Ingeniería Mecánica · 2020
Caracterización mecánica de un material elastómero termoplástico utilizado en la impresión 3d para el amortiguamiento pasivo de los sistemas mecánicos.
Actualmente el estudio dinámico de los materiales viscoelásticos ha venido tomando fuerza, desarrollando alternativas a los tipos de amortiguamiento convencionales, por otro lado, la evolución de las tecnologías de impresión 3D ha permitido contribuir con una variedad de aplicaciones en los campos de ingeniería de la industria, como estructuras, aeroespacial, automotriz y marina. En este proyecto se caracterizó el comportamiento viscoelástico del material NinjaFlex por medio de probetas elaboradas en impresión 3D con diferentes orientaciones de fibras 0°, 45° y 90° para evaluar su capacidad disipativa amortiguando vibraciones. Se realizaron ensayos dinámicos a tensión, en total se realizaron 7 pruebas para cada tipo de probeta, con el propósito de obtener un promedio adecuado de datos y caracterizar este material mediante el modelo viscoelástico de Burgers. La calibración y ajuste del modelo se realizó con el método de mínimos cuadrados no lineales, por medio del software de programación Matlab. Finalmente, para la validación del comportamiento del material se diseñó y construyo un pequeño banco de laboratorio con el fin de realizar el análisis de vibraciones en su estructura, donde se comparó el alcance disipativo del material y se estableció que las probetas con orientación de fibras a 90° tiene una mayor capacidad de amortiguación pasiva.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 14
- 1. OBJETIVOSp. 16
- 1.1 OBJETIVO GENERALp. 16
- 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOSp. 16
- 2. MARCO TEÓRICOp. 17
- 2.1 ESTADO DEL ARTEp. 17
- 2.2 REFERENTES TEORICOSp. 21
- 2.2.1 Materiales viscoelasticosp. 21
- 2.2.2 Elastomero termoplásticop. 22
- 2.2.3 Modelos reológicos para materiales viscoelásticop. 23
- 2.2.4 Amortiguamientop. 32
- 2.2.5 Impresión 3Dp. 12
- 2.2.5.1 Tipos de impresora 3Dp. 34
- 3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALp. 36
- 3.1 METODOLOGÍAp. 36
- 3.1.1 Etapa 1: Preparación del materialp. 36
- 3.1.2 Etapa 2: Elaboración de probetasp. 38
- 3.1.3 Etapa 3: Ensayo de análisis dinámico según la norma ASTM D5026-15p. 41
- 3.1.4 Etapa 4. Análisis de datos experimentalesp. 43
- 4. CALIBRACION Y AJUSTE DEL MODELOp. 54
- 5. VALIDACIONp. 59
- 5.1 FASE 1p. 61
- 5.2 FASE 2p. 62
- 5.3 FASE 3p. 63
- 6. CONCLUSIONESp. 66
- BIBLIOGRAFIAp. 67
- Figura 1.Comportamiento a) elástico b) viscoso y c) viscoelásticop. 22
- Figura 2.Esquema del modelo viscoelástico de Maxwellp. 25
- Maxwellp. 27
- Figura 4.Esquema del Modelo viscoelástico de Kelvin-Voigtp. 27
- Voigtp. 29
- Figura 6.Esquema del modelo viscoelástico de Burgers o modelo combinadop. 30
- Figura 7.Comportamiento de un Material Viscoelásticop. 32
- Figura 8.Tecnologias de Fabricación aditivap. 34
- Figura 9.Impresion 3Dp. 35
- Figura 10. Carrete de Material NinjaFlex™p. 37
- Figura 11. Ficha Técnica del NinjaFlex™p. 38
- Figura 12.Impresora Geeetech A10p. 39
- Figura 13.Diseño de la Probetap. 40
- Figura 14.Probetas de Muestra (a) 0°; (b) 45°; (c) 90°p. 40
- Figura 15.(a) Mechanical Testing Systems (MTS) , (b) Montaje de la probetap. 42
- Figura 16.Probetas después de los ensayos (a) 0°, (b) 45°, (c) 90°p. 43
- Figura 17.Graficas Modulo Vs Frecuencia (a) 0°, (b) 45°, (c) 90°p. 44
- Figura 18.Grafica Modulo Promedio Vs Frecuenciap. 46
- Figura 19.Grafica Desfase Vs Frecuenciap. 47
- Figura 20.Graficas Parámetro η1p. 50
- Figura 21. Graficas Parámetro η2p. 51
- Figura 22.Graficas parámetros E1p. 52
- Figura 23.Graficas Parámetro E2p. 53
- Figura 24.Calibracion y Ajuste de la Probeta 0°p. 55
- Figura 25.Calibración y Ajuste de la Probeta 90°p. 56
- Figura 26.Ajuste y calibración de la probeta 45°p. 57
- Figura 27. Diseño del Banco de Laboratoriop. 60
- Figura 28.Diseño del Resortep. 60
- Figura 29.Frecuencias Naturales Traslacionalp. 61
- Figura 30.Frecuencias Naturales Rotacionalesp. 62
- Figura 31.Análisis de vibraciones del Banco sin amortiguamientop. 63
- (c) Dirección (z)p. 64
- Tabla 1.Ajuste y Calibración de las Probetasp. 57