То, как вещи деформируются и ломаются, важно для инженеров, поскольку это помогает им выбирать и проектировать, какие материалы они собираются использовать для строительства вещей. Исследователи из Университета Аалто и Университета Тампере растянули образцы металлических сплавов до предела их разрушения и сняли их с помощью сверхбыстрых камер, чтобы изучить, что происходит. Их открытия имеют потенциал открыть совершенно новое направление исследований в области изучения деформации материалов.

Когда материалы немного растягиваются, они расширяются, а когда растяжение прекращается, они возвращаются к своему первоначальному размеру. Однако, если материал сильно растягивается, они больше не возвращаются к своему первоначальному размеру. Это чрезмерное растяжение называется "пластической" деформацией. Материалы, которые начали пластически деформироваться, ведут себя по-разному, когда они растягиваются еще больше, и в конечном итоге разрываются надвое. Некоторые материалы, в том числе легкие алюминиевые сплавы, используемые в высокотехнологичных приложениях, таких как автомобили и самолеты, начинают непредсказуемо деформироваться, когда они становятся пластически деформированными. Конкретная проблема, решение которой интересовало исследователей, называется эффектом Портевена-Ле Шателье (ПЛК), когда полосы деформации в материале перемещаются по мере его растяжения. Движение этих полос вызывает непредсказуемую деформацию, и исследователи хотели лучше понять, как они перемещаются, чтобы иметь возможность лучше предсказать, как эти материалы будут деформироваться. "Были модели того, как эти материалы деформируются, - сказал профессор Микко Алава, руководитель исследовательской группы В Аалто, - но до сих пор они не были очень полезны."

Чтобы разработать новую модель, исследователи использовали очень высокоскоростные камеры, освещенные лазерным светом, чтобы сфотографировать образцы. Как только они собрали эти данные, они смогли увидеть, какие теоретические модели соответствуют этим данным. Они обнаружили, что модель поведения магнитов, называемая моделью ABBM, может быть использована для предсказания поведения материалов, поскольку они действительно хорошо деформируются. Модель ABBM хорошо зарекомендовала себя в материаловедении для описания изменения намагниченности магнитов. "Искусство теории этой работы состояло в том, чтобы понять, какие параметры материала совпадают с параметрами в эволюционировавшей версии модели ABBM, - сказал профессор Алава, - а затем, собрав большое количество данных, которые мы сделали, мы смогли показать, как модель может быть использована для прогнозирования деформации в этих материалах." Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

"До сих пор временное разрешение экспериментов не было достаточным для сравнения с этим типом модели", - сказал Теро Мякинен, докторант, отвечающий за основные исследования. "Движение деформационных полос было изучено ранее, особенно в сообществе материаловедов, но действительно нужно видеть мелкие детали, чтобы быть в состоянии показать, что полосы ведут себя—в некотором смысле—аналогично магнитам."

"Весьма примечательно, что два явления, которые, по—видимому, настолько различны—изменение намагниченности в Магнитах и распространение полос деформации в сплавах-могут быть описаны с помощью одной и той же простой статистической физической модели", - говорит адъюнкт-профессор Лассе Лаурсон из Университета Тампере, который участвовал в исследовании.

Исследования шли очень долго. "Я впервые пришел к общей идее примерно в 2015 году, - объясняет профессор Алава, - но теперь, когда было показано, что модель применима к эффекту ПЛК в алюминиевых сплавах, группа заинтересована в тестировании, если она применима к более широкому спектру металлических сплавов. "Существует несколько различных типов полос ПЛК, которые могут существовать в материалах, мы показали это для одного типа, и теперь мы хотим посмотреть, применимо ли это ко всем из них."

ИСТОЧНИК