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Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Investigadores FCFM lideran diseño de metamaterial que aísla las vibraciones

El metamaterial diseñado podría tener aplicaciones, por ejemplo, en el fuselaje de aviones.

El metamaterial diseñado podría tener aplicaciones, por ejemplo, en el fuselaje de aviones.

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Paper en Structural and Multidisciplinary Optimization
Núcleo Milenio Metamateriales
Departamento de Ingeniería Mecánica FCFM

Leonel Quinteros, tesista del magister en ciencias de la Ingeniería mención Mecánica y la académica Viviana Meruane, encabezan la investigación publicada en el último número de la revista Structural and Multidisciplinary Optimization. En el desarrollo participaron investigadores de la Universidad de Chile y de la Universidad Santa Catarina de Brasil.

Estructura celular tipo celosia (rejilla)

“Un metamaterial es un tipo de material inteligente cuyo diseño le da utilidades impresionantes a un material normal. Nosotros diseñamos un metamaterial que gracias a su arquitectura interior genera una amplia barrera ante las oscilaciones, ello nos abre un amplio abanico de oportunidades y potenciales aplicaciones en cosas tan diversas como: carrocería de autos, la roda de los barcos o el fuselaje de naves espaciales”, explica Viviana Meruane, investigadora del Núcleo Milenio de Metamateriales y directora del Departamento de Ingeniería Mecánica de la FCFM.

La vibración puede dañar componentes, estropear las uniones entre partes y debilitar fuselajes, por lo que es clave en la mecánica de las cosas. “Nosotros desarrollamos un método que define propiedades geométricas maximizando la banda de frecuencias donde se aíslan las vibraciones”, agrega la investigadora.

La propuesta tecnológica busca aislar las vibraciones provocadas por fuentes externas. “Introdujimos materiales basados en estructuras celulares tipo celosía (forma de rejilla). Estos materiales modernos con arquitecturas complejas y propiedades a medida, mostraron una mayor eficiencia estructural que los materiales tradicionales. Además de ser livianos, pueden exhibir propiedades de aislamiento de vibraciones sin precedentes”, añade la también líder del Programa de Innovación en Manufactura Avanzada IMA+.

Un abanico de posibilidades

La investigación, se desarrolló durante 12 meses, y tuvo como primer autor al tesista del Magíster en ciencias de la Ingeniería mención mecánica de la Universidad de Chile, Leonel Quinteros; Viviana Meruane, académica guía, y Eduardo Lenz-Cardoso, académico del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil.

Tanto el material como el problema de optimización se modelaron en el software Matlab. La estructura celular tipo celosía fue modelada utilizando el método de elementos finitos.

El grupo científico buscará profundizar la investigación incorporando diseños que hagan uso de algoritmos de aprendizaje de máquinas (Machine Learning) e Inteligencia Artificial. La continuidad inmediata está asegurada, gracias a que Viviana Meruane fue una de las beneficiadas con un Fondecyt 2021, para trabajar en el proyecto “Optimal design of ultralight sandwich panels with cellular truss cores and large phononic band gaps”.

Los resultados de este trabajo fueron publicados en la revista Structural and Multidisciplinary Optimization con el título “Phononic band gap optimization in truss-like cellular structures using smooth P-norm approximations” (“Optimización de la banda fonónica en estructuras celulares tipo barra utilizando aproximaciones suaves de la norma P”), para ver el artículo científico original revisa el siguiente link https://link.springer.com/article/10.1007/s00158-021-02862-x

Comunicaciones Núcleo Milenio de Metamateriales

Martes 2 de marzo de 2021

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