Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa

Merja Sippola, Timo Brander, Kim Calonius, Lauri Kantola, Jukka-Pekka Karjalainen, Juha Kortelainen, Mikko Lehtonen, Patrik Söderström, Antti Timperi, Ismo Vessonen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Julkaisussa käsitellään funktionaalisten materiaalien ominaisuuksia, kykyjä, rajoituksia ja käyttötapoja toimirakenteissa, toimirakenteen luomiseen tarvittavia tekniikoita ja menetelmiä sekä toimirakennetekniikoiden tulevaisuutta ja kehitystarpeita. Julkaisun fokus on lujitemuovisissa toimirakenteissa. Toimirakenne, tai älykäs tai adaptiivinen rakenne, kykenee havainnoimaan ympäristöään, omaa kuntoaan ja kuormituksiaan sekä reagoimaan niihin aktiivisesti. Rakenne voi reagoida muuttamalla mekaanisia ominaisuuksiaan (muotoa, jäykkyyttä, vaimennuskykyä, jne.) ja/tai aktiivisilla voimavaikutuksilla. Toimirakenteen mahdollisia etuja perinteiseen rakenteeseen verrattuna ovat mm. toiminnallisuuden paraneminen, eliniän huomattavakin kasvu, korjauskustannusten pieneneminen ja rakenteen keveneminen. Funktionaalisilla materiaaleilla, kuten muistimetalleilla sekä pietsosähköisillä ja magnetoreologisilla materiaaleilla, on merkittävä potentiaali toimirakenteissa sekä anturi- että toimilaitesovelluksissa. Toimirakenteen luominen on varsin haastava monitekninen tehtävä, jossa tarvitaan monen insinöörialan osaamista, kuten materiaalitiedettä, rakenteiden mekaniikkaa, mallitusta, säätötekniikkaa, jne. Teknologioiden integrointiin liittyvä osaaminen ja tätä tukeva mallinnus ja simulointi ovat erityisen tärkeitä tekijöitä, kun tavoitellaan luotettavia ja optimoituja moniteknisiä rakennekonstruktioita. Luku 1 esittelee funktionaalisia materiaaleja ja niiden ominaisuuksia. Luku 2 esittelee eri tapoja, joilla rakenne voi sopeutua muuttuviin olosuhteisiin funktionaalisten materiaalien avulla. Käsiteltäviä aloja ovat mm. talon- ja sillanrakennus, koneet ja laitteet sekä kulkuvälineet, joihin paneudutaan lukuisten kirjallisuudesta poimittujen esimerkkien avulla. Luvussa 3 esitellään yleisellä tasolla älykkäiden rakenteiden eri tekniikoiden kehitystrendejä ja -tarpeita sekä kuvataan toimirakenteita osana teknisten laitteiden älykkyyttä hyödyntävää kokonaisjärjestelmää. Luvussa 4 esitetään työkaluja toimirakenteiden mallinnukseen ja simulointiin. Luvussa 5 kuvataan toimirakenteen ohjauksen perusperiaatteet.
Original languageFinnish
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages216
ISBN (Electronic)951-38-6477-4
ISBN (Print)951-38-6476-6
Publication statusPublished - 2004
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
Number2250
ISSN1235-0605

Fingerprint

plastics

Keywords

  • smart materials
  • smart structures
  • adaptive structures
  • composite structures
  • fiber reinforcement
  • polymers
  • shape memory alloys
  • piezoelectric materials
  • magnetorheological materials
  • sensors
  • ProperTune

Cite this

Sippola, M., Brander, T., Calonius, K., Kantola, L., Karjalainen, J-P., Kortelainen, J., ... Vessonen, I. (2004). Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 2250
Sippola, Merja ; Brander, Timo ; Calonius, Kim ; Kantola, Lauri ; Karjalainen, Jukka-Pekka ; Kortelainen, Juha ; Lehtonen, Mikko ; Söderström, Patrik ; Timperi, Antti ; Vessonen, Ismo. / Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa. VTT Technical Research Centre of Finland, 2004. 216 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2250).
@book{34c752c711c94baabce8311155171d01,
title = "Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa",
abstract = "Julkaisussa k{\"a}sitell{\"a}{\"a}n funktionaalisten materiaalien ominaisuuksia, kykyj{\"a}, rajoituksia ja k{\"a}ytt{\"o}tapoja toimirakenteissa, toimirakenteen luomiseen tarvittavia tekniikoita ja menetelmi{\"a} sek{\"a} toimirakennetekniikoiden tulevaisuutta ja kehitystarpeita. Julkaisun fokus on lujitemuovisissa toimirakenteissa. Toimirakenne, tai {\"a}lyk{\"a}s tai adaptiivinen rakenne, kykenee havainnoimaan ymp{\"a}rist{\"o}{\"a}{\"a}n, omaa kuntoaan ja kuormituksiaan sek{\"a} reagoimaan niihin aktiivisesti. Rakenne voi reagoida muuttamalla mekaanisia ominaisuuksiaan (muotoa, j{\"a}ykkyytt{\"a}, vaimennuskyky{\"a}, jne.) ja/tai aktiivisilla voimavaikutuksilla. Toimirakenteen mahdollisia etuja perinteiseen rakenteeseen verrattuna ovat mm. toiminnallisuuden paraneminen, elini{\"a}n huomattavakin kasvu, korjauskustannusten pieneneminen ja rakenteen keveneminen. Funktionaalisilla materiaaleilla, kuten muistimetalleilla sek{\"a} pietsos{\"a}hk{\"o}isill{\"a} ja magnetoreologisilla materiaaleilla, on merkitt{\"a}v{\"a} potentiaali toimirakenteissa sek{\"a} anturi- ett{\"a} toimilaitesovelluksissa. Toimirakenteen luominen on varsin haastava monitekninen teht{\"a}v{\"a}, jossa tarvitaan monen insin{\"o}{\"o}rialan osaamista, kuten materiaalitiedett{\"a}, rakenteiden mekaniikkaa, mallitusta, s{\"a}{\"a}t{\"o}tekniikkaa, jne. Teknologioiden integrointiin liittyv{\"a} osaaminen ja t{\"a}t{\"a} tukeva mallinnus ja simulointi ovat erityisen t{\"a}rkeit{\"a} tekij{\"o}it{\"a}, kun tavoitellaan luotettavia ja optimoituja moniteknisi{\"a} rakennekonstruktioita. Luku 1 esittelee funktionaalisia materiaaleja ja niiden ominaisuuksia. Luku 2 esittelee eri tapoja, joilla rakenne voi sopeutua muuttuviin olosuhteisiin funktionaalisten materiaalien avulla. K{\"a}sitelt{\"a}vi{\"a} aloja ovat mm. talon- ja sillanrakennus, koneet ja laitteet sek{\"a} kulkuv{\"a}lineet, joihin paneudutaan lukuisten kirjallisuudesta poimittujen esimerkkien avulla. Luvussa 3 esitell{\"a}{\"a}n yleisell{\"a} tasolla {\"a}lykk{\"a}iden rakenteiden eri tekniikoiden kehitystrendej{\"a} ja -tarpeita sek{\"a} kuvataan toimirakenteita osana teknisten laitteiden {\"a}lykkyytt{\"a} hy{\"o}dynt{\"a}v{\"a}{\"a} kokonaisj{\"a}rjestelm{\"a}{\"a}. Luvussa 4 esitet{\"a}{\"a}n ty{\"o}kaluja toimirakenteiden mallinnukseen ja simulointiin. Luvussa 5 kuvataan toimirakenteen ohjauksen perusperiaatteet.",
keywords = "smart materials, smart structures, adaptive structures, composite structures, fiber reinforcement, polymers, shape memory alloys, piezoelectric materials, magnetorheological materials, sensors, ProperTune",
author = "Merja Sippola and Timo Brander and Kim Calonius and Lauri Kantola and Jukka-Pekka Karjalainen and Juha Kortelainen and Mikko Lehtonen and Patrik S{\"o}derstr{\"o}m and Antti Timperi and Ismo Vessonen",
year = "2004",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-6476-6",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "2250",
address = "Finland",

}

Sippola, M, Brander, T, Calonius, K, Kantola, L, Karjalainen, J-P, Kortelainen, J, Lehtonen, M, Söderström, P, Timperi, A & Vessonen, I 2004, Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 2250, VTT Technical Research Centre of Finland.

Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa. / Sippola, Merja; Brander, Timo; Calonius, Kim; Kantola, Lauri; Karjalainen, Jukka-Pekka; Kortelainen, Juha; Lehtonen, Mikko; Söderström, Patrik; Timperi, Antti; Vessonen, Ismo.

VTT Technical Research Centre of Finland, 2004. 216 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2250).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa

AU - Sippola, Merja

AU - Brander, Timo

AU - Calonius, Kim

AU - Kantola, Lauri

AU - Karjalainen, Jukka-Pekka

AU - Kortelainen, Juha

AU - Lehtonen, Mikko

AU - Söderström, Patrik

AU - Timperi, Antti

AU - Vessonen, Ismo

PY - 2004

Y1 - 2004

N2 - Julkaisussa käsitellään funktionaalisten materiaalien ominaisuuksia, kykyjä, rajoituksia ja käyttötapoja toimirakenteissa, toimirakenteen luomiseen tarvittavia tekniikoita ja menetelmiä sekä toimirakennetekniikoiden tulevaisuutta ja kehitystarpeita. Julkaisun fokus on lujitemuovisissa toimirakenteissa. Toimirakenne, tai älykäs tai adaptiivinen rakenne, kykenee havainnoimaan ympäristöään, omaa kuntoaan ja kuormituksiaan sekä reagoimaan niihin aktiivisesti. Rakenne voi reagoida muuttamalla mekaanisia ominaisuuksiaan (muotoa, jäykkyyttä, vaimennuskykyä, jne.) ja/tai aktiivisilla voimavaikutuksilla. Toimirakenteen mahdollisia etuja perinteiseen rakenteeseen verrattuna ovat mm. toiminnallisuuden paraneminen, eliniän huomattavakin kasvu, korjauskustannusten pieneneminen ja rakenteen keveneminen. Funktionaalisilla materiaaleilla, kuten muistimetalleilla sekä pietsosähköisillä ja magnetoreologisilla materiaaleilla, on merkittävä potentiaali toimirakenteissa sekä anturi- että toimilaitesovelluksissa. Toimirakenteen luominen on varsin haastava monitekninen tehtävä, jossa tarvitaan monen insinöörialan osaamista, kuten materiaalitiedettä, rakenteiden mekaniikkaa, mallitusta, säätötekniikkaa, jne. Teknologioiden integrointiin liittyvä osaaminen ja tätä tukeva mallinnus ja simulointi ovat erityisen tärkeitä tekijöitä, kun tavoitellaan luotettavia ja optimoituja moniteknisiä rakennekonstruktioita. Luku 1 esittelee funktionaalisia materiaaleja ja niiden ominaisuuksia. Luku 2 esittelee eri tapoja, joilla rakenne voi sopeutua muuttuviin olosuhteisiin funktionaalisten materiaalien avulla. Käsiteltäviä aloja ovat mm. talon- ja sillanrakennus, koneet ja laitteet sekä kulkuvälineet, joihin paneudutaan lukuisten kirjallisuudesta poimittujen esimerkkien avulla. Luvussa 3 esitellään yleisellä tasolla älykkäiden rakenteiden eri tekniikoiden kehitystrendejä ja -tarpeita sekä kuvataan toimirakenteita osana teknisten laitteiden älykkyyttä hyödyntävää kokonaisjärjestelmää. Luvussa 4 esitetään työkaluja toimirakenteiden mallinnukseen ja simulointiin. Luvussa 5 kuvataan toimirakenteen ohjauksen perusperiaatteet.

AB - Julkaisussa käsitellään funktionaalisten materiaalien ominaisuuksia, kykyjä, rajoituksia ja käyttötapoja toimirakenteissa, toimirakenteen luomiseen tarvittavia tekniikoita ja menetelmiä sekä toimirakennetekniikoiden tulevaisuutta ja kehitystarpeita. Julkaisun fokus on lujitemuovisissa toimirakenteissa. Toimirakenne, tai älykäs tai adaptiivinen rakenne, kykenee havainnoimaan ympäristöään, omaa kuntoaan ja kuormituksiaan sekä reagoimaan niihin aktiivisesti. Rakenne voi reagoida muuttamalla mekaanisia ominaisuuksiaan (muotoa, jäykkyyttä, vaimennuskykyä, jne.) ja/tai aktiivisilla voimavaikutuksilla. Toimirakenteen mahdollisia etuja perinteiseen rakenteeseen verrattuna ovat mm. toiminnallisuuden paraneminen, eliniän huomattavakin kasvu, korjauskustannusten pieneneminen ja rakenteen keveneminen. Funktionaalisilla materiaaleilla, kuten muistimetalleilla sekä pietsosähköisillä ja magnetoreologisilla materiaaleilla, on merkittävä potentiaali toimirakenteissa sekä anturi- että toimilaitesovelluksissa. Toimirakenteen luominen on varsin haastava monitekninen tehtävä, jossa tarvitaan monen insinöörialan osaamista, kuten materiaalitiedettä, rakenteiden mekaniikkaa, mallitusta, säätötekniikkaa, jne. Teknologioiden integrointiin liittyvä osaaminen ja tätä tukeva mallinnus ja simulointi ovat erityisen tärkeitä tekijöitä, kun tavoitellaan luotettavia ja optimoituja moniteknisiä rakennekonstruktioita. Luku 1 esittelee funktionaalisia materiaaleja ja niiden ominaisuuksia. Luku 2 esittelee eri tapoja, joilla rakenne voi sopeutua muuttuviin olosuhteisiin funktionaalisten materiaalien avulla. Käsiteltäviä aloja ovat mm. talon- ja sillanrakennus, koneet ja laitteet sekä kulkuvälineet, joihin paneudutaan lukuisten kirjallisuudesta poimittujen esimerkkien avulla. Luvussa 3 esitellään yleisellä tasolla älykkäiden rakenteiden eri tekniikoiden kehitystrendejä ja -tarpeita sekä kuvataan toimirakenteita osana teknisten laitteiden älykkyyttä hyödyntävää kokonaisjärjestelmää. Luvussa 4 esitetään työkaluja toimirakenteiden mallinnukseen ja simulointiin. Luvussa 5 kuvataan toimirakenteen ohjauksen perusperiaatteet.

KW - smart materials

KW - smart structures

KW - adaptive structures

KW - composite structures

KW - fiber reinforcement

KW - polymers

KW - shape memory alloys

KW - piezoelectric materials

KW - magnetorheological materials

KW - sensors

KW - ProperTune

M3 - Report

SN - 951-38-6476-6

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

ER -

Sippola M, Brander T, Calonius K, Kantola L, Karjalainen J-P, Kortelainen J et al. Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa. VTT Technical Research Centre of Finland, 2004. 216 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2250).