В Тольятти научились оценивать усталость металла с помощью геометрии хаоса

МОСКВА, 1 апреля. /ТАСС/. Специалисты Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали инновационный метод прогнозирования разрушения металлов, сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ. Здесь используются так называемые фрактальные характеристики металлов или "геометрия хаоса".

"Исследование позволяет выявлять скрытые предвестники техногенных катастроф на сверхранних стадиях, когда традиционные методы контроля еще не могут фиксировать дефекты. В основу открытия легло изучение "геометрии хаоса" - уникальных математических закономерностей, возникающих на поверхности и в объеме металлов при нагрузках", - отметили в пресс-службе.

Так, экспериментируя с медью и никелем, исследователи доказали, что микроскопические дефекты внутри материала и неровности на его поверхности образуют некие "самоподобные структуры" (в которых целое похоже на свои части) - фракталы. Главная научная ценность работы заключается в обнаружении момента, когда внешние изменения рельефа и внутренние процессы в металле перестают быть синхронными. Этот разрыв математической связи служит точным индикатором того, что материал вступил в критическую стадию предразрушения.

Для поиска этого сигнала тревоги ученые применили сверхчувствительное оборудование и алгоритмы, которые успешно используются в медицине (анализ электроэнцефалограмм при эпилепсии и болезни Альцгеймера), финансах (оценка волатильности рынка), физике (изучение турбулентности), геофизике (прогнозирование землетрясений), а также технической диагностике (выявление неисправностей механизмов). Физикам ТГУ удалось выделить из общего шума деформируемого металла конкретные параметры, указывающие на опасную концентрацию внутренних напряжений.

"До определенного момента внутренние и внешние процессы в металле идут рука об руку, но перед самым разрушением эта гармония нарушается. Мы доказали, что, фиксируя момент исчезновения этой корреляции, можно с высокой точностью рассчитать "точку невозврата" для любой металлической детали. По сути, мы получили инструмент, позволяющий измерять степень "усталости" металла в конкретных физических величинах еще до того, как на нем появятся первые трещины", - рассказал ведущий научный сотрудник Игорь Ясников.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале Philosophical Magazine.