11.01.2024 15:11
Новости.
Просмотров всего: 3208; сегодня: 8.

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 — 318 публикаций
Сайт: www.tltsu.ru/news/informacionnaia_entropiia_dlia_predskazaniia_razrusenii
Поделиться:

Интересно:

Под знамёнами Наполеона на Россию шла вся Европа
18.07.2024 18:13 Интервью, мнения
Под знамёнами Наполеона на Россию шла вся Европа
Почему Наполеоновские войны можно назвать Нулевой мировой войной, действительно ли в 1812 году Россия противостояла целой коалиции европейских государств, и продолжает ли след Отечественной войны 1812 года влиять на современное российское общество? На эти и другие вопросы корреспонденту Российского...
Как продвигать свой бизнес: пять эффективных инструментов
18.07.2024 14:15 Консультации
Как продвигать свой бизнес: пять эффективных инструментов
Задача предпринимателя – не только создать продукт (товар или услугу), но и, конечно же, продать его, найдя рынок сбыта. В современном мире, переполненном информацией и предложениями, бизнесу непросто завоевать внимание клиентов. Привлечь их и увеличить прибыль помогают продуманные стратегии...
Об освобождении Белоруссии и Польши расскажут рассекреченные документы
18.07.2024 14:09 Новости
Об освобождении Белоруссии и Польши расскажут рассекреченные документы
По случаю 80-й годовщины со дня начала Люблинско-Брестской фронтовой наступательной операции Красной армии Центральный архив Министерства обороны РФ совместно с Российским военно-историческим обществом впервые публикуют рассекреченные архивные документы, посвящённые освобождению советскими войсками...
Фестиваль, посвящённый Битве при Молодях, пройдет в Подмосковье
17.07.2024 12:55 Мероприятия
Фестиваль, посвящённый Битве при Молодях, пройдет в Подмосковье
27 июля 2024 года в селе Молоди городского округа Чехов Московской области исторический фестиваль «Гуляй Город», посвящённый Битве при Молодях 1572 года. Об этом сообщает пресс-служба администрации городского округа Чехов. Фестиваль предполагает участие клубов и отдельных участников...
Проект по развитию женского предпринимательства обсудили в Грозном
16.07.2024 10:31 Новости
Проект по развитию женского предпринимательства обсудили в Грозном
Реализация уникальной федеральной программы Минэкономразвития России «Мама-предприниматель» стала одной из ключевых тем дискуссионной сессии «Поддержка семейного, женского и молодежного предпринимательства». Мероприятие прошло в рамках Кавказского инвестиционного форума...