Nuevos metamateriales desafían las teorías de rigidez estructural

Una nueva clase de estructuras de celosía impresas en 3-D que combinan ligereza y alta rigidez, a pesar de romper una regla que anteriormente se creía necesaria para exhibir tales propiedades.

Además, una de las nuevas estructuras muestra una respuesta perfectamente uniforme a las fuerzas en todas las direcciones, según los investigadores del LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) que las han diseñado.

Como se describe en un artículo publicado por Science Advances, un equipo de LLNL codirigido por el ingeniero Seth Watts usó un software de optimización de topología que Watts produjo para crear dos diseños únicos de celosías unitarias compuestas por armazones micro-arquitectónicos, uno de los cuales fue diseñado para tener propiedades isotrópicas (idénticas y omnidireccionales). Estas nuevas estructuras fueron fabricadas y probadas, y se descubrió que superaban la armadura de octeto, un patrón geométrico estándar para estructuras de celosía impresas en 3D.

Para sorpresa de los investigadores, las armaduras parecían violar el criterio de Maxwell, una teoría de la rigidez estructural utilizada en el diseño mecánico que postula que las estructuras de carga más eficientes se deforman solo por estiramiento.

En tales estructuras, la rigidez se escala linealmente con la densidad: cortar el peso de la estructura por la mitad solo reduce su rigidez a la mitad, a diferencia de las estructuras menos eficientes cuya rigidez se reduciría en tres cuartos o siete octavos. Esta escala lineal permite la creación de metamateriales mecánicos ultraligeros y ultra rígidos.

«Hemos encontrado dos armaduras que tienen una escala lineal de rigidez con densidad cuando la sabiduría convencional, esta regla de criterio de Maxwell, no se cumple», explicó el coautor Watts en un comunicado. «Se creía que el criterio de Maxwell era necesario y suficiente para demostrar que tenía una alta rigidez a baja densidad. Hemos demostrado que no es una condición necesaria. En otras palabras, hay una clase más grande de armaduras que tienen esta propiedad de escala lineal.

«Muestra que lo que era la ortodoxia anterior no es firme», agregó Watts. «Hay excepciones, y las excepciones en realidad pueden obtener mejores propiedades».

Fuente: europapress.es