|
|
 |
|
|
 |
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 (написать письмо автору)
Компания: Тольяттинский государственный университет (все новости этой организации)
Добавлен: 22:40, 12.01.2024
Количество просмотров: 323
Страна: Россия
| Подкастная студия Сообщества ВЫЗОВ откроет двери на IV Конгрессе молодых ученых, Молодежное сообщество ВЫЗОВ, 18:57, 29.11.2024, Россия |
148 |
| Подкастная студия, организованная Молодежным сообществом ВЫЗОВ, примет гостей IV Конгресса молодых ученых. С 27 по 29 ноября на федеральной территории «Сириус» каждый сможет стать героем подкаста и обсудить актуальные вопросы науки. Интерактивная зона будет работать в креативном пространстве «Новые лица». |
|
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как сделать лесные дороги более прочными, ПНИПУ, 08:08, 27.11.2024, Россия |
241 |
| Для добычи древесины необходимо прокладывать лесные дороги. Они испытывают повышенную нагрузку от тяжелых машин, из-за чего покрытие быстрее разрушается и приходит в негодность. Один из способов их укрепления - использование геосинтетических оболочек. Ученые Пермского Политеха выяснили эффективность применения таких оболочек под колесами автомобиля. |
 |
| В ТГУ начала работу новая лаборатория, Тольяттинский государственный университет, 07:30, 27.11.2024, Россия |
150 |
| Сотрудники научно-исследовательского института прогрессивных технологий Тольяттинского государственного университета (НИИПТ ТГУ) проводят в ней испытания биорезорбируемых металлических материалов. |
 |
| Ученые Пермского Политеха изучили, какие реагенты эффективны для очистки лопаток авиадвигателя, ПНИПУ, 07:17, 27.11.2024, Россия |
30 |
| Для сохранения характеристик лопаток газотурбинного двигателя важно качественно очищать их от нагара и оксидной пленки, которые образуются в процессе эксплуатации. Очистка химически стойких оксидов металлов требует более тщательного изучения и подбора реагентов. Ученые ПНИПУ доказали перспективность галогенидсодержащих составов для восстановления поверхности лопаток. |
|
| Ученые Пермского Политеха улучшили работу синхронного двигателя при высоких нагрузках, ПНИПУ, 07:07, 27.11.2024, Россия |
29 |
| Для упрощения работы синхронных двигателей используют наблюдателя - систему бездатчикового управления. Она косвенно получает информацию о положении ротора и скорости вращения двигателя. Но при изменении условий эксплуатации система может терять контроль. Ученые Пермского Политеха разработали более надежный подход к адаптации наблюдателя двигателя. |
 |
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
