Planteamiento de la estructura celular de un metamaterial para el diseño y construcción de un eje de transmisión de potencia fabricado mediante manufactura aditiva

Gonzalez Martinez, Dayana Vanessa; Chacón Acevedo, Juan Pablo

Planteamiento de la estructura celular de un metamaterial para el diseño y construcción de un eje de transmisión de potencia fabricado mediante manufactura aditiva

dc.contributor.advisor	Sánchez Acevedo, Heller Guillermo
dc.contributor.advisor	Díaz Ramírez, German Adolfo
dc.contributor.author	Gonzalez Martinez, Dayana Vanessa
dc.contributor.author	Chacón Acevedo, Juan Pablo
dc.contributor.evaluator	Chacon Velasco, Jorge Luis
dc.contributor.evaluator	Jaimes Rolon, Ricardo Alfonso
dc.date.accessioned	2023-11-01T13:14:33Z
dc.date.available	2023-11-01T13:14:33Z
dc.date.created	2023-10-29
dc.date.issued	2023-10-29
dc.description.abstract	La implementación de nuevas técnicas de manufactura, como la impresión 3D, ha abierto nuevas posibilidades de estudio en la forma en que se diseñan las estructuras. Un ejemplo de esto es el campo de los metamateriales, que presentan geometrías y características poco comunes en la naturaleza. En el ámbito de la ingeniería, se busca obtener elementos mecánicos que tengan un rendimiento alto en términos de su relación peso-eficiencia, y los metamateriales se perfilan como una opción prometedora en este sentido. Este trabajo se enfoca en el diseño y prueba de un eje sometido a torsión utilizando dos tipos de metamateriales mecánicos: uno con una estructura tipo rejilla y otro con una estructura tipo hélices. Inicialmente, se propusieron seis diseños con el objetivo de evaluar el comportamiento de las celdas unitarias, tres de cada tipo de estructura. Estas propuestas se caracterizaron mediante análisis estáticos realizados en ANSYS. Entre las estructuras evaluadas, se identificaron como las más prometedoras la estructura tipo "Honeycomb" y la estructura de "Hélices Radiales". Posteriormente, se llevaron a cabo análisis adicionales para determinar cómo se comportaban estas estructuras al variar su longitud y diámetro. También se realizaron análisis modales para identificar los primeros seis modos de vibración asociados con las frecuencias naturales de cada estructura en cada etapa del proyecto. Para evaluar el comportamiento de estas estructuras en un entorno real, se diseñaron y fabricaron los dos ejes con las mejores alternativas utilizando el método FDM de manufactura aditiva, empleando PLA común y PLA reforzado. Además, se construyó un banco experimental que incorporo un motor eléctrico al que se acoplaron los ejes. En este, se montó un mecanismo de frenado que permitió simular la transmisión de potencia y evaluar el comportamiento cualitativamente de los ejes ante la torsión. También se realizó un Análisis Modal Experimental (EMA) en donde se validaron los resultados de los modos de vibración obtenidos en las simulaciones computacionales.
dc.description.abstractenglish	mplementing new manufacturing techniques, such as 3D printing, has opened new possibilities for studying how structures are designed. An example of this is in the field of metamaterials, which exhibit geometries and characteristics uncommon in nature. In the realm of engineering, the quest is to obtain mechanical elements that perform well in terms of their weight-efficiency ratio, and metamaterials are emerging as a promising option in this regard. This work focuses on designing and testing a torsional shaft using two types of mechanical metamaterials: one with a grid-like structure and another with a helix-like structure. Initially, six designs were proposed to evaluate the behavior of unit cells, three of each type of structure. These proposals were characterized through static analyses conducted in ANSYS. Among the evaluated structures, the "Honeycomb" and "Radial Propeller" structures were identified as the most promising. Subsequently, additional analyses were performed to determine how these structures behaved when varying their length and diameter. Modal analyzes were also performed to identify the first six vibration modes associated with the natural frequencies of each structure at each stage of the project. To assess the behavior of these structures in a real-world environment, the two shafts were designed and fabricated using the Fused Deposition Modeling (FDM) additive manufacturing method, employing both common PLA and reinforced PLA. Furthermore, an experimental setup was designed, incorporating an electric motor to which the shafts were coupled. This setup included a braking mechanism that simulated power transmission and allowed for the evaluation of shaft behavior under torsion. An Experimental Modal Analysis (EMA) was also conducted to validate the results of the vibration modes obtained in the computational simulations.
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero Mecánico
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15075
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Ingeniería Mecánica
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Mecánica
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Metamateriales
dc.subject	Torsión
dc.subject	Manufactura aditiva
dc.subject.keyword	Metamaterial
dc.subject.keyword	Torsion
dc.subject.keyword	Additive Manufacturing
dc.title	Planteamiento de la estructura celular de un metamaterial para el diseño y construcción de un eje de transmisión de potencia fabricado mediante manufactura aditiva
dc.title.english	Proposal for the cellular structure of a metamaterial for the design and construction of a transmission shaft manufactured through additive manufacturing
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado