Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Был проведен анализ искусственно сгенерированных данных двух типов: стохастические процессы и детерминированный хаос, с целью апробации ряда методов нелинейной динамики, основанных на восстановлении фазового портрета по наблюдаемой. Была подобрана методика статистического анализа временных рядов акустической эмиссии, а также методика анализа методами нелинейной динамики, позволяющая исследовать нелинейные свойства процесса деформации по сигналам акустической эмиссии, и благодаря сочетанию нескольких техник с большой степенью достоверности разделять низкоразмерный детерминированный хаос, самоорганизованную критичность и случайные процессы. Методика включает: подготовку сигналов (спектральное шумоподавление и детектирование методом эволюции источника), анализ амплитудных распределений, анализ распределений времен ожидания, анализ стационарности потока, метод Грассбергера-Прокаччиа, оценку максимального показателя Ляпунова, проверку гипотезы о стохастическом процессе рядом тестов (Кинана, Тсая, Терасвирты и др.). В качестве дополнительных инструментов используются метод рекуррентных диаграмм и мультифрактальный анализ. 2. Были проведены испытания по контролируемому царапанию образцов из монокристаллического чистого алюминия c непрерывной регистрацией сигналов акустической эмиссии. Было установлено, что поток АЭ при контролируемом царапании монокристалла Al имеет степенное распределение амплитуд, что является проявлением масштабной инвариантности дислокационного ансамбля. Применение методов нелинейной динамики показало, что скольжение дислокаций не проявляет свойств низкоразмерного детерминированного хаоса, но в тоже время и не является стохастическим случайным процессом. Скейлинг амплитуд потока АЭ в совокупности с нелинейностью и стационарностью потока АЭ позволяет предположить, что дислокационный ансамбль, формирующий линии скольжения в процессе деформации металла при движении индентора, проявляет свойства многомерных нелинейных систем, обладающих свойством самоорганизованной критичности. Кроме того, было установлено, что поток АЭ обладает мультифрактальной структурой как во времени, так и в пространстве амплитуд. 3. Было установлено, что поток АЭ при деформировании микрокристаллов цинка имеет степенное распределение амплитуд, что является проявлением масштабной инвариантности дислокационного ансамбля. Времена ожидания имеют гамма распределение, что согласуется с моделью последовательности афтершоков эпидемического типа, используемой в сейсмологии. Было установлено, что поток АЭ не является стохастическим случайным процессом, как показали результаты тестов нелинейности. Скейлинг амплитуд потока АЭ в совокупности с нелинейностью и стационарностью потока АЭ позволяет предположить, что, вообще говоря, дислокационный ансамбль, формирующий линии скольжения в процессе деформации микрокристаллов, проявляет свойства многомерных нелинейных систем, обладающих свойством самоорганизованной критичности. Применение методов нелинейной динамики показало, что существует переход к детерминированному хаосу в зависимости от размеров испытуемых образцов. На данном этапе исследования не ясна причина обнаруженного размерного эффекта и требует дополнительного изучения.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Были проведены эксперименты по одноосному растяжению поликристаллических образцов чистых металлов с ГЦК решеткой до разрушения: алюминий, серебро, никель, медь. Параллельно с механическими испытаниями были зарегистрированы непрерывные сигналы акустической эмиссии в беспороговом режиме. На основе разработанного в ходе выполнения проекта статистического подхода было установлено, что непрерывная акустическая эмиссия характеризуется логнормальным распределением амплитуд, при этом наблюдается увеличение наклона распределения по мере деформирования материала. Дискретные всплески высоких амплитуд имеют более тяжелое распределение, однако точно оценить форму распределения дискретных событий затруднительно в связи с очень малым размером выборки хорошо различимых на фоне шума событий. В результате проведенного анализа амплитудных распределений не удалось установить факт наличия масштабной инвариантности в ансамбле дислокаций, обеспечивающих деформацию поликристаллов. По всей видимости влияние границ зерен и упрочнение материала накладывают постоянные жесткие ограничения на поведение дислокационного ансамбля, что препятствует самоорганизации дислокационной системы в критическое состояние, которое наблюдается в случае монокристаллов. Был проведен анализ временных рядов акустической эмиссии на основе разработанной в ходе выполнения проекта методики анализа сигналов на основе следующих методов нелинейной динамики: определение оптимальной задержки для реконструкции фазового портрета, алгоритм Грассбергера-Прокаччиа, оценка спектра показателей Ляпунова, исследование распределения степеней графа горизонтальной видимости, плоскость статистическая мера сложности – перестановочная энтропия и связанный с ней тест проверки гипотезы о стохастичности, а также тест нелинейности на основе Фурье-суррогатов, где тестовой статистикой является коэффициент вариации меры среднего значения абсолютной разницы между ближайшими соседями. Было определено, что временные ряды амплитуд АЭ не являются случайными процессами, а обладают нелинейной структурой. Детерминированного хаоса не обнаружено, и в то же время гипотеза о самоорганизующейся критичности не может быть принята, в связи логнормальным распределением амплитуд и отсутствием масштабной инвариантности. Разбиение на временные отрезки не дало устойчивых признаков, отражающих стадийность процесса пластической деформации и подготовки разрушения. Был проведен поиск предвестников разрушения и потери устойчивости пластической деформации с использованием рекуррентных диаграмм и количественного рекуррентного анализа. В результате применения метода количественного рекуррентного анализа к временным рядам амплитуд акустической эмиссии, полученным при испытании на одноосное растяжение меди и серебра, было обнаружено наличие характерного интервала, в котором зарегистрировано резкое возрастание информационной энтропии Шеннона, как одного из параметров количественного анализа рекуррентных диаграмм. С помощью флуктуационного анализа поведения дислокационного ансамбля была установлена связь физических параметров данного интервала с параметрами глобальной потери устойчивости пластического течения металлических материалов. Скачкообразное изменение энтропии Шэннона распределения диагональных линий рекуррентных диаграмм временных рядов амплитуд АЭ является предвестником потери устойчивости пластического течения материалов и последующего разрушения. Как следствие, метод количественного рекуррентного анализа временных рядов акустической эмиссии может быть использован в комплексе с другими методами для создания интеллектуальной диагностической системы, которая может предвосхищать механическое напряжение критического состояния металлического материала и обозначать безопасные интервалы эксплуатации механизмов и изделий. Ссылки на публикации в СМИ: https://www.kommersant.ru/doc/6443492 https://www.tltsu.ru/news/informacionnaia_entropiia_dlia_predskazaniia_razrusenii