Desarrollo y optimización de paneles con remoción de material para la reducción de vibraciones

Abstract

Durante años se ha buscado mejorar las propiedades mecánicas de los materiales, en particular los metamateriales presentan propiedades sobresalientes en aplicaciones ingenieriles demandantes como lo son la industria automotriz, aeronáutica y aeroespacial, pues su bajo peso y alta resistencia han sido cualidades destacables que poseen. Una aplicación de los metamateriales es la supresión de vibraciones mecánicas en ciertas bandas de frecuencia. Este tema en particular ha constituido un importante campo de estudio, pues las vibraciones mecánicas en un material pueden generar, por ejemplo, inestabilidad en estructuras o, una propagación o aparición de grietas, debido a daños al material, causados por el aumento de esfuerzos que sufre por las vibraciones. Es por esto que los estudios de la disminución de vibraciones en estos materiales ha sido respaldada por múltiples estudios. El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y optimizar perforaciones en paneles celulares para la supresión de vibraciones. Dado lo anterior se desarrolló el diseño numérico por medio de elementos finitos de paneles perforados para la supresión de vibraciones en ciertas bandas de frecuencia, vale decir que la configuración encontrada se podrá fabricar por manufactura tradicional. Cabe mencionar que se hizo uso de algoritmos de optimización para encontrar las configuraciones óptimas. Lo primero que se hizo fue una investigación que permita comprender el efecto de las perforaciones en las vibraciones mecánicas, en base a esto se construyeron modelos con en método de elementos finitos para luego pasar a elaborar el algoritmo de optimización y obtener las configuraciones óptimas de los modelos propuestos. Lo anterior se hará por medio del software MATLAB, en específico se trabajará con su extensión SDTools que es una herramienta especializada en el modelamiento de elementos finitos para problemas de vibraciones. Con este trabajo se encontraron configuraciones de paneles con perforaciones circulares para una cantidad de 9, 16 y 25 perforaciones en tres bandas de frecuencia distintas para cada una, se obtuvieron placas que en su mayoría presentaban simetría en cuanto al tamaño de las perforaciones y otras que no presentaban reducciones en el rango estudiado, pero en general se logró a cabalidad el objetivo propuesto. En conclusión, se logró aportar en la investigación de supresión de vibraciones y conocer más en detalle el comportamiento de estas, es necesario mencionar que queda como pendiente una comprobación experimental de lo propuesto en el presente trabajo.