Caracterización de Band Gaps fonónicos en paneles tipo sándwich considerando incertidumbre en propiedades físicas del material

Abstract

El creciente desarrollo de la manufactura aditiva ha permitido la fabricación de materiales con arquitectura celular cada vez más complejos y con amplio potencial de aplicación según el objetivo deseado, debido a su gran eficiencia estructural (en comparación a los materiales tradicionales) por la relación entre alta resistencia y rigidez con respecto a la masa. Una importante aplicación de estos materiales corresponde a la fabricación de núcleos de paneles tipo sándwich. Algunos materiales celulares pueden experimentar un fenómeno denominado band gap fonónico, que consiste en que el material no propaga ondas mecánicas al ser excitado en cierto rango de frecuencias, independiente de la dirección, gracias a los fenómenos de Bragg scattering y resonancia local. El presente estudio da cuenta del efecto que tiene la incertidumbre en las propiedades físicas del material (asociada a procesos de manufactura por ejemplo) sobre el comporta- miento de los band gaps fonónicos que presentan dos modelos computacionales de paneles tipo sándwich. Los resultados finales corresponden a gráficos de probabilidad de excedencia tanto para el ancho del band gap y la frecuencia media del mismo. La probabilidad de excedencia (eje y del gráfico) indica cuál es la probabilidad de que la variable en estudio (ancho y frecuencia media de banda) sea mayor que el valor dispuesto en el eje x, denominado umbral. Se establece que en los casos estudiados las frecuencias medias a las cuales se presentan band gaps son muy altas para las aplicaciones de interés (industrias aeronáutica, automovilística, deportiva y de mantenimiento), sin embargo están dentro del rango del ultrasonido, siendo esta un área de investigación propuesta para evaluar aplicaciones de este tipo de metamateriales. La principal utilidad de los gráficos de probabilidad de excedencia es que se puede apuntar a un objetivo de ancho o frecuencia media de banda y determinar la probabilidad de tener valores mayores a estos. Asimismo se puede establecer la probabilidad de que la variable de estudio se sitúe un rango establecido, siendo estas herramientas útiles para una eventual etapa de diseño del material en cuestión. El llevar a cabo la propagación de incertidumbre es un paso más para acercar los modelos computacionales empleados a una posible realidad física, por tanto constituye un proceso fundamental en el estudio del fenómeno de band gap fonónico en paneles tipo sándwich.