©
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"


Ушёл из банка в школу и начал зарабатывать

Выпускник Тольяттинского государственного университета Даниил Ахметов разработал успешную бизнес-модель репетиторского центра после того, как сменил финансовую сферу деятельности на преподавательскую. Он просчитал экономику, выстроил стратегию масштабирования, запустил проект и уже получает стабильный доход. Эта разработка легла в основу его выпускной квалификационной работы, которую он защитил на отлично.


В ТГУ налаживают акустический контроль имплантата

Учёные Тольяттинского госуниверситета нашли способ проверять качество магниевых имплантатов по звуку, который металл издаёт при сжатии. Метод позволит контролировать сплавы прямо на производстве, без дорогих лабораторных анализов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.


Учёные Тольятти и Минска будут вместе создавать материалы и технологии

Тольяттинский государственный университет и Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ИПФ НАН Беларуси) заключили соглашение о сотрудничестве. Договор и дорожная карта партнёрства были подписаны в Минске в рамках XIII Форума регионов Беларуси и России. Подписи под документами поставили ректор ТГУ Михаил Криштал и директор ИПФ НАН Беларуси Михаил Хейфец. Соглашение вступает в силу с момента подписания, а дорожная карта рассчитана на реализацию до 2035 года.


ТГУ показал в Москве быструю сварку полимеров ультразвуком

В Московском выставочном центре «Крокус Экспо» прошла крупнейшая международная экспозиция «Rosmould | Rosplast | 3D-TECH 2026». Тольяттинский госуниверситет стал единственным вузом среди 336 организаций, представивших на ней свою продукцию. Передовые разработки в области ультразвуковой сварки полимерных материалов продемонстрировали специалисты Передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех») ТГУ.


В ТГУ просто и недорого продлили жизнь деталям из меди

Учёные Тольяттинского государственного университета разработали технологию упрочнения поверхности медных изделий – с помощью купридов магния. Процесс отличается низкой трудоемкостью, не требует сложного оборудования, а полученное покрытие в несколько раз твёрже исходной меди. Это особенно важно в электротехнике и машиностроении, где продление срока службы детали напрямую снижает себестоимость производства.


Химики ТГУ заставили старый метод работать по-новому

Исследовательская группа профессора Центра медицинской химии Тольяттинского государственного университета Виталия Осянина использовала классическую реакцию Дильса-Альдера для создания хроменов – одного из перспективных классов лекарственных соединений, с помощью которых можно синтезировать новые лекарства от онкологических заболеваний, диабета и тяжелых воспалений.


Диплом вуза перестаёт быть единственным пропуском в профессию

Международная группа учёных опубликовала работу, которая меняет привычный взгляд на высшее образование. Результаты нового исследования, вышедшего в журнале Journal of Institutional Studies, показывают: монополия вузовских дипломов заканчивается. И дело не в кризисе университетов, а в глубоких системных изменениях, вызванных искусственным интеллектом (ИИ), микросертификатами* и постковидной реальностью.