Karheuden vaikutus rajapinnan lujuuteen: Teräs-epoksi- ja komposiittiyhdistelmien tarkastelu mikrotasolla

Mikko Kanerva

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Materiaaliyhdistelmien kuormankantokykyyn vaikuttavat suuresti komponenttien väliset rajapinnat. Tämä väitöskirja tutkii tasomaisten rajapintojen lujuutta ja pinnan morfologian vaikutusta murtumiskäyttäytymiseen mikrotasolla. Väitöskirjan ensimmäinen osio keskittyy ruostumattomasta teräksestä ja epoksiliimasta muodostettuun bi-materiaaliin. Materiaalin valmistaminen korotetussa lämpötilassa johtaa sisäisiin jäännösjännityksiin, joita tutkitaan röntgensäteiden diffraktioon perustuvalla menetelmällä. Rajapinnan murtositkeys (Gc) määritellään vapautuvan deformaatioenergian perusteella. Kokeellista menettelyä Gc-arvon määrittämiseksi kehitetään tarkan esisärön valmistusmenetelmän ja kriittisen, rajapinnan äkkinäiseen pettämiseen johtavan venymätason määrittelyn avulla. Tutkimuksessa todetaan 1-2 mikrometriä syvien raerajauurteiden johtavan korkeampiin Gc-arvoihin verrattuna elektrolyyttisellä kiillotuksella tai etsauksella aikaansaatuun morfologiaan. Murtositkeys tutkituilla rajapinnoilla alenee ajan funktiona, mutta stabiloituu lopulta. Raerajauurteiden vaikutusta tutkitaan elementtimenetelmällä muodostamalla rajapinnan geometriamalli atomivoimamikroskoopilla tehtyjen mittausten perusteella. Simulaatio rajapinnan murtumisesta osoittaa raerajauurteen aiheuttavan M-muotoisen särön kärjen kuormitusmoodijakautuman ja 100-kertaisen sitkeytymisefektin. Tämä efekti pienenee 35 %, mikäli raerajauurteisiin mallinnetaan adheesiovikoja. Väitöskirjan toinen osio keskittyy tasomaisiin rajapintoihin kuitulujitetuissa komposiiteissa. Tutkimus aloitetaan kirjallisuusselvityksellä, jonka tavoitteena on selvittää systemaattisen karheuden vaikutusta liimattujen ja laminoitujen liitosten ominaisuuksiin. Kokeellinen työ keskittyy lasikuidulla lujitetun polyesterilaminaatin pintakäsittelyyn karhennuskankaiden avulla. Tulokset osoittavat, että kosteuden ja korotetun lämpötilan yhteisvaikutus alentaa huomattavasti polymeeripohjaisilla karhennuskankailla esikäsiteltyjen liitosten lujuutta. Väitöskirjatyön tulos on kokeisiin pohjautuva proseduuri, jolla voidaan määrittää ruostumattoman teräksen ja epoksiliiman rajapinnan murtositkeyteen oleellisesti vaikuttavat tekijät. Koetulosten perusteella voidaan edelleen simuloida mikroskooppisen karheuden vaikutus rajapinnan mekaaniseen suorituskykyyn makroskaalassa. Tulokset osoittavat, että karheuden vaikutus rajapinnan murtumiseen voidaan simuloida, mikäli jäännösjännitykset, morfologia ja adheesioviat otetaan mallinnuksessa huomioon realistisesti.
    Julkaisun otsikon käännösKarheuden vaikutus rajapinnan lujuuteen: Teräs-epoksi- ja komposiittiyhdistelmien tarkastelu mikrotasolla
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Tuhkuri, Jukka, Vastuuprofessori
    • Saarela, Olli, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5890-0
    Sähköinen ISBN978-952-60-5891-7
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • rajapinta
    • mikromekaniikka
    • murtuminen
    • komposiitti

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Karheuden vaikutus rajapinnan lujuuteen: Teräs-epoksi- ja komposiittiyhdistelmien tarkastelu mikrotasolla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä