11.01.2024 15:11
Новости.
Просмотров всего: 5093; сегодня: 2.

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.

Тольятти Самарской области является моногородом в соответствии с официальным перечнем моногородов, утвержденным Правительством Российской Федерации. Моногород - населенный пункт, экономическая деятельность которого тесно связана с единственным (градообразующем) предприятием или группой жестко интегрированных между собой предприятий. Развитие моногородов России предусматривает меры по диверсификации экономики, развитию социально-экономического положения и улучшению городской среды.

Тематические сайты: Наука, Технологии
Сайты моногородов субъектов РФ: Самарская область - Тольятти

Ньюсмейкер: Тольяттинский государственный университет — 320 публикаций
Сайт: www.tltsu.ru/news/informacionnaia_entropiia_dlia_predskazaniia_razrusenii

Интересно:

Выставка «Живоносные силы искусств… с верой, надеждой, любовью...»
17.09.2026 09:53 Новости
Выставка «Живоносные силы искусств… с верой, надеждой, любовью...»
Творческая выставка «Живоносные силы искусств… с верой, надеждой, любовью...» в Московской государственной Консерватории имени П.И. Чайковского (корпус Большого концертного зала) представление проекта в фойе первого амфитеатра 17 сентября 2026 года, начало в 17.30 Московская Консерватория (знаковый объект культурного наследия и ведущий музыкальный вуз страны и мира) встречает свое 160 - летие уникальными творческими событиями, в числе которых с 01 сентября по 05 октября 2026 года проводится Выставка «Живоносные силы искусств… с верой, надеждой, любовью...» (живопись, графика, лаковая миниатюра, стекло, батик, керамика, хрусталь). В экспозиции представлены произведения известных российских художников — членов авторитетных профессиональных союзов и объединений, в том числе Союза художников России, Московского Союза художников, Союза художников Подмосковья, Союза художников Санкт ...
3D-печать вышла из ниши
15.09.2026 19:38 Мероприятия
3D-печать вышла из ниши
Третий Аддитивный форум, организованный АО «Лазерные системы» в партнерстве с Академией аддитивных технологий «Цифра Цифра», показал: технологии 3D-печати стали не только технически эффективными, но и экономически востребованными – всё больше предприятий начинают внедрять их в свои производственные цепочки. Александр Ситов, председатель Комитета по промышленной политике, инновациям и торговле Санкт-Петербурга открывая форум, сказал: «В Петербурге аддитивные технологии уже перешли из разряда сложных инноваций в категорию реально работающих промышленных инструментов. Каждая пятая организация в стране, разрабатывающая аддитивные технологии для прототипирования и 3D-печати изделий из металла, находится в Северной столице. Для судостроения, машиностроения, приборостроения – это прямой путь к технологическому суверенитету. Петербург по традиции задаёт стандарт применения перспективных...
Деньги, дела и место в истории барона Александра Штиглица
13.09.2026 11:13 Персоны
Деньги, дела и место в истории барона Александра Штиглица
13 сентября 1814 года родился барон Александр Людвигович фон Штиглиц. Человек, имя которого должно стоять в одном ряду с крупнейшими русскими предпринимателями и благотворителями. Барон Александр Штиглиц строил фабрики и дороги, создавал финансовую систему страны. Наравне с другими "русскими иностранцами", такими как Людвиг Нобель и Франц Сан-Галли, работал для России и считал это делом чести. Но XX век с его революциями и войнами почти стер из человеческой памяти имя мецената. Только в начале XXI века в России начали восстанавливать историю его жизни, которую он полностью посвятил этой стране. Репутация дороже денег Александр Штиглиц родился в 1814 году в Петербурге. Его отец Людвиг, купец первой гильдии, приехал в Россию из немецкого княжества Вальдеке в поисках денег всего за 10 лет до рождения сына. Здесь его дела пошли в гору. Он основал собственный банкирский дом и получил...
Премьера фильма «Руки, что держат небо» пройдет в Сочи
10.09.2026 18:03 Мероприятия
Премьера фильма «Руки, что держат небо» пройдет в Сочи
16 сентября в Сочи, в рамках XXI Международного кинофестиваля «Победили вместе» имени Владимира Меньшова, состоится премьера документального фильма «Руки, что держат небо». Кинокартина о проекте, объединившем тысячи добровольцев всей страны, создана оргкомитетом национальной премии «Хрустальный компас», Русским географическим обществом, телекомпанией «Под знаком Пи» и продюсерским центром «Чайка» при поддержке фонда помощи «Русский Крест». Фильм «Руки, что держат небо», рассказывает о масштабном проекте «Общее дело. Возрождение деревянных храмов Севера», получившем благословение Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Кирилла и отмеченного национальной премией «Хрустальный компас». С 1917 года количество храмов на Севере сократилось с 1302 до менее чем 400. Без срочных действий оставшаяся часть наследия тоже могла исчезнуть. Отец Алексей Яковлев и его супруга Татьяна побывали на...
Знамя победы над Веной
09.09.2026 09:05 Аналитика
Знамя победы над Веной
Только вдумайтесь: размер этого красного полотнища с пятиконечной звездой, серпом и молотом — 40 квадратных метров! Специально сконструированное устройство несколько раз поднимало его над столицей Австрии. Советские войска овладели городом 13 апреля 1945 года. Сейчас Венское Знамя Победы хранится в Центральном музее Вооружённых сил. История сохранилась в документах, которые сопровождают указанный музейный экспонат.  Лейтенант Арон Эммануилович Стомахин предложил сконструировать специальный аэростат, с помощью которого можно было подавать с большой высоты световые сигналы. Парашютисты при приземлении могли бы ориентироваться на них и быстро собраться в одном месте после десантирования. Сказано — сделано. С помощью специалистов из Центрального аэрогидродинамического института изготовили небольшой аппарат (типа аэростата) объемом 17 кубических метров. Он был наполнен водородом и был...