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Innovación

Investigadora U. de Chile encabeza diseño de metamaterial que podría usarse en fuselaje de aviones y naves espaciales

Tecnología permite aislar las vibraciones provocadas por fuentes externas en base a materiales con propiedades geométricas. La académica de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Viviana Meruane, y el tesista del magister en ciencias de la Ingeniería mención Mecánica, Leonel Quinteros, encabezaron esta investigación publicada en el último número de la revista Structural and Multidisciplinary Optimization, trabajo en el que participaron también científicos de la Universidad Santa Catarina de Brasil.

El metamaterial diseñado podría tener múltiples aplicaciones, por ejemplo, en el fuselaje de aviones y naves espaciales, en la carrocería de autos o en la roda de barcos.

El metamaterial diseñado podría tener múltiples aplicaciones, por ejemplo, en el fuselaje de aviones y naves espaciales, en la carrocería de autos o en la roda de barcos.

La propuesta tecnológica busca aislar las vibraciones provocadas por fuentes externas en base a materiales con propiedades geométricas (estructuras celulares tipo celosía o con forma de rejilla).

La propuesta tecnológica busca aislar las vibraciones provocadas por fuentes externas en base a materiales con propiedades geométricas (estructuras celulares tipo celosía o con forma de rejilla).

Estos materiales modernos con arquitecturas complejas y propiedades a medida, mostraron una mayor eficiencia estructural que los materiales tradicionales, señala Viviana Meruane.

"Estos materiales modernos con arquitecturas complejas y propiedades a medida, mostraron una mayor eficiencia estructural que los materiales tradicionales", señala Viviana Meruane.

Enlaces relacionados
Paper en Structural and Multidisciplinary Optimization
Núcleo Milenio Metamateriales
Departamento de Ingeniería Mecánica FCFM U. de Chile

“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 Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la U. de Chile .

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”, detalla la también líder del Programa de Innovación en Manufactura Avanzada IMA+.

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; a Viviana Meruane, académica guía, y a 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”).

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