Diseño y optimización de estructuras reticulares en paneles celulares para la reducción de vibraciones

Abstract

A lo largo de los años, se ha investigado y profundizado en cómo mejorar las propiedades mecánicas de los materiales. En este contexto, ha surgido el concepto de metamateriales, que son materiales artificiales con propiedades inusuales dependientes de su estructura. Estos materiales han sido una solución en áreas como la aeronáutica, electromagnética, óptica y visual.

Entre las propiedades que se pueden lograr con los metamateriales se encuentra la capacidad de suprimir vibraciones mecánicas en ciertas bandas de frecuencia. Esta propiedad ha sido objeto de investigación durante mucho tiempo, ya que la propagación de vibraciones en un cuerpo puede generar problemas que afectan la estabilidad de una estructura, como en el caso de la construcción de puentes, donde la estabilidad depende directamente del tipo de estructura utilizada. La posibilidad de construir materiales con una buena relación entre rigidez y densidad, que además supriman la propagación de vibraciones en ciertas bandas de frecuencia, ha despertado un gran interés y ha sido respaldada por numerosas investigaciones.

Basándose en lo anterior, el objetivo de este trabajo de título es desarrollar una metodología que permita encontrar diseños óptimos de estructuras reticulares para paneles celulares que logren suprimir o reducir la propagación de vibraciones en ciertas bandas de frecuencias. Se busca desarrollar una metodología que permita encontrar diseños óptimos de estas estructuras para reducir la propagación de vibraciones en ciertas bandas de frecuencia. Para lograrlo, se proponen diseños numéricos de estructuras reticulares utilizando métodos de elementos finitos y se buscan configuraciones que puedan ser fabricadas mediante impresión 3D. Además, se emplea un algoritmo de optimización para encontrar mejores soluciones.

El trabajo se inicia replicando una estructura reticular utilizando la herramienta computacional MATLAB y métodos de elementos finitos, para luego comparar su respuesta en frecuencia con los resultados de la literatura y verificar la estrategia de diseño a seguir. A continuación, se proponen tres estructuras reticulares diferentes que se modelan mediante métodos de elementos finitos, obteniendo así la función de respuesta en frecuencia de cada una. Luego, se desarrolla un algoritmo de optimización para obtener configuraciones óptimas en distintos rangos de frecuencia y analizar la respuesta en frecuencia de cada una en estos rangos, con la expectativa de encontrar configuraciones que sean óptimas.

Se espera que este trabajo proporcione una metodología de trabajo capaz de generar diseños óptimos de estructuras reticulares en paneles celulares con una menor respuesta en ciertas bandas de frecuencia, lo que implica una reducción en la propagación de vibraciones. Además, al lograr la supresión de vibraciones en ciertos rangos de frecuencia, se podrían lograr avances en tecnologías de ingeniería tanto en aplicaciones mecánicas como estructurales.