 |
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.
Контактное лицо: Ольга Колпашникова
Компания: Тольяттинский государственный университет
Добавлен: 22:42, 12.01.2024
Количество просмотров: 605
Страна: Россия
| Ученые Алтайского ГАУ запатентовали мобильный комплекс для очистки зерна в полевых условиях, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 22:06, 02.03.2026, Россия362 |
| Коллектив ученых под руководством к.т.н., доцента кафедры сельскохозяйственной техники и технологий Алтайского государственного аграрного университета Николая Стрикунова разработал мобильный зерно-семяочистительный комплекс, позволяющий проводить в полевых условиях полный цикл послеуборочной обработки - от предварительной очистки до подготовки семенного материала. |
| Сегодня профессор Алтайского ГАУ Ольга Ивановна Антонова отмечает юбилей, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 21:43, 27.02.2026, Россия444 |
| 27 февраля отмечает юбилей доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры почвоведения и агрохимии, директор НИИ химизации сельского хозяйства и агроэкологии Алтайского государственного аграрного университета Ольга Ивановна Антонова. |
| Оборудование «Швабе» позволит спутнику «Электро-Л» получить высокодетальные изображения диска Земли, Холдинг «Швабе» Госкорпорация Ростех, 23:01, 13.02.2026, Россия893 |
| Прецизионные блоки сканирующих зеркал, созданные Лыткаринским заводом оптического стекла (ЛЗОС, входит в холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех), позволят новому метеоспутнику «Электро-Л» №5 получить высокодетальные изображения полного диска Земли с высоты в 36 тысяч километров. Благодаря таким снимкам специалисты создают карты облачности, осадков и температуры океана для точного прогнозирования погоды. |
| «Швабе» расширяет научное сотрудничество с Московским планетарием, Холдинг «Швабе» Госкорпорация Ростех, 22:39, 13.02.2026, Россия192 |
| Холдинг «Швабе» Госкорпорации Ростех и Московский планетарий заключили соглашение о развитии научной деятельности. Оно предполагает совместную популяризацию фотоники, астрономии и космонавтики среди молодежи в рамках объявленного Президентом РФ Десятилетия науки и технологий. |
|
|
