Hoe dingen vervormen en breken is belangrijk voor ingenieurs, omdat het hen helpt bij het kiezen en ontwerpen van de materialen die ze gaan gebruiken om dingen te bouwen. Onderzoekers van Aalto University en Tampere University hebben monsters van metaallegeringen uitgerekt tot aan hun breekpunt en dit gefilmd met ultrasnelle camera's om te bestuderen wat er gebeurt. Hun ontdekkingen hebben het potentieel om een ​​hele nieuwe onderzoekslijn te openen in de studie van materiaalvervorming.

Wanneer materialen een beetje worden uitgerekt, zij breiden uit, en wanneer het uitrekken stopt, ze keren terug naar hun oorspronkelijke grootte. Echter, als een materiaal veel wordt uitgerekt, ze keren niet meer terug naar hun oorspronkelijke grootte. Deze overstrekking wordt 'plastische' vervorming genoemd. Materialen die plastisch zijn vervormd, gedragen zich anders wanneer ze nog meer worden uitgerekt, en uiteindelijk in tweeën breken. Sommige materialen, waaronder de lichtgewicht aluminiumlegeringen die worden gebruikt in hightech-toepassingen zoals auto's en vliegtuigen, beginnen onvoorspelbaar te vervormen wanneer ze plastisch vervormen. Het specifieke probleem dat de onderzoekers wilden oplossen, wordt het Portevin-Le Chatelier (PLC) -effect genoemd. waar vervormingsbanden in het materiaal bewegen als het wordt uitgerekt. De beweging van deze banden veroorzaakt de onvoorspelbare vervorming, en onderzoekers wilden een beter begrip krijgen van hoe ze zich bewogen, om beter te kunnen voorspellen hoe deze materialen zouden vervormen. "Er waren modellen voor hoe deze materialen vervormden, " zei professor Mikko Alava, de leider van de onderzoeksgroep bij Aalto, "maar tot nu toe ze waren niet erg nuttig."

Om het nieuwe model te ontwikkelen, gebruikten de onderzoekers zeer snelle camera's, verlicht met laserlicht, om de monsters te fotograferen. Nadat ze deze gegevens hadden verzameld, ze konden zien welke theoretische modellen bij de gegevens passen. Ze ontdekten dat een model voor het gedrag van magneten, het ABBM-model genoemd, zou kunnen worden gebruikt om het gedrag van de materialen te voorspellen, aangezien ze heel goed vervormden. Het ABBM-model is goed ingeburgerd in de materiaalkunde voor het beschrijven van de verandering van magnetisatie in magneten. "De kunst van de theorie van dit werk was om te beseffen welke parameters van het materiaal overeenkwamen met de parameters in een geëvolueerde versie van het ABBM-model, " zei professor Alava, "en vervolgens door de grote hoeveelheid gegevens te verzamelen die we hebben gedaan, we konden laten zien hoe het model kan worden gebruikt om vervorming in deze materialen te voorspellen." De resultaten zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"Tot nu toe was de tijdresolutie van de experimenten niet voldoende om te vergelijken met dit type model, " zei Tero Mäkinen, promovendus met de grootste verantwoordelijkheid voor de studie. "De beweging van de vervormingsbanden is eerder bestudeerd, met name in de materiaalwetenschappelijke gemeenschap, maar je moet echt de fijne details zien om te kunnen laten zien dat de banden zich - in zekere zin - net als magneten gedragen."

"Het is vrij opmerkelijk dat twee verschijnselen die schijnbaar zo verschillend zijn - verandering van magnetisatie in magneten en voortplanting van vervormingsbanden in legeringen - met hetzelfde kunnen worden beschreven, eenvoudig statistisch natuurkundig model, " zegt universitair hoofddocent Lasse Laurson van de Universiteit van Tampere, die deelnamen aan het onderzoek.

Het onderzoek heeft lang op zich laten wachten. "Ik kwam voor het eerst op het algemene idee rond 2015, " legt professor Alava uit, maar nu is aangetoond dat het model van toepassing is op het PLC-effect in aluminiumlegeringen, de groep is geïnteresseerd om te testen of dit van toepassing is op een breder scala aan metaallegeringen. "Er zijn verschillende soorten PLC-banden die in materialen kunnen voorkomen, we hebben het voor één type getoond, en nu willen we zien of het voor hen allemaal geldt."