Abstrakti
Tämä väitöskirja käsittelee joustavia rajapintoja rosoisessa väliaineessa sekä niiden sovelluksia murtomekaniikassa ja erityisesti materiaalien väsymisessä. Työhön sisältyy kolme julkaisua, joista yksi on kokeellinen, yksi numeerinen ja yksi analyyttinen.
Väsyminen tarkoittaa materiaalien murtumista toistuvasta kuormituksesta. Tässä työssä olemme kiinnostuneita yksittäisen särön etenemisestä kappaleessa sekä erityisesti Parisin-Erdoganin laista, jonka mukaan särön nopeus kasvaa jännitysintensiteettikertoimena tunnetun funktion potenssina. Yhden särön tarkastelu yleensä riittää, sillä kappaleen pisin särö kasvaa tavallisesti nopeiten ja johtaa kappaleen lopulliseen repeämiseen tarpeeksi pitkässä kuormituksessa.
Joustavat rajapinnat kuvaavat itsensä kanssa vuorovaikuttavia rajoja kahden järjestelmän välillä. Tässä tapauksessa rajana on se, kuinka pitkälle särö on edennyt, eli raja rikkinäisen ja ehjän aineksen välillä. Materiaalin sisäiset elastiset vuorovaikutukset pyrkivät suoristamaan rosoista särörintamaa. Särön edetessä yhdestä kohtaa on sen tapana vetää muuta murtumaa mukanaan.
Numeerinen julkaisu käsittelee vyöryinä tunnettuja ketjureaktioita rajapinnan liikkeessä. Jotta liike saataisiin erotettua esimerkiksi mittalaitteiden kohinasta, on vyöryt tapana määritellä jotain kynnystä isompana liikkeenä. Vyöryjä voi olla kaiken kokoisia riippuen siitä milloin mikäkin liikkeen ketjureaktio päättyi, joten kynnyksen valinta vaikuttaa vyöryihin. Tuloksemme osoittavat miten kynnys vaikuttaa erilaisiin vyöryjen jakaumiin ja siihen näyttäytyvätkö vyöryt toisistaan riippuvaisina. Näytämme myös aikaisemmissa tutkimuksissa havaittujen rajapintojen seismisten ominaisuuksien johtuneen niille käytetyistä määritelmistä.
Kokeellinen julkaisu tutkii mikroskooppisia hyppyjä murtuman liikkeessä, ja kuinka ne johtavat Parisin-Erdoganin lakiin. Havaitsimme hyppyjen noudattavan samanlaista kokojakaumaa erilaisilla kuormituksilla, vaikka eri kuormitukset johtivatkin erilaisiin keskimääräisiin nopeuksiin särölle sekä erilaisiin eksponentteihin Parisin-Erdoganin laissa. Jakaumissa oli kuitenkin erona se, että mitä nopeampaa kappaleen murtuminen oli, sitä pidempiin hyppäyksiin jakauma ulottui.
Analyyttisessä julkaisussa vertasimme lämmön käynnistämän hitaan rajapintojen liikkeen teoriaa väsymysmurtumiin sekä jaksottaiseen liikkeeseen samankaltaisissa järjestelmissä, kuten magneettisten vyöhykkeiden seinämissä. Havaitsimme magneettisten vyöhykkeiden käytöksen vastaavan paremmin väsymysmurtumia kuin itse tulosten väsymiselle. Tämä viittaa siihen, että aikaisemmissa tutkimuksissa ilmoitetut suureet tasomurtumille eivät päde väsymysmurtumille.
Julkaisun otsikon käännös | Joustavat rajapinnat ja niiden sovellus väsymismurtumiin |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-1363-1 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-1364-8 |
Tila | Julkaistu - 2023 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- joustavat rajapinnat
- väsymismurtumat
- murtomekaniikka
- vyöryt