Clasificación y Selección de Materiales Celulares en Diseño Mecánico: Enfoques de Ingeniería y Biomiméticos
Autores: Bhate, Dhruv; Penick, Clint A.; Ferry, Lara A.; Lee, Christine
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Clasificación y Selección de Materiales Celulares en Diseño Mecánico: Enfoques de Ingeniería y Biomiméticos
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Desarrollos
Diseño
Fabricación
Materiales celulares
Esquema de clasificación
Enfoque biomimético
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los recientes desarrollos en diseño y fabricación han ampliado enormemente el espacio de diseño para la producción de piezas funcionales al permitir el control de detalles estructurales a pequeñas escalas para informar el comportamiento a nivel de toda la estructura. Esto se puede lograr con materiales celulares, como panales, espumas y estructuras de celosía. Diseñar estructuras con materiales celulares implica responder a una pregunta importante: ¿Cuál es la celda unitaria óptima para la aplicación de interés? Actualmente no existe un marco de clasificación que describa el espectro de materiales celulares, ni una metodología que guíe al diseñador en la selección entre la lista infinita de posibilidades. En este documento, primero revisamos los métodos de ingeniería tradicionales que se utilizan actualmente para seleccionar materiales celulares en el diseño. Luego desarrollamos un esquema de clasificación para los diferentes tipos de materiales celulares, dividiéndolos en tres niveles de decisiones de diseño: teselación, tipo de elemento y conectividad. Demostramos cómo un enfoque biomimético ayuda a un diseñador a tomar decisiones en los tres niveles. El alcance de este documento se limita al dominio estructural, pero la metodología desarrollada aquí se puede extender al diseño de componentes en áreas térmicas, fluidas, ópticas y otras. Un propósito más profundo de este documento es demostrar cómo los métodos tradicionales en diseño pueden combinarse con un enfoque biomimético.
Descripción
Los recientes desarrollos en diseño y fabricación han ampliado enormemente el espacio de diseño para la producción de piezas funcionales al permitir el control de detalles estructurales a pequeñas escalas para informar el comportamiento a nivel de toda la estructura. Esto se puede lograr con materiales celulares, como panales, espumas y estructuras de celosía. Diseñar estructuras con materiales celulares implica responder a una pregunta importante: ¿Cuál es la celda unitaria óptima para la aplicación de interés? Actualmente no existe un marco de clasificación que describa el espectro de materiales celulares, ni una metodología que guíe al diseñador en la selección entre la lista infinita de posibilidades. En este documento, primero revisamos los métodos de ingeniería tradicionales que se utilizan actualmente para seleccionar materiales celulares en el diseño. Luego desarrollamos un esquema de clasificación para los diferentes tipos de materiales celulares, dividiéndolos en tres niveles de decisiones de diseño: teselación, tipo de elemento y conectividad. Demostramos cómo un enfoque biomimético ayuda a un diseñador a tomar decisiones en los tres niveles. El alcance de este documento se limita al dominio estructural, pero la metodología desarrollada aquí se puede extender al diseño de componentes en áreas térmicas, fluidas, ópticas y otras. Un propósito más profundo de este documento es demostrar cómo los métodos tradicionales en diseño pueden combinarse con un enfoque biomimético.