Aalto-yliopiston ja Tampereen yliopiston tutkijat ovat kuvanneet suurnopeuskameralla, mitä tapahtuu, kun metallikappaleita venytetään murtumispisteeseen saakka.
Kappaleet oli tehty alumiiniseoksesta. Kuvaus paljasti, että seoksen muoto muuttuu rasituksessa arvaamattomasti.
Ryhmä julkaisi tuloksensa Science Advances -lehdessä.
Tulokset voivat avata uusia uria materiaalitutkimukseen ja muun muassa auto- ja ilmailuteollisuuteen. Kevyitä alumiiniseoksia käytetään paljon autoissa ja lentokoneissa.
”Kun autonkoreja prässätään alumiinista, tulee lopputuloksen kuitenkin olla tasainen”, muistuttaa tohtorikoulutettava Tero Mäkinen Aalto-yliopistosta.
Venymänauhat ennustavat lopputulosta
Tutkimuksessa keskityttiin erityisesti plastisen muodonmuutoksen epävakausilmiöön, jota kutsutaan Portevin–Le Chatelier (PLC) -efektiksi.
Tutkijoita kiinnostivat etenkin venymänauhat eli nauhamaiset alueet, jotka venyvät enemmän kuin toiset.
”Tavoitteena oli ymmärtää, kuinka nauhat liikkuvat, sillä nauhojen liikkeen perusteella voimme ennustaa, miten materiaali muuttaa muotoaan”, kertoo tutkimusta johtanut Aallon professori Mikko Alava.
Muodonmuutosta kuvaavia teoreettisia malleja ei ole voitu vertailla, koska mittauksissa ei ole saatu tarpeeksi tarkkaa dataa materiaalin muutoksista.
Nyt dataa saatiin, kiitos laservalon ja yli tuhat kuvaa sekunnissa ottavan suurnopeuskameran.
Sen ansiosta tutkijat saattoivat havaita, että materiaalitieteessä vakiintunut magnetisaation muutosten kuvaamiseen käytetty malli kykeni hyvin tarkasti ennustamaan materiaalin käyttäytymistä.
Nauhojen etenemisnopeuden ja nopeusvaihteluiden avulla tutkijat pystyivät kertomaan, millaiseen muotoon materiaali muuttuu.
Käyttäytyvät kuin magneetit
Myös se vahvistui, että venymänauhat käyttäytyvät magneettien lailla.
Tampereen yliopiston tenure track -professorin Lasse Laursonin mukaan on yllättävää, että sama magnetisaation muutosten kuvaamiseen käytetty yksinkertainen tilastollinen malli sopii kahden näennäisesti erilaisen ilmiön kuvaamiseen.
”Sillä pystytään kuvaamaan tarkkaan myös muotoaan muuttavan materiaalin paikallista venymistä”, Laursen kertoo.
Nyt kun tutkijat ovat todentaneet mallinsa soveltuvuuden yhdelle seokselle, he pyrkivät selvittämään, sopiiko se ennustamaan myös muiden metalliseosten käyttäytymistä.
(Kuva: Tero Mäkinen) Metallinäytettä venytetään murtumispisteeseen saakka, ja samalla sitä kuvataan laservalolla ja suurnopeuskameroilla.
