Texto e ilustraciones por: Gustavo Gabriel Espejo Aliaga.
31-03-2023
Texto e ilustraciones por: Gustavo Gabriel Espejo Aliaga.
31-03-2023
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31-03-2023
La investigación con mallas reticuladas, materiales celulares o sólidos celulares es vital dentro de nuestro laboratorio. Para ilustrar a qué nos referimos cuando hablamos de estas estructuras, podemos un ejemplo en la figura de la derecha.
Como puede verse en la figura, una malla reticulada es un sólido conformado por una estructura que se repite numerosas veces (celda unitaria) siguiendo un patrón rectilíneo (la figura se repite a lo largo del eje X y el eje Y) hasta darle forma a un mallado más complejo. Las figuras que llenan esta malla pueden ser tan complejas como el diseñador se proponga, llegando desde un simple cuadro hasta un conjunto de curvas mucho más complejas y ramificadas.
Fig 1. Ejemplo malla reticulada a) Celda unitaria b) Malla reticulada usando la celda unitaria.
Sin embargo, el propósito de este artículo es invitar al lector a preguntarse qué pasaría si quisiéramos implementar una malla reticulada en una superficie que no es rectilínea. Qué tal si quisiéramos poner una malla reticulada como estructura de soporte en una rueda como se ve en la siguiente figura:
Fig 2. Malla reticulada aplicada a una rueda creada en Solidworks por el autor.
Esta es una malla cuadriculada como la de nuestra primer figura, sólo que se adapta sus líneas rectas a la curvatura de la rueda ampliando los ángulos de la figura en los sectores cercanos al diámetro exterior de la rueda y acortándolos mientras se acerca al diámetro interior.
Para adaptar una malla reticulada rectilínea a una geometría curva es necesario un cálculo matemático complejo que transforme la trayectoria de cada línea de nuestra celda unitaria en una curva según el diámetro requerido. Esto dependiendo de la celda unitaria de la malla puede llegar a ser complejo y requerir mucho tiempo o herramientas de software muy específicas. Pero en este artículo les mostraremos cómo transformar una malla rectilínea a una geometría curva utilizando ciertas herramientas del conocido software de diseño computacional Solidworks.
Para ilustrar el método, abriremos el software de Solidworks y crearemos una viga rectangular tal y como se puede ver en la siguiente figura:
Las dimensiones de la viga no son de importancia por el momento.
Fig 3. Viga rectangular.
Fig 4. Viga rectangular con patrón de cuadrículas
La cara más amplia de nuestra viga servirá para colocar nuestra malla reticulada; en este caso podremos una malla reticulada con figuras de cuadrados.
Solidworks tiene varias herramientas para hacer cuadrículas; puede hacerse haciendo un corte de un solo cuadrado y repetir el corte utilizando la herramienta de matriz lineal o dibujando toda la matriz de cuadros en un croquis y cortarlos todos al final con la herramienta de extrusión.
Ahora la herramienta importante para elaborar el cambio en la malla reticulada es la herramienta de flexión; que puede encontrarse fácilmente escribiendo la palabra flexión en el buscador de comandos en la barra de tareas.
Fig 5. Encontrar comando de flexionar.
Seleccionando nuestra viga reticulada podremos ver que aparecen ciertos ejes de giro alrededor de la figura como se puede ver en la figura siguiente:
Estos ejes representan los sentidos en los que la herramienta flexionar puede modificar nuestra estructura.
Fig 6. Seleccionando la geometría con la herramienta de flexionar.
Fig 7. Menú de la herramienta de flexionar.
En la parte lateral de la pantalla podremos ver el menú de opciones de la herramienta y la herramienta que nos ayudará viene marcada con la letra A y puede verse en la figura de la izquierda (marcada con un cuadro azul):
Añadir una cantidad numérica al valor de este número nos permitirá obtener nuestra geometría modificada. El ángulo representa la separación entre las caras rectar de los extremos de la viga y según más incrementemos el ángulo, más se inclinarán la una y la otra. En las figuras de abajo podremos observar el comportamiento de la figura en diferentes ángulos.
Fig 8. a) Viga inclinada 20° b) Viga flexionada 180° c) Viga flexionada 360°.
Como podemos ver, en ausencia de cálculos complejos y de manera sencilla, Solidworks nos provee de herramientas sencillas para obtener mallas reticuladas adaptadas a las geometrías que queramos. Hago énfasis en la eficacia de la herramienta ya que opciones de flexión en software como Fusion 360 y otros flexiona los componentes, pero deja intacta la malla reticulada. Espero le haya sido de utilidad a los lectores en busca de opciones para la investigación de metamateriales y sus propiedades mecánicas.
Sobre el autor:
Gustavo Gabriel Espejo Aliaga: estudiante de Maestría en Ciencias de la Ingeniería.
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