Nassim Nicholas Taleb'in Benoît Mandelbrot'tan öğrendiği gibi, doğa “kaba, fraktal ve öngörülemez” dır. Çığır açan kitabında Kara KuğuTaleb, finansal kazalardan tarihsel dönüm noktalarına kadar dünyamıza nadir, yüksek etkili olayların ne kadar hakim olduğunu gösterdi. Şimdi, borsa çökmelerini yöneten aynı fraktal kalıpların metallerin nasıl koro ve başarısız olduğunu kontrol ettiğini keşfediyoruz.
Çukur korozyonu nedir? Gizli altyapı tehdidi
Bir köprü, bir petrol boru hattı veya bir kimyasal tesis düşünün. Bu yapılar, mikroskobik bir zırh takım elbise gibi görünmez bir oksit film ile korunan bir metal olan paslanmaz çeliğe dayanmaktadır. Ancak tuzlu suyun varlığında, bu zırh aniden çukur korozyonu adı verilen bir işlemle başarısız olabilir. Geldiğini görebileceğiniz tek tip pastan farklı olarak, çukur, uyarı vermeden felaket başarısızlığına neden olabilecek küçük, derin delikler yaratır. Bu konsantre saldırılar görünmez matkaplar gibi çalışır, yüzeyi görünüşte bozulmadan bırakırken metalin derinliklerine sıkıştırılır (içten tahta bir kirişi oyulmuş termitler gibi).
Sorun şu: Mühendisler geleneksel olarak çukurları hava tahmincileri gibi davrandılar, çan eğrileri ve ortalamalar kullanarak yağmur yağıyor. Peki ya çukurluk daha çok depremler veya piyasa kazaları gibi ise, Mandelbrot'un keşfedildiği vahşi, fraktal desenleri takip ederse?
İki tür çukur korozyonu: ani çöküşe karşı aşamalı arıza
AI danışmanlık şirketi Ialto (NPJ malzeme bozulmasında mevcut olan tam araştırma kağıdı) ile işbirliği içinde yürütülen Université Libre de Bruxelles/Université de Mons'taki araştırmamız, korozyon uzmanlarının verilerinde uzun zamandır farkında olduklarını ancak asla düzgün bir şekilde ayırt ettikleri bir şey ortaya koydu: kararlı çukurlaşma iki farklı şekilde olabilir.
Yol 1 – Ani Çökme: Hiçbir yerden gelmiş gibi görünen 2008 mali krizi gibi, bu tür çukurlar, metalin koruyucu katmanı aniden bozulduğunda ve hemen agresif korozyona geçtiğinde meydana gelir.
Yol 2 – Ölüm Bin Kesim: Küçük banka başarısızlıklarının sistemik bir krize nasıl bir araya gelebileceği gibi, bu yol, görünen ve kaybolan birden fazla küçük “metastabil” çukur içerir, kalıcı hasar yaratmak için nihayet kırılana kadar metali zayıflatır.
Herhangi bir korozyon bilimcisi size bu iki yolun kavramsal olarak var olduğunu söyleyebilirken, işte şok edici gerçek: alan, veri analizinde aralarında asla ayrım yapmamıştır. Onlarca yıldır, mevcut yoğunluğun aniden sessiz bir pasif durumdan atladığına veya önceden var olan metastabil olaylardan oluşan bir savaş alanından ortaya çıkıp çıkmadığına bakılmaksızın, tüm kritik çukur potansiyellerini (epit, çukur potansiyeli olarak da bilinir) ele aldık.
İkinci yol özellikle sinsidir, çünkü daha yüksek akım seviyelerinde olur ve daha düşük voltajlarda meydana gelebilir, bu da hem tespit edilmesini zorlaştırır hem de potansiyel olarak daha tehlikelidir. Yine de şimdiye kadar, her iki yol da modellerimizde ve standartlarımızda bir araya getirildi.
Veri algılama perspektifinden bakıldığında, bu ikinci yol özellikle sorunlu çünkü:
- Metastabil olaylara sahip zaten aktif bir taban çizgisinden ortaya çıkar, verilerde kararlı çukurlamaya geçiş daha az belirgin hale gelir;
- Geleneksel analiz yöntemleri, yol 2'nin sergilemediği ani atlamalara veya net geçişlere odaklanır;
- Sinyal-gürültü oranı daha düşüktür, çünkü metastabil olaylar kararlı çukurlama başladığında kritik moment maskelenebilir.
Nadir korozyon olaylarını tespit etmek için fraktal analizi kullanma
Taleb bizi karmaşık fenomenlerde çan eğrileri üstlenmenin “büyük entelektüel sahtekarlığı” konusunda uyarıyor. Geleneksel korozyon analizi, verilerin yağ kuyruklarında gizlenmiş nadir ama felaket olaylarını kaçırarak tam bu hatayı yapar.
Bunu çözmek için Mandelbrot'un fraktal matematiğine ve ana bileşen analizine (PCA) döndük. Tıpkı Mandelbrot'un sahil çizgilerinin her ölçekte sonsuz ayrıntıya sahip olduğunu gösterdiği gibi, korozyon verilerinin benzer fraktal özellikler sergilediğini keşfettik. Potansiyodinamik polarizasyon ölçümlerimizi “mandelbrot alanı” dediğimiz şeye dönüştürerek ve daha sonra PCA uygulayarak, normal analizde görünmez olan nadir çukur olayları aniden sisli denizler gibi öne çıkıyor.
Çizgili Kuğu: Kılık değiştirmiş bir Siyah Kuğu
Kararlı çukur olayları Taleb'in siyah kuğularsa (nadir, yüksek etkili ve tahmin edilmesi zor), yol 2 daha da zor bir şeyi temsil eder: “çizgili kuğu” dediğimiz şey. Ani çukur başarısızlıkları (yol 1) 2008 mali krizi gibi hiçbir yerden görünmeyen klasik siyah kuğular olsa da, yol 2 olayları aldatıcı kamuflaj giyen siyah kuğulardır. Tek bir dramatik şok olarak gelmiyorlar, ancak kalıcı hasar yaratmak için nihayet kırılana kadar gerçek tehlikelerini maskeleyen birden fazla küçük metastabil olay (“çizgili”) olarak.
Geleneksel analiz yöntemleri normal siyah kuğuları tespit etmek için tasarlanmıştır: ani pasiflik bozulması. Ancak çizgili kuğular algılama sistemlerimizden geçiyor çünkü çok geç olana kadar felaket görünmüyorlar. Her metastable çukuru kuğu üzerinde bir şerit gibidir ve sadece tehdidin gerçek doğası kendini ortaya çıkarır.
İşlemdeki ihtiyati ilke
Fraktal esintili çerçevemiz, bu çizgili kuğuları tespit etmede% 95 doğruluk elde etti: normal siyah kuğulardan daha nadir ve potansiyel olarak daha tehlikeli olan metastabilite odaklı çukur olayları. Bu önemlidir, çünkü yağ kuyruklu dağılımlara sahip alanlarda, nadir görülen bir olay bile yoktur.
Pratik çıkarımlar derindir. Mühendisler ortalama korozyon oranlarına güvenmek yerine şu:
- Hangi metallerin/alaşımların daha tehlikeli metastabilite odaklı yolu yaşadığını belirleyin;
- Nadir fakat felaket çukuru olaylarını açıklayan çalışma koşullarını belirleyin;
- Yaklaşan başarısızlığın fraktal imzalarını izleyen tasarım izleme sistemleri.
Korozyon Önleme Stratejileri: Bina Antifragene Sistemleri
Taleb'in antifragilite kavramı (stres altında güçlenen sistemler) ileriye doğru işaret ediyor … Pitting'in fraktal doğasını anlayarak, sadece korozyona direnmeyen, ancak aktif olarak uyum sağlayan malzemeler ve koruma sistemleri tasarlayabiliriz.
Bu, malzeme tasarımında temel bir değişimi temsil eder. Çukurlamanın ne zaman ve nerede olacağını tam olarak tahmin etmeye çalışmak yerine (fraktal bir sistemde imkansız), belirsizliği kabul ediyor ve malzemelerimize ve izleme stratejilerimize dayanıklılık oluşturuyoruz. Mühendislik dünyası zaten bir koruyucu stratejiler cephaneliğine sahiptir: özerk bir şekilde hasarı onaran kendi kendini iyileştiren kaplamalar, altta yatan metali korumak için tercihen koruyan kurban kaplamalar, koruyucu bariyerler oluşturan korozyon inhibitörleri ve korozyonu önlemek için elektrikli akımlar kullanan katodik koruma sistemleri. Ancak şimdi, fraktal içgörülerle donatılmış, bu araçları daha akıllıca konuşlandırabilir, analizimizin ortaya koyduğu belirli yolları ve risk kalıplarını hedefleyebiliriz.
Sonuçta
Mandelbrot'un “gerçekliğin pürüzlülüğünü ve kırılmasını” kucaklayarak, hasarı tahmin etmekten öngörülemeyenlere dayanabilecek yapı malzemelerine ve sistemlerine geçiyoruz. Tek bir derin çukurun felakete neden olabileceği bir dünyada, fraktikal düşünmek sadece akademik değildir: güvenlik için gereklidir.
Taleb'in bize hatırlattığı gibi: “Aykırı değerleri tahmin edememe, tarihin seyrini tahmin edememesini ima ediyor.” Finansta olduğu gibi korozyonda, aykırı değerler kriz vurduğunda en önemlisidir. Şimdi bizi bulmadan önce hem siyah kuğuları hem de daha nadir çizgili kuğuları bulmak için araçlarımız var.
Araştırma Hakkında: Korozyon Bilimindeki bu atılım, fraktal matematiği malzeme mühendisliği ile birleştirir. Teknik detaylar için, NPJ malzeme bozulmasında fraktaldan ilham alan PCA bazlı kümelenme yoluyla 316L paslanmaz çelikte stabil çukur yollarını tanımlama ”tam makalesine bakın.
Bir yanıt yazın