©
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"


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.


Наш артиллерийский аккорд: ВУЦ ТГУ выпустил офицеров

1 августа в Тольяттинском государственном университете состоялся 12-й торжественный выпуск курсантов Военного учебного центра (ВУЦ ТГУ). 26 офицеров-артиллеристов будут выполнять воинский долг в рядах Вооружённых сил РФ в нескольких военных округах России, а также в Генеральном штабе.


ТГУ расширяет сотрудничество с КНР

Тольяттинский государственный университет (ТГУ) посетил Генеральный Консул Китайской Народной Республики (КНР) в Казани господин Сян Бо. Визит в университет стал частью большой программы официального визита представителей КНР в Самарскую область.


Работа ПИШ ТГУ одобрена и будет расширена

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) состоялось третье заседание Координационного совета Передовой инженерной школы «Гибридные и комбинированные технологии» (ПИШ «ГибридТех»). Представители высокотехнологичных компаний – индустриальных партнёров ПИШ «ГибридТех», включая генерального партнёра АО «АВТОВАЗ», подвели итоги работы ПИШ за 2024 год и обсудили реализацию программы развития школы в первом полугодии 2025-го.


ТГУ обеспечит АВТОВАЗу обновление парка спецоснастки

Передовая инженерная школа «Гибридные и комбинированные технологии» Тольяттинского государственного университета (ПИШ «ГибридТех» ТГУ) создаёт специализированную технологическую оснастку для итальянских и турецких линий окраски, установленных на АО «АВТОВАЗ». В инновационно-технологическом парке университета идёт работа по изготовлению подвесок и транспортировочных тележек для деталей автомобилей.