Funktionaalisten materiaalien mahdollisuudet lujitemuovisessa toimirakenteessa

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.