Ongelman ratkaisivat teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat, jotka keksivät kuvata rakenteellisten halkeamien tapahtumia tilastollisen fysiikan avulla.

Ryhmän tutkimustulokset on juuri julkaistu Physical Review Letters -lehdessä.

Halkeamia ja murtumia esiintyy kaikkialla lentokoneiden osista rakennuksiin, siltoihin ja lääketieteellisiin laitteisiin.

Niiden ennakointi on tähän asti ollut suuri haaste. Aallon tutkijoiden löytö voi parantaa materiaalien, komponenttien ja rakenteiden luotettavuutta ja kestävyyttä merkittävästi.

Ajoittaisia ryöpsähdyksiä

Materiaalit altistuvat joko staattiselle tai jaksoittaiselle rasitukselle.

Esimerkiksi rakennukset joutuvat staattisen rasituksen kohteeksi, mikä aiheuttaa niihin halkeamia pitkällä aikavälillä. Pyörivissä laitteissa ja lentokoneiden osissa halkeamia saa aikaan jaksoittainen rasitus.

”Väsymismurtumat kasvavat nopeammin, kun rasitus helpottaa välillä”, kertoo tutkijatohtori Tero Mäkinen.

”Tämä on ihmetyttänyt insinöörejä jo pitkään, sillä intuitiivisesti voisi ajatella, että juuri jatkuva jännitys nopeuttaisi halkeamien kasvua.”

Aallon tutkimusryhmä kuitenkin havaitsi, että halkeamat eivät kasva tasaisesti. Sen sijaan ne etenevät ajoittaisina ryöpsähdyksinä tuhotessaan mikroskooppisen pieniä esteitä materiaalien sisällä.

Uusi asteikko kuvaa tapahtumat juuri ennen h-hetkeä

Lisäksi tutkijat kehittivät uuden asteikon, joka paljastaa materiaalissa tapahtuvat muutokset juuri ennen halkeamista.

”Tutkimuksemme yhdistää empiiriset väsymismallit ja fysiikkaan perustuvat murtumisteoriat”, selventää ryhmän johtaja, professori Mikko Alava.

Kokeellisesti mitattava asteikko kuvaa tarkasti materiaalin muutoksen etenemistä ja halkeamien vaikutuksia.

Löydön myötä esimerkiksi teräksen, alumiinin ja titaanin halkeamia voidaan nyt ennakoida aiempaa tarkemmin.