Väitös: Digitaalisella kuvakorrelaatiolla luotettavampaa ja yksityiskohtaisempaa materiaalitestausta

Materiaalitestauksen avulla voidaan esimerkiksi määrittää materiaalien ominaisuuksia kuvaavat tarkat numeeriset arvot, valvoa valmistettujen komponenttien laatua tai asettaa materiaalit paremmuusjärjestykseen valitun ominaisuuden perusteella tuotekehitystä varten.

Testimenetelmät ovat usein standardoituja, mutta tästä huolimatta käytännön kokeissa on aina läsnä tuntemattomia tekijöitä, jotka vaikuttavat lopputulokseen. Testattavan materiaalin sekä käytettävän koekappaleen muodon tai rakenteen kompleksisuuden kasvaessa näiden piilevästi testaukseen vaikuttavien muuttujien määrä kasvaa. Lisäksi itse testaustapahtuma voi olla todellisuudessa hyvinkin haasteellinen toteuttaa, jolloin operaattorin toiminta sekä subjektiiviset päätökset mittaustulosten tulkinnassa voivat aiheuttaa merkittävääkin epävarmuutta lopputulemaan.

– Jos testeissä vaikuttavia tuntemattomia tekijöitä voidaankin tunnistaa, testimenetelmien luotettavuutta ja käytettävyyttä on mahdollista kohentaa. Lopulta mitattu tulos kuvastaa paremmin tavoiteltua ominaisuutta, Olli Orell toteaa.

Materiaalien mekaaninen testaus perustuu yleensä testin aikana kappaleessa tapahtuvan muodonmuutoksen mittaamiseen. Muutosta tarkastellaan joko yksityiskohtaisesti yksittäisessä tarkasti valitussa paikallisessa pisteessä tai mittaamalla laajemmalta alueelta koekappaleen keskiarvotettua käyttäytymistä.

DIC-menetelmä lisää testausten tarkkuutta

Digitaalinen kuvakorrelaatio (Digital Image Correlation, DIC) on 2000-luvulla valtavin harppauksin kehittynyt ja yleistynyt optiseen kuvantamiseen perustuva menetelmä, jonka avulla yksittäisten paikallisten mittapisteiden sijaan voidaankin määrittää koko kuvatun kappaleen muodonmuutoskenttä. Perinteisissä mittauksissa esimerkiksi kappaleen taipumaa voidaan mitata yhdessä pisteessä, johon mekaanisen mittalaitteen kärki asetetaan. Kuvaamalla koko testaustapahtuma, DIC-menetelmän avulla voidaan jälkikäteen tallennetuista kuvista määrittää sama informaatio valitussa pisteessä.

– Erona on, että näitä virtuaalisia ’laitteita’ voidaan luoda samaan kuvaan tuhansia ja näin ollen saadaankin täysin eri käsitys koekappaleen käyttäytymisestä testin aikana. Samalla voidaan esimerkiksi tarkastella, toimivatko koekappaleen kuormittamiseksi käytettävät rakenteet oletetulla tavalla testin aikana. Tämä mahdollistaa myös täysin uudentyyppiset analyysimenetelmät, kun kappaleen käyttäytymistä kuvaavaa dataa on saatavilla miltei rajattomasti, Orell kertoo.

Väitöskirjassaan Olli Orell tutki muun muassa polymeeri/metalli-yhdistelmärakenteessa tapahtuvan särön etenemisestä DIC:n avulla. Hän kehitti DIC:n tuottamaan muodonmuutoskenttään perustuvat soveltuvat menetelmät särön seurantaan. Menetelmien tavanomaisessa toteutuksessa on tunnetusti ollut haasteita.

Orellin kehittämät analyysimenetelmät auttavat esimerkiksi vähentämään merkittävästi operaattorin subjektiivisesta tulkinnasta aiheutuvaa epätarkkuutta ja parantavat menetelmien käytettävyyttä oleellisten materiaaliominaisuuksien määrittämisessä.

Väitöstilaisuus perjantaina 15. maaliskuuta

Diplomi-insinööri Olli Orellin materiaalitekniikan alaan liittyvä väitöskirja Enriching Mechanical Characterisation Methods of Composites and Hybrids with Digital Image Correlation tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 15.3.2024 klo 12 Hervannan Kampuksella Konetalo-rakennuksen salissa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, 33720 Tampere).

Vastaväittäjinä toimivat professori Enrico Cestino, Politecnico di Torinosta, Italiasta ja tekniikan tohtori Aleksi Laakso, Meyer Turku Oy:stä. Kustoksena toimii apulaisprofessori Mikko Kanerva Tampereen yliopistosta.