данные 79 регионов РФ.