Learning Centre

Collective phenomena in deformation

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Laurson, Lasse, Assoc. Prof., Tampere University, Finland
dc.contributor.advisor Koivisto, Juha, Dr., Aalto University, Finland
dc.contributor.author Mäkinen, Tero
dc.date.accessioned 2020-10-22T09:00:06Z
dc.date.available 2020-10-22T09:00:06Z
dc.date.issued 2020
dc.identifier.isbn 978-952-64-0093-8 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-64-0092-1 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/47031
dc.description 2.11.2020 13:00 – 17:00 via Zoom: https://aalto.zoom.us/j/61783378262
dc.description.abstract In this work the collective phenomena in material deformation, here meaning the collective dynamics of crystal defects (dislocations) or cellulose fibers, are studied experimentally using various techniques, which include imaging techniques, such as laser speckle technique and Digital Image Correlation, and also Acoustic Emission monitoring. Due to the nature of these collective bursts, or avalanches, they can be modelled with mesoscopic models and here each of the experimental systems is compared to simulations based on one of these simple models. In Publication I the dynamics of Portevin–Le Chatelier (PLC) deformation bands are studied using statistical methods. The results are mapped to a model based on the well-known model of mean-field depinning, the Alessandro–Beatrice–Bertotti–Montorsi (ABBM) model. This shows that a PLC deformation band, consisting of a large number of dislocations, behaves essentially as a single excitation of a quasiparticle. In Publication II the creep deformation of a quasi-2D fibrous material, paper, was studied close to failure. The localization of strain in tertiary creep was observed, concomitantly with scalefree behavior, divergence, of associated quantities. A serial fiber bundle model qualitatively reproduces this behavior and this implies that the behavior is not due to correlated avalanche phenomena. In Publication III the compression of foam-formed fibrous materials is studied. It is compared with the predictions of a mean-field model of fiber buckling, which reproduces the observed phenomena up to a certain strain, at which a crossover to collective phenomena is observed. The exponents of the acoustic emission energy and waiting time distributions seem to belong to a novel universality class. en
dc.description.abstract Tässä työssä tutkitaan kollektiivisia ilmiöitä aineen muodonmuutoksissa, eli tässä tapauksessa hilavirheiden (dislokaatioiden) tai selluloosakuitujen kollektiivista dynamiikkaa. Kokeellisessa tutkimuksessa käytetään monia eri tekniikoita: kuvantamismenetelmiä, kuten laserpilkkutekniikkaa ja digitaalista kuvakorrelaatiota, sekä akustisen emission havaitsemista. Näiden kollektiivisten purskeiden, eli vyöryjen, luonteesta johtuen niitä voidaan mallintaa mesoskooppisilla malleilla ja kutakin työssä esiintyvää kokeellista systeemiä verrataankin simulaatioihin, jotka hyödyntävät jotain näistä yksinkertaisista malleista. Julkaisussa I tutkitaan Portevinin–Le Chatelierin (PLC) ilmiöön liittyvien venymänauhojen dynamiikkaa tilastollisin menetelmin. Tulokset tulkitaan tunnettuun keskeiskenttämalliin, Alessandron–Beatricen–Bertottin–Montorsin (ABBM) malliin, perustuvan mallin avulla. Tämä kertoo, että PLC-venymänauha, joka koostuu suuresta määrästä dislokaatioita, käyttäytyy pohjimmiltaan kuin näennäishiukkasen yksittäinen eksitaatio. Julkaisussa II näennäisesti kaksiulotteisen kuitumateriaalin, paperin, virumista tutkitaan murtumishetken läheisyydessä. Venymän paikallistuminen havaitaan tertiäärivirumisessa, samanaikaisesti siihen liittyvien suureiden mittakaavasta riippumattoman käytöksen, divergenssin, kanssa. Tämä käytös voidaan kvalitatiivisesti toistaa kuitukimppumallin avulla, mikä viittaa siihen, että havaittu käytös ei johdu korreloituneista vyöryistä. Julkaisussa III tutkitaan vaahtorainatun kuitumateriaalin käytöstä puristuksessa. Tätä käytöstä verrataan kuitunurjahdusten keskeiskenttämallista saatuihin ennusteisiin, jotka vastaavat havaittua käytöstä tiettyyn venymään saakka, jonka jälkeen havaitaan siirtymä kollektiiviseen käytökseen. Akustisen emission energia- ja odotusaikajakaumien eksponentit vaikuttavat kuuluvan uuteen universaalisuusluokkaan. fi
dc.format.extent 76 + app. 28
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 166/2020
dc.relation.haspart [Publication 1]: T. Mäkinen, P. Karppinen, M. Ovaska, L. Laurson, M.J. Alava. Propagating bands of plastic deformation in a metal alloy as critical avalanches. Science Advances, vol. 6, no. 41, p. eabc7350, October 2020. DOI: 10.1126/sciadv.abc7350
dc.relation.haspart [Publication 2]: T. Mäkinen, J. Koivisto, L. Laurson, M.J. Alava. Scale-free features of temporal localization of deformation in late stages of creep failure. Physical Review Materials, vol. 4, no. 9, p. 093606, September 2020. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.4.093606
dc.relation.haspart [Publication 3]: T. Mäkinen, J. Koivisto, E. Pääkkönen, J.A. Ketoja, M.J. Alava. Crossover from mean-field compression to collective phenomena in low- density foam-formed material. Soft Matter, vol. 16, no. 29, p. 6819–6825,June 2020. Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202008214786. DOI: 10.1039/d0sm00286k
dc.subject.other Physics en
dc.title Collective phenomena in deformation en
dc.title Kollektiiviset ilmiöt aineen muodonmuutoksissa fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Applied Physics en
dc.subject.keyword localization en
dc.subject.keyword plastic deformation en
dc.subject.keyword avalanches en
dc.subject.keyword acoustic emission en
dc.subject.keyword lokalisaatio fi
dc.subject.keyword plastinen muodonmuutos fi
dc.subject.keyword vyöryt fi
dc.subject.keyword akustinen emissio fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-64-0093-8
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Alava, Mikko, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics ,Finland
dc.opn Zapperi, Stefano, Prof., Università degli Studi di Milano, Italy
dc.contributor.lab Complex Systems and Materials en
dc.rev Weiss, Jérôme, Dr., Institut des Sciences de la Terre – Université Grenoble Alpes, France
dc.rev Bonamy, Daniel, Dr., Commissariat à l'Énergie Atomique Saclay, France
dc.date.defence 2020-11-02
local.aalto.acrisexportstatus checked 2020-12-22_1011
local.aalto.infra Science-IT
local.aalto.formfolder 2020_10_22_klo_10_11
local.aalto.archive yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse