Complex Systems and Materials (CSM)
Applies statistical physics to a wide variety of cross-disciplinary topics.
Tutkijat ratkaisivat halkeamien mysteerin – parantaa yleisten rakennusmateriaalien kestävyyttä
Tutkijat onnistuivat selvittämään insinöörejä vaivanneen paradoksin: miksi materiaalien halkeamat etenevät nopeammin, kun jännitys pääsee välillä vapautumaan
Halkeamia ja murtumia esiintyy kaikkialla, aina lentokoneiden osista rakennuksiin, siltoihin tai lääketieteellisiin laitteisiin. Niiden ennakointi, eli miten ja milloin ne syntyvät ja kasvavat on yksi insinööritieteiden suurista haasteista. Ratkaisu ongelmaan voi taas parantaa materiaalien, komponenttien ja rakenteiden kestävyyttä merkittävästi.
Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat ovat nyt löytäneet uuden tavan kuvata rakenteellisten halkeamien etenemistä tilastollisen fysiikan avulla. Havainto ratkaisee fyysikoita pitkään askarruttaneen paradoksin ja auttaa parantamaan monien teknisten materiaalien luotettavuutta ja kestävyyttä. Tutkimus on juuri julkaistu Physical Review Letters -lehdessä: .
Materiaalit altistuvat joko staattiselle tai jaksoittaiselle rasitukselle. Esimerkiksi rakennukset joutuvat staattisen rasituksen kohteeksi ja se aiheuttaa halkeamia pitkällä aikavälillä. Toisaalta vaikka pyörivissä laitteissa tai lentokoneiden osissa halkeamia aiheuttaa jaksoittainen rasitus.
“Väsymismurtumat kasvavat nopeammin, kun rasitus helpottaa välillä. Tämä on ihmetyttänyt insinöörejä jo pitkään, sillä intuitiivisesti voisi ajatella, että juuri jatkuva jännitys nopeuttaisi halkeamien kasvua”, sanoo tutkijatohtori Tero Mäkinen.
Mäkisen ja Complex Systems and Materials -tutkimusryhmän havaintojen mukaan halkeamat eivät kuitenkaan kasva tasaisesti, vaan etenevät ajoittaisina ryöpsähtämisinä, kun ne tuhoavat mikroskooppisen pieniä esteitä materiaalien sisällä. Tilastollisen fysiikan avulla tutkijat kehittivät lisäksi uuden asteikon, jolla voidaan kuvata materiaalissa tapahtuvia muutoksia juuri ennen halkeamista.
”Tutkimuksemme yhdistää empiiriset väsymismallit ja fysiikkaan perustuvat murtumisteoriat. Kehitimme kokeellisesti mitattavan asteikon, joka kuvaa tarkasti materiaalin muutoksen etenemistä ja halkeamien vaikutuksia. Tulostemme avulla voi paremmin ennustaa halkeamien syntymistä ja näin parantaa materiaalien suunnittelua”, sanoo professori ja ryhmänjohtaja Mikko Alava.
Löydön myötä esimerkiksi rakennusmateriaaleina usein käytettyjen teräksen, alumiinin ja titaanin halkeamia voidaan ennakoida aiempaa tarkemmin.
“Tulokset voivat parantaa käyttöiän ennustamista aloilla, joilla turvallisuus on kriittistä – kuten vaikkapa ilmailuteollisuudessa, rakentamisessa ja lääkinnällisten laitteiden valmistuksessa,”, Mäkinen sanoo.
Tutkimuksessa käytettiin apuna Aallon Science-IT-laskentaprojektia, ja sen rahoitti Suomen Akatemia.
äپٴᲹ:
Science-IT
Science-IT vastaa laskennallisen tieteen infrastruktuurista Aalto-yliopistossa. Hankkeen vetovastuu on Perustieteiden korkeakoulussa.
Lue lisää uutisia
Tutkijat kytkivät lähes ikiliikkuvan aikakiteen ensimmäistä kertaa ulkoiseen värähtelijään – voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa
Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joten sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon sekä mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.
Esittelyssä Qi Chen: Luotettava tekoäly tarvitsee algoritmeja, jotka selviävät yllätyksistä
Tekoälyn kehittäjien on keskityttävä sovellusten turvallisuuteen ja oikeudenmukaisuuteen, sillä ne liittyvät suoraan yhteiskuntien luottamukseen ja tasa-arvoon, sanoo tutkija Qi Chen.
Tekoälyn ja ihmisen erimielisyys on tutkijalle jännä arvoitus
Francesco Croce tutkii multimodaalisia perustamalleja, erityisesti niiden hyökkäyksensietokykyä.