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Diseño y fabricación de un metamaterial con resonadores, encargado de disipar las vibraciones mecánicas

Resumen

Las vibraciones mecánicas han sido un problema recurrente en el desarrollo reciente de la tecnología. Esto debido a problemas de desequilibrio, desalineación y desgaste de una máquina o elementos de ella. Los materiales tradicionales industriales empleados en el control pasivo de vibraciones tienen un comportamiento limitado, ya que cuentan con una relativa baja capacidad para disipar vibraciones. Este trabajo de grado expone el proceso de diseño de un metamaterial, empleando el método de los elementos finitos y su fabricación con manufactura aditiva. Esto con el fin de mejorar la capacidad de disipación de energía de vibración con respecto al material original, a través de la implementación de resonadores en su arquitectura celular. La metodología que se llevó a cabo en este proyecto de investigación consistió en, diseñar las alternativas de los metamateriales, esto incluye el diseño de la estructura celular y los resonadores. Después se realizó los análisis numéricos a cada alternativa, los cuales fueron análisis estático, modal y armónico. Luego se seleccionaron las mejores alternativas, por medio de una matriz de calidad, con la ayuda de los resultados obtenidos. Posteriormente se acondicionó el banco de pruebas, se efectuó un análisis modal experimental, para validar las frecuencias naturales, una vez verificadas se fabricaron los metamateriales, para finalmente ejecutar el ensayo de transmisibilidad. Gracias a los recursos de la Universidad Industrial de Santander y a la Escuela de Ingeniería Mecánica, se logró caracterizar los metamateriales, mediante el análisis de transmisibilidad. Con ello se determina el porcentaje de disipación de energía vibratoria de los materiales a determinada frecuencia, donde se logra evidenciar la eficiencia de disipación de energía respecto a los materiales convencionales.