|
|
 |
|
|
 |
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: 332
Страна: Россия
| Методика ученых Пермского Политеха ускорит испытания материалов для аэрокосмической отрасли, ПНИПУ, 04:55, 17.01.2025, Россия |
121 |
| При серийном изготовлении деталей из полимерных композитов, необходимо проводить испытания материала, которые занимают технологическое время. Ученые ПНИПУ разработали методику для ускоренного определения одного из ключевых параметров, влияющих на качество и характеристики будущего композитного изделия. Ее применение в 2 раза сокращает время на производственные испытания. |
|
| Студент АлтГУ разрабатывает нейросеть для обнаружения беспилотников, Алтайский государственный университет, 04:55, 17.01.2025, Россия |
118 |
| Бакалаврская работа магистранта института цифровых технологий, электроники и физики АлтГУ Владислава Цвенгера «Разработка сверточной нейронной сети для обнаружения беспилотных летательных аппаратов» победила во Всероссийском конкурсе на лучшую работу студентов вузов, реализующих подготовку в области информационной безопасности, по Сибирскому и Дальневосточному федеральным округам |
|
| Ученые Пермского Политеха улучшили процесс проектирования биоразлагаемых костных имплантатов, ПНИПУ, 04:14, 17.01.2025, Россия |
30 |
| Один из перспективных подходов трансплантации, востребованный в ортопедии, травматологии и хирургии – восстановление костных тканей с помощью биоразлагаемых полимерных каркасов. В физиологической среде они разлагаются, что должно происходить постепенно для правильного восстановления тканей. Ученые ПНИПУ изучили поведение имплантатов при воздействии естественных сред, чтобы повысить точность их проектирования. |
|
| Ученые АГАУ завершают работу над «Красной книгой почв Алтайского края», ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 21:13, 13.01.2025, Россия |
305 |
| Главной задачей научного коллектива кафедры почвоведения и агрохимии Алтайского государственного аграрного университета под руководством д.с.-х.н., профессора Елены Пивоваровой на пути к «Красной книге почв Алтайского края» стала разработка методологической основы для выделения эталонных почв региона |
|
| Ученые из Перми смоделировали воздействие вулканического пепла на работу авиадвигателя, ПНИПУ, 02:28, 07.01.2025, Россия |
283 |
| На Земле более 1000 действующих вулканов, представляющих опасность для самолетов. В атмосферу выбрасывается вулканический пепел, попадающий внутрь. Скопление его частиц на сопловом аппарате может привести к отключению двигателя. Ученые ПНИПУ впервые оценили объемы высокотемпературных зон в тракте двигателя, где пепел переходит в жидкую фазу и становится опасным. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
