Fabricación y caracterización experimental de paneles tipo sándwich ultralivianos mediante impresión 3D

Abstract

El término metamaterial se reserva para materiales, usualmente creados artificialmen- te, que presentan propiedades especiales en base a su estructura y geometría y no solo su composición. Dentro de la rama de metamateriales y debido a las interesantes propiedades mecánicas que presenta, existe un tipo que es interesante estudiar: los paneles sándwich. De- bido a su bajo peso combinado con una alta rigidez y resistencia, en la actualidad los paneles sándwich pueden verse en aplicaciones automovilísticas, aeronáuticas e incluso aeroespaciales. Los paneles sándwich consisten en una estructura compuesta de dos placas planas, entre estas se ubica un núcleo que puede ser a su vez un metamaterial. Una propiedad destacable en estos metamateriales es su posible capacidad de aislar vibraciones dentro de un rango de frecuencia determinado, entre otros factores, por la geometría del núcleo, propiedad denomi- nada band gap fonónico. Esta característica tiene un gran potencial de aplicación en áreas de la ingeniería estructural donde se desea evitar la propagación de vibraciones desde una es- tructura a otra tal como pueden ser estudios de grabación, fuselajes de aviones o estructuras que posean un elemento rotatorio en general. Este trabajo tiene como objetivo general evaluar un modelo teórico que predice la pre- sencia y características de un band gap dependiendo de la estructura del panel sándwich. Se realizará comparando los modos de vibración obtenidos del modelo con modos obtenidos ex- perimentalmente mediante la fabricación de un panel prototipo usando impresión por resina. Primero se debe caracterizar mecánicamente la resina, en especifico su modulo de elasti- cidad y densidad. Con estas propiedades se genera una base de datos, esta posee diferentes combinaciones de parámetros que definen un panel sándwich para luego elegir una de es- tas combinaciones; de forma paralela se encuentra una configuración de impresión que logre imprimir un panel sin fallas y fácil de posprocesar. Posterior a la manufactura del panel se realiza una prueba de excitación por martillo modal para obtener las frecuencias y formas modales, luego estas son comparadas con las frecuencias teóricas, después de esto, se realiza una variación en el modelo de elementos finitos del panel con el fin de acercarlo lo más posible al modelo experimental. De los resultados obtenidos se concluye que el modelo no es capaz de predecir los modos de vibración del panel sándwich fabricado dentro de un rango de error razonable.