Evaluación numérica de bandas de transmisión en metamateriales mecánicos blandos sometidos a deformación vía elementos finitos
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2023Metadata
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Hernández Urrutia, Rubén
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Evaluación numérica de bandas de transmisión en metamateriales mecánicos blandos sometidos a deformación vía elementos finitos
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Abstract
Los metamateriales se definen como un arreglo de estructuras artificiales que determinan
las propiedades mecánicas del metamaterial, es decir, existe una dependencia estructural y
por ello resultan de gran interés debido a sus propiedades mecánicas mejoradas, que son
difíciles de obtener en materiales convencionales [1].
Entre estos materiales no convencionales, se encuentran los metamateriales mecánicos blandos
que se caracterizan por tener una baja rigidez y alta flexibilidad. Una característica relevante
de ellos es la capacidad de adaptar la propagación de ondas a través de las bandas de frecuencia donde se aíslen las vibraciones, cuya propiedad ha permitido diseñar dispositivos de
reducción de ruidos y aislante de vibraciones, entre otros [2].
En este trabajo se estudia la propagación de ondas en un metamaterial mecánico blando,
hecho a partir de silicona y agua, que cuenta con propiedades de transmisión ajustables
según su deformación, de acuerdo con un estudio realizado por el Departamento de Física,
DFI, de la Universidad de Chile [3].
El objetivo principal de este trabajo es evaluar las bandas de transmisión en metamateriales
mecánicos blandos sometidos a deformación vía elementos finitos y para lograr aquello, en
primer lugar, se caracterizan las propiedades mecánicas de la silicona a partir de un ensayo de
compresibilidad en el cual se determina que, el módulo de Young y el coeficiente de Poisson
de la silicona es igual a 450 [kPa] y 0,49, respectivamente.
Luego, se valida la configuración numérica del metamaterial a partir de un caso simplificado,
conformado por un cubo de silicona y una esfera de agua ubicada en el centro. A partir de
este modelo simplificado, se define que el módulo de corte del agua será un 3,33 % del módulo
de corte de la silicona, es decir, será igual a 5,03 [kPa].
Seguidamente se indican los resultados experimentales obtenidos por el DFI, para realizar
un análisis comparativo entre ellos y los resultados numéricos obtenidos en este trabajo. A
partir de este análisis se concluye que el modelo lineal isotrópico, utilizado para modelar
los materiales constituyentes del metamaterial, entrega resultados aproximados a los que se
obtuvieron experimentalmente, y la diferencia entre ellos y los resultados numéricos, respecto
a las bandas de transmisión, se debe al comportamiento no lineal de la silicona.
Finalmente, se destaca como trabajo futuro considerar las no linealidades del sistema y utilizar
equipos con mayor precisión, durante el experimento, para disminuir las diferencias entre los
resultados experimentales obtenidos para un mismo nivel de compresión.
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