11.01.2024 15:11
Новости.
Просмотров всего: 4789; сегодня: 4.

Информационная энтропия для предсказания разрушений

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
Поделиться:

Интересно:

Патриотизм и мода
12.06.2025 12:20 Интервью, мнения
Патриотизм и мода
Можно ли объединить эти смыслы и сделать их взаимно востребованными? Дизайнерский дом «Misha'Le» однозначно отвечает «Да»! Коллекция «Триколор», созданная в марте этого года дизайнером Еленой Мишаковой, уже в мае была полностью распродана клиентам бренда. Коллекция «Триколор» объединяет современные тенденции моды с элементами российского флага, символизируя единство и силу нашей страны. Каждая деталь одежды выполнена с особой тщательностью, отражая индивидуальность и характер владельца. Основные особенности коллекции:- Креативный стиль. Одежда подходит для всех возрастов как для повседневной носки, так и для особых случаев;- Уникальные материалы. Используются высококачественные ткани, обеспечивающие комфорт, удобство и долговечность;- Элементы дизайна включают элементы российского триколора, такие как полосы белого, синего и красного цветов. Коллекция «Триколор» привлекает внимание...
Как проходили проводы на военную службу у кубанцев и донцов
10.06.2025 16:05 Интервью, мнения
Как проходили проводы на военную службу у кубанцев и донцов
Сейчас фольклористы и этнографы из Волгограда работают над съемками масштабного историко-документального фильма о казачьих традициях. Команда проекта пытается детально воссоздать обряд проводов донского казака на военную службу. Фильм получил рабочее название "Проводы казака на службу в станице Луганской". О том, как традиционно провожали на воинскую службу и на войну казаков Дона и Кубани, рассказали заведующий научно-исследовательским центром традиционной культуры ГБНТУК КК "Кубанский казачий хор" кандидат искусствоведения Василий Воронин и ведущий российский исследователь истории и культуры казачества, доктор философских наук, профессор, научный сотрудник лаборатории истории и культуры российского казачества Южного федерального университета Андрей Яровой. — Как выглядел традиционный обряд проводов казака на военную службу? Была ли у него единая структура? В.Воронин: У кубанских...
Московская ассоциация предпринимателей: диалог с властью
07.06.2025 11:41 Аналитика
Московская ассоциация предпринимателей: диалог с властью
Влияние предпринимательского сообщества на формирование экономической политики. Детальный анализ и результаты конструктивного диалога. Московская ассоциация предпринимателей (МАП) выражает глубокое удовлетворение результатами продолжительного и конструктивного диалога с ключевыми федеральными органами власти по вопросам денежно-кредитной политики. Всесторонняя аналитическая работа и последовательные обращения, в подготовке и представлении которых активно участвовали Президент МАП Андрей Евгеньевич Поденок, Вице-президент МАП Дмитрий Александрович Минаков, Советник президента МАП, академик РАЕН Андрианов Константин Николаевич, представители Комитета по финансовой политике и банковскому делу МАП, Вице-президент Ассоциации экспортеров и импортеров (экосистема МАП) Артур Дмитриевич Леер и Председатель Экспертного совета МАП Кривошеин Николай Викторович, позволили существенно усилить учет...
30 лет Госкомитету по поддержке и развитию малого предпринимательства
06.06.2025 12:14 Персоны
30 лет Госкомитету по поддержке и развитию малого предпринимательства
30 лет назад, 6 июня 1995 года, был подписан Указ Президента Российской Федерации о создании Государственного комитета Российской Федерации по поддержке и развитию малого предпринимательства. Председателем комитета был назначен Прохоров Вячеслав Александрович. В то время первым регионом, понимавшим значение развития малого бизнеса для страны и активно поддержавшим этот процесс, стала Москва во главе с Мэром Москвы Лужковым Юрием Михайловичем.Прошло совсем немного времени, и в Москве впервые в стране был создан Общественно-экспертный совет по малому предпринимательству при Мэре и Правительстве Москвы который возглавил Иоффе Алекндр Давидович. Совет, без согласования с которым не принималось ни одно городское решение, затрагивающее интересы предпринимателей, на долгие годы стал защитой и опорой маглого бизнеса столицы. Московская ассоциация предпринимателей (МАП) была разработчиком...
Нянины сказки, варенье и любовь. Что радовало Александра Пушкина
06.06.2025 10:40 Персоны
Нянины сказки, варенье и любовь. Что радовало Александра Пушкина
6 июня исполняется 226 лет со дня рождения Александра Пушкина. Поэт умел радоваться простым вещам: вкусной еде, увлекательному чтению, разнообразным поездкам. Рассказываем, в чем еще Пушкин находил отраду и что особенно сильно его волновало, кроме творчества и повседневных дел. Хорошие стихи «Признаюсь, что одна только надежда получить из Москвы русские стихи Шапеля и Буало могла победить благословенную мою леность. Так и быть; уж не пеняйте, если письмо мое заставит зевать ваше пиитическое сиятельство; сами виноваты; зачем дразнить было несчастного царскосельского пустынника, которого уж и без того дергает бешеный демон бумагомарания» (из письма от 27 марта 1816 года). Александр Пушкин любил проводить время за чтением сочинений князя Петра Вяземского — одного из своих самых близких...