Propagación de ondas elásticas en composites
La ciencia de materiales ha avanzado muchísimo durante los últimos veinticinco años, espoleada en buena parte por los desarrollos en nanotecnología, mecánica cuántica y técnicas experimentales de caracterización. Para diseñar una nueva generación de dispositivos, resulta crucial adquirir conocimientos profundos de las propiedades de los materiales. Los investigadores abordaron la propagación de ondas elásticas en medios estructurados con el apoyo de la Unión Europea para el proyecto DYNA META 11 (Controlling elastic waves: structured media and metamaterials in the mechanics of solids and structures). Los científicos diseñaron y modelizaron varias estructuras distintas semidiscretas de alto contraste (muy inhomogéneas). Los soportes periódicos de alto contraste pueden presentar bandas no pasantes, que son bandas prohibidas para las frecuencias de onda que se pueden propagar. Uno de los distintos sistemas estudiados era un metamaterial elástico resonante localmente que también presentaba refracción negativa de la trayectoria de las ondas. Las aplicaciones incluyen dispositivos de filtrado (rechazo o selección de frecuencias determinadas), reflexión y enfoque. A continuación, los investigadores continuaron con el desarrollo de un modelo de onda de flexión transmitida a través de una estructura discreta con soportes periódicos aplicable a puentes reales. El equipo también estudió la propagación de una grieta de borde o fallo en una estructura de red termoelástica, importante para la evaluación de la seguridad y la fiabilidad en el sector nuclear. DYNA META 11 abordó la creación de mantos de invisibilidad sobre la base de transformaciones geométricas que tienen en cuenta las ondas acústicas y las ondas elásticas fuera del plano. En este caso, los científicos desarrollaron teorías basadas en transformaciones con el fin de evaluar la calidad de los mantos así como las deformaciones de flexión en planchas delgadas. Esto último mostró que, a diferencia de los trabajos anteriores, es posible construir un manto de invisibilidad para este tipo de sistemas, con simplificaciones importantes. Finalmente, el equipo abordó el diseño óptimo de estructuras de ingeniería más delgadas con usos reales. En un caso, utilizaron sus algoritmos matemáticos para facilitar el filtrado y la polarización, lo cual permitiría desviar las ondas elásticas indeseadas. El algoritmo predijo la velocidad de propagación de fallos en el colapso por incendio del puente de San Saba en Texas en mayo de 2013, de forma muy simple y con gran precisión. DYNA META 11 ha dado lugar a descripciones matemáticas importantes de la propagación de ondas elásticas en medios estructurados, incluidos los metamateriales como los mantos. Mediante simulaciones numéricas precisas se obtuvo información sobre problemas del mundo real y conocimientos avanzados sobre la refracción negativa en elasticidad, antes poco conocida.
Palabras clave
Onda elástica, propagación, composite, periódico, alto contraste, metamaterial, puente, manto
