Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Veli-Matti Pulkkanen

Diplomi-insinööri Veli-Matti Pulkkanen väittelee perjantaina 5.4.2019 klo 13 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa salissa E, Otakaari 1, Espoo. Väitöskirjassa "A large deformation model for chemoelastic porous media – Bentonite clay in spent nuclear fuel disposal" on kehitetty suurten muodonmuutosten malli huokoisille aineille, jotka turpoavat kastuessaan. Mallia voidaan käyttää esimerkiksi simuloitaessa bentoniitti-saven käyttäytymistä käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksessa.

Paisuvat savet koostuvat noin nanometrin paksuisista ja halkaisijoiltaan satojen nanometrien kokoisista mineraalilevyistä, jotka muodostavat päällekkäisiä rakenteita. Savien kastuessa levyjen väleihin ja pinnoille adsorpoituu vettä, mikä saa saven turpoamaan. Jos turpoamiseen käytettävä tila on rajoitettu, savi täyttää tilan ja saveen kehittyy paisuntajännitys. Muodostuvan tiiviin rakenteen vuoksi paisuvia savia käytetään tiivisteaineena geoteknisissä sovelluksissa, kuten ydinpolttoaineen loppusijoituksessa.

Usein paisuvien savien kastumista ja mekaanista käyttäytymistä simuloidaan alun perin kapillaarisille materiaaleille kehitetyille malleilla, jotka eivät kuitenkaan sovi vettä adsorpoiville materiaaleille kovinkaan hyvin. Väitöstyössä onkin kehitetty vettä adsorpoiville huokoisille aineille uusi matemaattinen malli seuraamalla johdonmukaisesti jatkuvan aineen mekaniikan ja termodynamiikan periaatteita. Mallin kuvaamat ilmiöt ovat veden adsorption aiheuttama paisuminen, adsorpoituneen veden kulkeutuminen, paisumisjännityksen vaikutus veden adsorptioon, kapillaarinen veden kulkeutuminen, veden kemiallisen koostumuksen vaikutus paisumiseen, aineen elastoplastinen käyttäytyminen ja suuret muodonmuutokset.

Vastaväittäjä: Associate Professor David Mašin, Charles University, Praha, Tšekki

Kustos: professori Martti Puska, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Vastuuprofessori: professori Filip Tuomisto, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-8372-8