Tampereen yliopisto

Väitös: Kuvantaminen avaa uusia mahdollisuuksia materiaalitieteeseen

12.4.2022 07:30:10 EEST | Tampereen yliopisto | Tiedote

Jaa
Esimerkiksi autoja ja lentokoneita suunniteltaessa on otettava huomioon, miten materiaalien ominaisuudet ja käyttäytyminen muuttuvat eri olosuhteissa. Diplomi-insinööri Guilherme Corrêa Soares tutki väitöstyössään materiaalien mekaanista käyttäytymistä ääriolosuhteissa kuten erittäin korkeissa lämpötiloissa ja törmäyksissä suurella nopeudella. Optisilla ja infrapunamittauksilla saadun tiedon avulla voidaan tulevaisuudessa kehittää kevyempiä, vahvempia ja turvallisempia materiaaleja.
Guilherme Corrêa Soares Kuva: Annso Rudolph
Guilherme Corrêa Soares Kuva: Annso Rudolph

Materiaalit joutuvat äärimmäisiin olosuhteisiin esimerkiksi silloin, kun autonkori muokkaantuu auto-onnettomuudessa tai avaruusalus palaa Maan ilmakehään, jossa se kuumenee kitkan vaikutuksesta. Kun koneita ja laitteita suunnitellaan, on tärkeää ymmärtää, miten materiaalit käyttäytyvät käyttötarkoitusta vastaavissa olosuhteissa.

– Insinööreille ja materiaalitieteilijöille on arkipäivää tutkia materiaalien kestävyyttä kuormituksessa. Perinteisillä testausmenetelmillä on kuitenkin vaikeaa tutkia materiaalien käyttäytymistä suurilla nopeuksilla ja korkeissa lämpötiloissa. Uusien suureen kuvantamisnopeuteen kykenevien optisten ja infrapunakameroiden avulla saadaan paljon enemmän numeerista tietoa materiaalien käyttäytymisestä eri olosuhteissa, Soares sanoo.

Materiaalien käyttäytymisen analysointi optisilla ja infrapunakameroilla ei ole aivan yksinkertaista edes silloin, kun koe tapahtuu hitaasti ja näyte on huoneenlämpötilassa. Vaikeudet kasvavat huomattavasti muodonmuutosnopeuden ja lämpötilan kasvaessa, ja todella nopeat kokeet kestävätkin vain kymmeniä tai satoja mikrosekunteja. Tuolloin näyte voi olla reilusti yli tuhannen celsiusasteen lämpötilassa lähellä sulamispistettä.

Väitöstutkimuksessaan Soares kehitti tutkimusmenetelmän, joka yhdistää mekaanisen kokeen eli materiaaliin kohdistuvan voiman mittaamisen, voiman aiheuttaman muodonmuutoksen mittaamisen optisilla kameroilla, sekä plastisen työn aikaan saaman adiabaattisen kuumenemisen eli lämpötilan mittaamisen infrapunakameroilla. Työssä esitetään myös ratkaisuja mittausdatan samanaikaiseen keräämiseen vain mikrosekunteja kestävässä kokeessa, useiden suurnopeuskameroiden tuottaman mittausdatan esittämiseen samassa koordinaatistossa sekä infrapunakameran mittamaan lämpötilan kalibroimiseen todellista pintalämpötilaa vastaavaksi.

Kuvantamalla voidaan tutkia materiaaleja ääriolosuhteissa

Soares tutki useiden metallien ja metalliseosten käyttäytymistä erilaisissa kuormitusolosuhteissa jopa 1350 celsiusasteen lämpötilassa. Mittausten tuottaman valtavan datamäärän vuoksi tuloksia oli hankala esittää helposti luettavassa muodossa. Tämän vuoksi Soares kehitti useita erilaisia graafisia esitysmuotoja, jotka visualisoivat materiaalin mekaanisen lujuuden, muodonmuutosnopeuden, lämpötilan, ja muodonmuutoksen määrän väliset yhteydet ennen näkemättömän laajassa skaalassa.

– Tutkimukseni osoitti, että kuvantamismenetelmät tuottavat arvokasta tietoa materiaalien käyttäytymisestä. Tulosten avulla voidaan kehittää ja todentaa nykyisiä materiaalimalleja ja ohjata teollisuuden tuotesuunnittelua, Soares kertoo.

Diplomi-insinööri Guilherme Corrêa Soaresin materiaalitieteen alaan kuuluva väitöskirja Thermomechanical Behaviour of Materials under Extreme Conditions Studied with High-Speed Optical and Infrared Imaging tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 22.4.2022 klo 12 alkaen Hervannan kampuksella, Konetalon salissa K1702 (Korkeakoulunkatu 6, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Pascal Forquin Grenoblen yliopistosta ja Dr Stephen Walley Cambridgen yliopistosta. Kustoksena toimii professori Mikko Hokka tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.

Tilaisuus on englanninkielinen.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Guilherme Corrêa Soares
guilherme.correasoares@tuni.fi


(yhteydenotot englanniksi)

Kuvat

Guilherme Corrêa Soares Kuva: Annso Rudolph
Guilherme Corrêa Soares Kuva: Annso Rudolph
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

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 Tampereen yliopisto

Talotekniikan tohtoreiden kysyntä kasvaa: AI Champion -projekti synnyttää monitieteistä osaamista alalle27.10.2026 08:00:00 EET | Tiedote

Business Finlandin rahoittamassa AI Champion -projektissa kehitetään sata tekoälyagenttia, jotka parantavat automaatiota ja tiedonkulkua talotekniikan toimitusketjuissa. Projekti kokoaa yhteen laajan joukon väitöskirjatutkijoita eri aloilta ja vastaa tulevaisuudessa vaativan talotekniikka-alan osaajapulaan, kun vihreä siirtymä ja datakeskusinvestoinnit edistyvät.

Suunnittelemattomat sairaalan ulkopuoliset synnytykset yleistyvät – ammattilaisten yhteistoiminnassa kehitettävää26.10.2026 09:30:00 EET | Tiedote

Lisääntyvät ja riskialttiit suunnittelemattomat sairaalan ulkopuoliset synnytykset haastavat suomalaista äitiyshuollon palvelujärjestelmää. KM Jussi Hänninen tutki väitöskirjassaan näitä synnytyksiä ja sai selville, että kätilön toiminta oli keskeinen tekijä myönteisessä kokemuksessa. Sen sijaan vain puolet tutkimukseen vastanneista ensihoitajista koki osaavansa hoitaa ongelmitta sujuvan synnytyksen.

Autismiin liittyvä toistuva käyttäytyminen voi tukea lapsen itsesäätelyä20.10.2026 10:53:57 EEST | Tiedote

Autistisilla lapsilla esiintyy usein käyttäytymismalleja, joiden avulla he säätelevät kuormitusta, tunteita ja ympäristön ärsykkeitä. Tampereen yliopiston tuoreessa tutkimuksessa saatiin uutta näyttöä siitä, että autismiin liittyvät kaavamaiset ja toistavat käyttäytymismallit eivät välttämättä ole pelkästään haasteiden ilmentymiä, vaan niillä voi olla myös itsesäätelyä tukeva tehtävä.

Tutkimus: D-vitamiinitasolla on yhteys lapsen parempaan uneen, mutta suositusta korkeampi annos ei kohenna neurokehitystä14.10.2026 10:30:38 EEST | Tiedote

Väitöstutkimuksen mukaan äidin riittävä D-vitamiinitaso raskauden aikana on yhteydessä lapsen parempaan uneen varhaislapsuudessa. Sen sijaan tavallista suurempi D-vitamiinilisä lapsuuden ensimmäisinä vuosina ei tutkimuksen perusteella parantanut lapsen unta tai neurokognitiivista kehitystä. Nykyisten suositusten mukainen D-vitamiiniannos on tutkimuksen mukaan riittävä lapsen neurokehityksen kannalta.

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
World GlobeA line styled icon from Orion Icon Library.HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye