11.01.2024 15:11
Новости.
Просмотров всего: 5030; 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:

Киношкола 2026 «Преодоление»
16.07.2026 18:43 Новости
Киношкола 2026 «Преодоление»
Федеральный центр гуманитарных практик совместно с Международным кинофестивалем «Победили вместе» и журналом «Мир Музея» приглашает принять участие в образовательном проекте «Киношкола 2026». Проект направлен на повышение уровня и качества знаний и навыков творческой молодёжи, популяризацию профессионального понимания основ киноискусства, законов создания сценариев, съёмок и киномонтажа. Киношкола 2026 «Преодоление» — это интенсивный курс для студентов по созданию телевизионных репортажей, документальных и игровых короткометражных фильмов. Программа включает в себя обучение основам сценарного мастерства, режиссуры, операторской работы и монтажа. Участники погружаются в практическую работу, получают поддержку от опытных наставников. Киношкола проводится в несколько этапов (июль-сентябрь 2026-го года). Предполагается участие студентов различных вузов из разных стран и городов. Сбор заявок...
14.07.2026 22:25 Консультации
UDV Group: бесплатная лицензия open source-мониторинга – скрытые траты
Российский разработчик решений в области информационной безопасности UDV Group оценил скрытые затраты на внедрение и эксплуатацию open source-систем мониторинга. По оценке эксперта компании, проект, который на старте выглядит «бесплатным», уже на этапе технического запуска может потребовать 2-3 млн руб. внутренних затрат. Российский разработчик UDV Group представил экспертную оценку экономики open source-мониторинга для ИТ-инфраструктуры. В авторской статье для ITWeek Владислав Ганжа, директор лаборатории кибербезопасности UDV Group, разобрал, почему отсутствие лицензионного платежа не делает систему мониторинга бесплатной и какие расходы компании часто не учитывают при выборе open source-стека. Материал опубликован 25 июня 2026 года. По оценке UDV Group, главная ошибка при выборе open source-мониторинга заключается в том, что компании сравнивают только стоимость лицензии. На практике...
Трудная судьба первого российского автомобиля
14.07.2026 18:09 Аналитика
Трудная судьба первого российского автомобиля
Летом 1896 года на промышленной выставке в Нижнем Новгороде императору Николаю II показали первый российский автомобиль. Его создателями были Евгений Яковлев и Пётр Фрезе. По своим характеристикам автомобиль ничем не уступал аналогичным зарубежным изобретениям, стоил дешевле них и вполне подходил для путешествий по сложным дорогам. Коллекция достижений Год проведения нижегородской выставки был богат на технические достижения. К ее открытию в мае 1896 года в городе пустили первый электрический трамвай и пароходную скоростную линию, установили фуникулеры и выстроили несколько административных зданий. Осмотреть выставку полностью получилось бы как минимум за неделю. Она расположилась на левом берегу Оки, между главной железнодорожной линией из Москвы и Шуваловским лесом. Всего сооружений, возведенных для демонстрации новшеств в промышленности и художественном искусстве, насчитывалось около...
13.07.2026 19:48 Консультации
UDV Group: дешевые кибератаки становятся дорогой проблемой для бизнеса
Российский разработчик UDV Group рассказал, почему снижение порога входа в киберпреступность увеличивает риски для компаний и делает предотвращение атак экономически более выгодным, чем восстановление после инцидента. Кибератака больше не требует команды сильных разработчиков, месяцев подготовки и редкого набора технических навыков. В теневом сегменте уже есть готовые сервисы: доступы к корпоративным системам, фишинговые наборы, шифровальщики по подписке, инфраструктура для рассылок и переговоров о выкупе. То, что раньше было сложной операцией, все чаще собирается из готовых компонентов. Для бизнеса это меняет экономику риска. Защитникам нужно контролировать внешний периметр, учетные записи, облака, API, подрядчиков, резервные копии и рабочие станции. Злоумышленнику достаточно одного удачного входа. Если доступ к нему стоит дешевле, чем обычная лицензия на корпоративный сервис, атака...
Тайная миссия Ораса Верне
13.07.2026 09:06 Персоны
Тайная миссия Ораса Верне
«Рубенсом XIX века» называют известного художника-баталиста. Он был любим в России и по приглашению императора Николая I работал в нашей стране. В том, что художники — натуры тонкие и творческие, никто не сомневается. Но иногда они обладают и другими достоинствами. К примеру, выдающимися дипломатическими качествами. Так, Питер Пауль Рубенс прославился не только как гениальный живописец, но и как непревзойденный дипломат, выполнявший важные миссии в годы Тридцатилетней войны. "Рубенсом XIX века" называют известного художника-баталиста Ораса Верне. Он был любим в России и по приглашению императора Николая I работал в нашей стране. А король Луи-Филипп поручил художнику негласную дипломатическую миссию: попытаться нормализовать непростые франко-русские отношения. Дело в том, что император Николай Павлович крайне негативно относился к французской Июльской революции 1830 года, которая...