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Estudio paramétrico de la respuesta mecánica de estructuras basadas en origami

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2019-10
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2019-10-04
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Una nueva línea de investigación ha surgido en la búsqueda de nuevos materiales. El ser humano siempre se ha inspirado en la naturaleza para la realización de nuevos diseños, pero nunca había investigado materiales totalmente artificiales, enteramente producto del ingenio humano. Este nuevo tipo de materiales se denominan metamateriales. Esta línea de investigación surge a raíz de las nuevas técnicas de fabricación aditiva. Dentro de esta nueva rama de materiales se encuentran los metamateriales inspirados en el origami, el antiguo arte chino de doblar papel. Más allá de crear figuras decorativas, el origami ha servido de inspiración para crear estructuras ultraligeras y con propiedades extraordinarias. Estas propiedades derivan de su geometría y su mecanismo de plegamiento. El patrón de Miura-ori es el tipo más característico de estos metamateriales inspirados en origami. Una de sus principales características es tener una gran capacidad de absorción de energía. Para identificar qué parámetros geométricos son más determinantes en la capacidad de absorción de energía de este tipo de estructuras, se ha realizado un estudio paramétrico mediante el programa de diseño y análisis de elementos finitos ABAQUS/CAE. Los modelos realizados consisten una estructura formada por cuatro placas apiladas formadas por celdas unidad tipo Miura-ori. A estas estructuras se le ha sometido a un desplazamiento en la parte superior, restringiendo el desplazamiento en la parte inferior. Se realiza el mismo tipo de ensayo para las estructuras a las que se ha variado los parámetros geométricos que caracterizan su patrón de origami. A continuación, se analiza la fuerza reactiva de la estructura en función del desplazamiento para calcular la energía de absorción de esta y compararla con la capacidad de absorción de energía del resto de ensayos.
A new line of research has emerged in the search for new materials. Human being has always been inspired by nature for the realization of new designs, but he had never investigated totally artificial materials. This new type of materials is called metamaterials. This line of research arises from the new additive manufacturing techniques. Within this new branch of materials are metamaterials inspired by origami, the ancient Chinese art of folding paper. Beyond creating decorative figures, origami has inspired to create ultralight structures with unique properties. These properties derive from its geometry and folding mechanism. The Miura-ori pattern is the most characteristic type of these origami-inspired metamaterials. One of its main features is to have a large capacity to absorb energy. To identify which geometric parameters are most decisive in the energy absorption capacity of this type of structures, a parametric study has been carried out using the ABAQUS / CAE finite element design and analysis program. The models made consist of a structure formed by four stacked plates formed by unit cells type Miura-ori. These structures have been subjected to a displacement in the upper part, restricting the displacement in the lower part. The same type of test is performed for the structures to which the geometric parameters that characterize their origami pattern have been varied. Next, the reactive force of the structure is analyzed as a function of displacement to calculate its absorption energy and compare it with the energy absorption capacity of the rest of the tests.
Description
Keywords
Metamateriales, Capacidad de absorción de energía, Origami, Abaqus, Miura-ori
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