©
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"


ТГУ в обновлённом «Приоритете»

Совет по поддержке программ развития университетов подтвердил статус Тольяттинского государственного университета (ТГУ) как участника программы «Приоритет-2030»: ТГУ вошёл в число вузов, которые в 2026 году получат грант на дальнейшее развитие. Такое решение было принято по итогам отчёта команды университета под руководством ректора Михаила Криштала о результатах деятельности за 2025 год.


Коллективный разум против болезни Альцгеймера

Международная группа ученых разработала платформу BCFTL для ранней диагностики заболевания, позволяющую больницам использовать коллективный опыт без передачи конфиденциальных данных пациентов.


В ТГУ упростили получение важных лекарственных молекул

Химики Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали новый метод синтеза пиразолов и пиразолинов. Эти соединения являются ключевыми компонентами многих современных лекарств, используемых, например, в борьбе с раком или СПИДом. Особенность подхода в возможности «управления» процессом синтеза путём изменения пропорций реагентов, что позволяет получать различные типы соединений с высокой селективностью.


В ТГУ создали «молекулярный конструктор» для сборки лекарств

Исследователи Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали революционный метод синтеза органических молекул, напоминающий сборку детского конструктора. Этот подход открывает новые возможности для быстрого и эффективного создания перспективных лекарственных препаратов.


Ректор ТГУ удостоен награды РАН

Ректору Тольяттинского государственного университета (ТГУ) Михаилу Кришталу вручили юбилейную медаль «300 лет Российской академии наук».


Новое решение против шумных авто

Транспортный шум можно уменьшить сразу на несколько процентов, если при конструкции автомобилей применить техническое решение, предложенное учёным Тольяттинского государственного университета (ТГУ). Разработка доцента института инженерной и экологической безопасности ТГУ Игоря Дерябина заключается в уменьшении энергии звуковых волн, излучаемых корпусными элементами впускной системы двигателя.


«Умная химера»: как учёные превращают яд в лекарство

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Тольяттинского государственного университета (ТГУ) в кооперации с ведущими научными центрами Германии и США разработали новые молекулы, которые открывают путь к созданию противораковых препаратов без тяжёлых побочных эффектов. Исследование посвящено технологии PROTAC – это одно из самых прорывных направлений в современной фармакологии.