©
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 сохранил право на экологический мониторинг

Федеральная служба по аккредитации (Росаккредитация) официально подтвердила соответствие испытательной лаборатории Тольяттинского государственного университета (ТГУ) всем установленным требованиям. Соответствующий приказ, изданный 24 декабря 2025 года, подтверждает аккредитацию Научно-аналитического центра физико-химических и экологических исследований (НАЦ) ТГУ.


Росдистант получил патент ЕАПО

Тольяттинский государственный университет (ТГУ) запатентовал систему высшего образования онлайн в Евразийской патентной организации (ЕАПО). Срок действия патента – 20 лет.


В ТГУ нашли «эликсир долголетия» для сплавов магния

Специалисты Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали инновационный метод защиты магниевых сплавов с редкоземельными элементами, широко используемых в авиации, автомобилестроении и других отраслях. Исследователи смогли значительно повысить коррозионную и износостойкость этих сплавов, что позволяет использовать изделия и конструкции из них в агрессивных условиях и не приводит к значительному удорожанию изделий.


Как не замерзнуть в электромобиле

Учёный Тольяттинского государственного университета (ТГУ) представил инновационное решение одной из проблем эксплуатации электромобилей в северных регионах – риск обморожения и гибели людей в случае поломки машины на удалённых трассах в условиях экстремально низких температур. Обогреватель салона, разработанный Алексеем Швецовым, способен работать автономно даже при полном отказе штатных систем электромобиля и температурах до –45°C.


Совместная с КНР образовательная программа набирает обороты

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) с официальным визитом побывали представители Чанчжоуского профессионально-технического института мехатронных технологий и компании «Ухань-Фэнъя». Встреча прошла в рамках действующего между вузами соглашения о сотрудничестве.


Студентов ТГУ будут учить прокуроры и следователи

Тольяттинский государственный университет (ТГУ) заключил новое соглашение о сотрудничестве с правоохранительными и ветеранскими организациями Самарской области. Документ с вузом подписали руководители прокуратуры региона, следственного управления СК РФ по Самарской области, Совета ветеранов прокуратуры и Союза ветеранов следствия.


Студенты ТГУ удостоены престижных стипендий

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации подвело итоги конкурсного отбора на назначение стипендий Президента РФ и Правительства РФ. В число победителей вошли два студента Тольяттинского государственного университета (ТГУ), обучающиеся в Передовой инженерной школе «Гибридные и комбинированные технологии» ТГУ.