Hur saker deformeras och går sönder är viktigt för ingenjörer, eftersom det hjälper dem att välja och designa vilka material de ska använda för att bygga saker. Forskare vid Aalto-universitetet och Tammerfors universitet har sträckt ut metallegeringsprover till bristningsgränsen och filmat dem med ultrasnabba kameror för att studera vad som händer. Deras upptäckter har potential att öppna upp en helt ny linje av forskning inom studiet av materialdeformation.

När materialet sträcks lite, de expanderar, och när stretchingen slutar, de återgår till sin ursprungliga storlek. Dock, om ett material sträcks mycket, de återgår inte längre till sin ursprungliga storlek. Denna översträckning kallas "plastisk" deformation. Material som har börjat deformeras plastiskt beter sig annorlunda när de sträcks ännu mer, och så småningom knäppa i två. Vissa material – inklusive de lätta aluminiumlegeringar som används i högteknologiska applikationer som bilar och flygplan – börjar deformeras oförutsägbart när de blir plastiskt deformeras. Det specifika problem som forskarna var intresserade av att lösa kallas Portevin-Le Chatelier (PLC)-effekten, där deformationsband i materialet rör sig när det sträcks ut. Rörelsen av dessa band orsakar den oförutsägbara deformationen, och forskare ville utveckla en bättre förståelse för hur de rörde sig, för att bättre kunna förutsäga hur dessa material skulle deformeras. "Det fanns modeller för hur dessa material deformerades, sa professor Mikko Alava, ledaren för forskargruppen vid Aalto, "men tills nu, de var inte särskilt användbara."

För att utveckla den nya modellen, forskarna använde mycket höghastighetskameror, belyst med laserljus, att fotografera proverna. När de väl samlat in dessa uppgifter, de kunde se vilka teoretiska modeller som passar data. De fann att en modell för beteendet hos magneter, kallad ABBM-modellen, skulle kunna användas för att förutsäga materialens beteende då de deformerades riktigt bra. ABBM-modellen är väletablerad inom materialvetenskap för att beskriva förändringen av magnetisering i magneter. "Konsten att teorin för detta arbete var att inse vilka parametrar i materialet som passade med parametrarna i en utvecklad version av ABBM-modellen, sade professor Alava, "och sedan genom att samla in den stora mängden data som vi gjorde, vi kunde visa hur modellen kunde användas för att förutsäga deformation i dessa material." Resultaten publiceras i Vetenskapliga framsteg .

"Hittills har tidsupplösningen av experimenten inte varit tillräcklig för jämförelse med denna typ av modell, sa Tero Mäkinen, doktorand med huvudansvar för studier. "Rörelsen av deformationsbanden har studerats tidigare, särskilt inom materialvetenskap, men man behöver verkligen se de fina detaljerna för att kunna visa att banden beter sig - i någon mening - på samma sätt som magneter."

"Det är ganska anmärkningsvärt att två fenomen som uppenbarligen är så olika - förändring av magnetisering i magneter och utbredning av deformationsband i legeringar - kan beskrivas med samma, enkel statistisk fysikmodell, säger docent Lasse Laurson från Tammerfors universitet, som deltog i studien.

Forskningen har pågått länge. "Jag kom först med den allmänna idén runt 2015, " förklarar professor Alava, men nu när modellen har visat sig gälla PLC-effekten i aluminiumlegeringar, gruppen är intresserade av att testa om det gäller ett bredare utbud av metallegeringar. "Det finns flera olika typer av PLC-band som kan finnas i material, vi har visat det för en typ, och nu vill vi se om det gäller dem alla."