911±¬ÁÏÍø

Väitöskirjan nimi: Statistical physics of creep rupture of heterogeneous materials

³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Juan Carlos Verano Espitia 
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: apulaisprofessori Péter Dusán Ispánovity, Eötvös University, Unkari 
Kustos: professori Mikko Alava, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Tämän väitöskirjan päätavoitteena oli ymmärtää, miten materiaalit muuttavat muotoaan ja vaurioituvat, kun niihin kohdistuu jatkuvaa kuormitusta, eli virumista. Vaurioiden lokalisaation taustalla olevan fysiikan ymmärtäminen murtumisen lähestyessä on merkityksellistä insinööritieteelle, materiaalitieteelle ja geofysiikalle. Klassisessa mekaniikassa ja tekniikan kirjallisuudessa virumismurtumista kuvataan yleisesti empiirisillä lausekkeilla ja teoreettisessa ymmärryksessä on tapahtunut merkittäviä edistysaskeleita. Täydellinen fysikaalinen teoria kuitenkin puuttuu, mikä estää ennusteiden tekemisen teoreettisemmasta näkökulmasta. 

Tämän projektin tavoitteena oli seurata materiaalin etenevää vaurioitumista virumiskuormituksen alaisena (i) vetovirumiskokeilla heterogeenisessä materiaalissa, esim. tavallisessa toimistopaperissa, käyttäen seurantamenetelmiä, kuten akustista emissiota, ja (ii) numeerisilla malleilla, esim. kuitukimppumallilla yhdessä ulottuvuudessa tai etenevän vaurioitumisen mallilla kahdessa ulottuvuudessa, joista viimeinen toistaa geomateriaalien, esim. kivien, mekaanisen käyttäytymisen. Tavoite oli sitten soveltaa tilastollisen fysiikan teoriaa vaurioiden kehityksen tulkitsemiseen ja sitä kautta murtumisen ennustamiseen. 

Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että alkuperäisellä mikrorakenteella on tärkeä rooli murtumisajan keskiarvon ja vaihtelun määrittämisessä. Ehdotettu menetelmä parantaa tämän alkuperäisen mikrorakenteen karakterisoinnin tarkkuutta ja luotettavuutta. Ratkaisevasti, tämä työ ylittää nykyisen tason, jossa murtumisen ennustaminen on useimmissa tapauksissa mahdollista vain muodonmuutoksen viimeisissä vaiheissa. Siksi tämän tutkimuksen lisätuloksena on virumiseliniän ennustaminen Bayes-päättelyn avulla varhaisista vaiheista. 

Tämän työn tulokset auttavat kuromaan umpeen kuilua paikallisen mekaanisen vasteen ja virumismurtuman varhaisen vaiheen ennustamisen välillä. Tässä kehitettyä menetelmää voidaan laajentaa muihin heterogeenisiin materiaaleihin, mikä laajentaa sen sovellettavuutta laajaan valikoimaan materiaaliluokkia, joilla on erilaisia mekaanisia ominaisuuksia. Tähän kuuluvat myös hauraat materiaalit, joilla on vaurioiden aiheuttamia muistivaikutuksia. Laboratoriovirumisen lisäksi menetelmän tulisi olla merkityksellinen geofysikaalisille murtumisilmiöille, kuten maanvyörymiin, rinteiden virumiseen tai kallionvyörymiin, joissa murtumaa edeltävät tapahtumat tarjoavat ikkunan taustalla olevaan epävakauteen ja murtumiseen.

Avainsanat: viruminen, tilastollinen fysiikka, heterogeeninen materiaali, terminen aktivointi

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): .

Yhteystiedot: