Tutkijat ratkaisivat halkeamien mysteerin – parantaa yleisten rakennusmateriaalien kestävyyttä
Tutkijat onnistuivat selvittämään insinöörejä vaivanneen paradoksin: miksi materiaalien halkeamat etenevät nopeammin, kun jännitys pääsee välillä vapautumaan.

Halkeamia ja murtumia esiintyy kaikkialla, aina lentokoneiden osista rakennuksiin, siltoihin tai lääketieteellisiin laitteisiin. Niiden ennakointi – eli miten ja milloin ne syntyvät ja kasvavat – on yksi insinööritieteiden suurista haasteista. Ratkaisu ongelmaan voi taas parantaa materiaalien, komponenttien ja rakenteiden kestävyyttä merkittävästi.
Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat ovat nyt löytäneet uuden tavan kuvata rakenteellisten halkeamien etenemistä tilastollisen fysiikan avulla. Havainto ratkaisee fyysikoita pitkään askarruttaneen paradoksin ja auttaa parantamaan monien teknisten materiaalien luotettavuutta ja kestävyyttä. Tutkimus on juuri julkaistu Physical Review Letters -lehdessä.
Materiaalit altistuvat joko staattiselle tai jaksoittaiselle rasitukselle. Esimerkiksi rakennukset joutuvat staattisen rasituksen kohteeksi ja se aiheuttaa halkeamia pitkällä aikavälillä. Toisaalta vaikka pyörivissä laitteissa tai lentokoneiden osissa halkeamia aiheuttaa jaksoittainen rasitus.
“Väsymismurtumat kasvavat nopeammin, kun rasitus helpottaa välillä. Tämä on ihmetyttänyt insinöörejä jo pitkään, sillä intuitiivisesti voisi ajatella, että juuri jatkuva jännitys nopeuttaisi halkeamien kasvua”, sanoo tutkijatohtori Tero Mäkinen.
Mäkisen ja Complex Systems and Materials -tutkimusryhmän havaintojen mukaan halkeamat eivät kuitenkaan kasva tasaisesti, vaan etenevät ajoittaisina ryöpsähtämisinä, kun ne tuhoavat mikroskooppisen pieniä esteitä materiaalien sisällä. Tilastollisen fysiikan avulla tutkijat kehittivät lisäksi uuden asteikon, jolla voidaan kuvata materiaalissa tapahtuvia muutoksia juuri ennen halkeamista.
”Tutkimuksemme yhdistää empiiriset väsymismallit ja fysiikkaan perustuvat murtumisteoriat. Kehitimme kokeellisesti mitattavan asteikon, joka kuvaa tarkasti materiaalin muutoksen etenemistä ja halkeamien vaikutuksia. Tulostemme avulla voi paremmin ennustaa halkeamien syntymistä ja näin parantaa materiaalien suunnittelua”, sanoo professori ja ryhmänjohtaja Mikko Alava.
Löydön myötä esimerkiksi rakennusmateriaaleina usein käytettyjen teräksen, alumiinin ja titaanin halkeamia voidaan ennakoida aiempaa tarkemmin.
“Tulokset voivat parantaa käyttöiän ennustamista aloilla, joilla turvallisuus on kriittistä – kuten vaikkapa ilmailuteollisuudessa, rakentamisessa ja lääkinnällisten laitteiden valmistuksessa”, Tero Mäkinen sanoo.
Tutkimuksessa käytettiin apuna Aallon Science-IT-laskentaprojektia, ja sen rahoitti Suomen Akatemia.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Tero Mäkinen
Tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
tero.j.makinen@aalto.fi
p. +358 50 527 3744
Kuvat

Linkit
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Tuore tutkimus kertoo Dark Souls -pelin tukevan pelaajia mielenterveyden haasteissa22.4.2025 11:10:00 EEST | Tiedote
Tutkimus osoittaa, kuinka Dark Souls -pelin pelaajat kokivat pelaamisen vaikuttavan myönteisesti mielenterveyteensä ja auttavan heitä kohtaamaan henkilökohtaisia haasteitaan.
Tekoälyn luovuus on katsojan silmässä8.4.2025 09:40:00 EEST | Tiedote
Uusi tutkimus osoittaa, että arvotamme luovuutta sen mukaan, kuinka suuren osan luovasta toiminnasta pääsemme näkemään.
Aalto-yliopiston akateemiset tulokset ja kansainvälinen arvostus pysyivät vahvoina vuonna 20244.4.2025 14:10:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston hallitus hyväksyi kokouksessaan 3.4.2025 hallituksen toimintakertomuksen ja tilinpäätöksen vuodelta 2024. Aalto-yliopisto sijoittui vuonna 2024 erinomaisesti kansainvälisissä yliopistovertailuissa. Kansainvälinen QS World University Rankings sijoitti Aalto-yliopiston Suomen ykköseksi ja sijalle 113 maailmanlaajuisesti. Taide ja muotoilu sijoittui hienosti maailmassa kahdeksannelle sijalle. Times Higher Education arvioi Aalto-yliopiston maailman 21. parhaaksi nuoreksi (alle 50-vuotiaaksi) yliopistoksi. Aalto-yliopisto sai Kansallisen koulutuksen arviointikeskuksen (Karvi) excellence-laatuleiman osoituksena poikkeuksellisen laadukkaasta kehittämistyöstä. Keväällä 2024 myös saatettiin päätökseen yliopiston strategian arviointi ja päivitys. Tutkimustoiminta pysyi korkealla tasolla. Kansainvälisten vertaisarvioitujen tieteellisten artikkeleiden määrä nousi 2 384:ään (2 210 edellisvuonna). Eniten viittauksia saavia ja korkean vaikuttavuuden top 10 % -julkaisuja näistä oli 1
ADHD-oireet esiin virtuaalitodellisuuspelin avulla - tutkijat havaitsivat selkeitä eroja lasten aivoverkostoissa24.3.2025 10:24:23 EET | Tiedote
Tutkimus voi auttaa selvittämään ADHD-epidemiaa, kehittämään siihen muita kuin lääkehoitoja ja myös saamaan selville, miten aivomme ovat muuttumassa.
Pysäyttävä tutkimustulos: Maailman maaseutualueilla asuu paljon luultua enemmän ihmisiä18.3.2025 12:00:00 EET | Tiedote
Tuoreen tutkimuksen mukaan maapallon väestöä kuvaavat tietoaineistot saattavat arvioida maaseudun väkiluvun jopa yli puolet todellisuutta alhaisemmaksi.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme