Prøveforelesning
Se prøveforelesningBedømmelseskomité
Stefan Nielsen, Instituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Roma
Loic Vanel, ENS Lyon, Lyon
Joachim Mathiesen, PGP, Oslo
Leder av disputas: Bjørn Jamtveit
Veileder: Professor Yuri Podladchikov, Dr. Karen Mair
Sammendrag
En øvre grense for den mekaniske styrken til faste stoffer
I 1926 fremsatte fysikeren Yakov Frenkel en teori basert på en atomær modell som setter en øvre grense på hvor stor mekanisk spenning en perfekt krystall kan motstå før den ødelegges. Det har lenge vært kjent at skjærstyrken til de fleste virkelige materialer likevel er betydelig mindre enn Frenkels teori forutsier. Avviket kan forklares ved at virkelige krystaller inneholder lett bevegelige defekter. Noen stoffer (f.eks. bergarter i den øvre mantelen) har imidlertid en struktur som vesentlig hindrer defektene i å bevege seg gjennom materialet. Slike materialer kan derfor motstå eksepsjonelt store spenninger før de bryter sammen, og brudd i disse materialene kjennetegnes spesielt ved at det faste stoffet plutselig begynner å flyte langs meget tynne, bestemte soner. Men, selv om disse materialene kan utvise styrker som nærmer seg Frenkels teoretiske grense, hvor bindingene mellom atomene brytes, viser det seg at tykkelsene på bruddsonene er langt større enn mellomatomære distanser. Denne observasjonen tyder på at slike typer brudd ikke kan forklares med Frenkels atomære modell.
Denne avhandlingen undersøker og foreslår en alternativ årsak til disse lokaliserte bruddene. Arbeidet er basert på en analyse av en enkel modell som tar hensyn ikke bare til faste stoffers rent elastiske egenskaper, men også til deres flytende eller viskøse egenskaper samt viktige temperatureffekter. Analysen avdekker at dersom spenningsnivået overstiger en bestemt grense, vil lokaliserte brudd forekomme som et resultat av en selvforsterkende varmeeffekt: Deformasjon fører til økt temperatur som igjen svekker materialets styrke. Dermed innfører denne bruddmekanismen en ny fundamental begrensning på styrken til faste stoffer. Foreløpige beregninger viser at modellens forutsigelser stemmer godt med eksperimentelle data. Resultatene kan bl.a. bidra til å forklare hvordan store jordskjelv oppstår i mantelen og benyttes i utviklingen av nye materialer som kan tåle ekstreme påkjenninger.
Arbeidet er utført ved forskningsgruppen Physics of Geological Processes (SFF) og under Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo, under veiledning av professor Yuri Podladchikov og seniorforsker Karen Mair.
Kontaktperson
For mer informasjon, kontakt Gyri Nørbech.