Investigación / Mecánica de Materiales Complejos
Investigadores Principales: Francisco Melo y Rodrigo Soto.
Principales proyectos en ejecución
Materiales granulares
El estudio de las características únicas de los materiales granulares es uno de los principales objetivos dentro de los próximos años. Desde un punto de vista práctico, las dificultades para lograr un buen entendimiento respecto de estos materiales están relacionadas a la ausencia de técnicas experimentales y la energía limitada de los métodos numéricos. Se llevarán a cabo configuraciones experimentales, inspiradas por la industria minera, para estudiar los flujos granulares, como los de tolva, el hundimiento de bloques y avalanchas superficiales, así como cálculos numéricos con la capacidad de describir configuraciones tridimensionales realistas en problemas tales como segregación de partículas por tamaño y los flujos granulares inducidos por fuerzas externas. Nuevas herramientas experimentales, tales como técnicas interferométricas y la realización de modelos teóricos, serán llevadas a cabo para caracterizar los flujos plásticos en materiales granulares. Recientes adelantos desarrollados en CIMAT respecto del entendimiento de la dinámica de onda solitaria, serán puestos de manifiesto en el estudio de la distribución de la fuerza y la propagación de la excitación mecánica en materiales granulares consolidados.
Nuevas herramientas para la caracterización de las propiedades mecánicas de materiales complejos y membranas
Otra importante meta durante el período consiste en el desarrollo de una variedad de métodos mecánicos (especialmente acústicos) para la caracterización de materiales complejos, incluyendo biocerámicos, de dos sistemas de fase, nanomembranas y filamentos tales como los axones.
Se estudiará el comportamiento de ondas acústicas en materiales complejos mediante el uso de una variedad de herramientas tanto experimentales como teóricas: Técnicas desarrolladas en CIMAT toman en consideración el cálculo fidedigno de la velocidad del sonido, y por tanto, de propiedades elásticas, en muestras en las que no se puede determinar el grosor de manera precisa; estas técnicas serán utilizadas para calcular las propiedades de materiales blandos tales como tejido biológico (humano, animal y vegetal) y gel polímero. Este comportamiento colectivo de fluidos complejos (tales como suspensiones o fluidos que contienen burbujas de gas) y su respuesta a la fuerza acústica será estudiado experimentalmente, junto con el recientemente desarrollado modelamiento teórico de campo medio, con el objetivo de entender la dinámica de la auto-organización o la agrupación en sistemas donde la energía es ejercida de manera continua, además de comprender el efecto de las interacciones entre objetos y la estructura de dos fases media en las propiedades macroscópicas reales de tales sistemas. El sonido emitido por las burbujas colapsando en la superficie de un fluido complejo, también será estudiado tanto experimental como teóricamente, teniendo como propósito el posible desarrollo de un análisis de importancia para la volcanología. Se buscará un entendimiento general en cuanto a la función que cumplen estructuras acústicas y solitarias en el transporte de masa, y en consecuencia en la dinámica, de una transición de fase espinodal; se desarrollarán modelos experimentales para comprobar las principales predicciones teóricas con especial cuidado en las posibles aplicaciones para polímeros y mezclas sólidas. Se continuará el estudio, iniciado en CIMAT, acerca de la interacción entre ondas acústicas y dislocaciones; asimismo, se comenzará una investigación experimental con el objetivo de desarrollar herramientas no intrusivas para su uso en el estudio de la plasticidad.
Se ha utilizado instrumentación desarrollada en CIMAT para el estudio de las propiedades elásticas de una variedad de materiales biocerámicos naturales, tales como cáscaras de huevo, conchas de mar y espinas. Estas investigaciones serán llevadas a cabo conjuntamente con métodos recientemente desarrollados acerca de interferometría de moteado, lo que permite la caracterización de campos de desplazamiento y de tensión, además del modelamiento teórico. Junto con eso, los estudios serán ampliados para incluir nuevos materiales poliméricos.