Mecánica de Materiales y Manufactura

En Mecánica de sólidos computacional se formulan métodos numéricos, tales como el método de elemento finito, método del elemento finito poligonal, método del elemento finito virtual, métodos de elemento finito generalizados y métodos sin malla, y se implementan para el modelamiento y la simulación computacional en ingeniería de sólidos y estructuras, y para aplicaciones en monitoreo en tiempo real de fallas en estructuras. Los métodos de ajuste de modelos en elementos finitos permiten verificar y corregir el modelo numérico de una estructura a partir de sus datos experimentales obtenidos desde las vibraciones características. La investigación en este tema se enfoca en el desarrollo de algoritmos de modelación inversa por medio de métodos de optimización global como algoritmos genéticos y en la selección de una medida apropiada para comparar los datos numéricos y experimentales.

En el desarrollo analítico de mecánica de sólidos se investiga en elasticidad no-lineal, en particular en el desarrollo y estudio de algunos nuevos tipos de ecuaciones constitutivas para modelar el comportamiento de sólidos elásticos no-lineales. También se aborda la electro y magneto-elasticidad, especialmente en el estudio de algunos nuevos tipos de invariantes que son usados para caracterizar la función de energía, en el caso de modelar algunos tipos de materiales electro y magneto-elásticos que son altamente anisotrópicos. Un interesante ejemplo de interrelación entre estas áreas es la investigación sobre recolección de energía por medio de vibraciones. Un material piezoeléctrico al ser sometido a vibraciones genera un voltaje alterno que puede ser utilizado directamente para energizar un sistema o puede ser almacenado en una batería o condensador. Esta investigación consiste en el desarrollo y modelación de dispositivos que permitan recolectar energía a partir de vibraciones con un rango amplio de frecuencias y en la recolección de energía a partir de vibraciones inducidas por fluidos.

La manufactura es fundamental para convertir ideas, diseños y materiales en sistemas o productos tangibles. De esta manera, esta línea asocia los conocimientos relacionados con técnicas de fabricación avanzada, robótica, automatización, materiales y sus propiedades, así como también el diseño, digitalización, interoperabilidad, modularidad y descentralización de procesos productivos. Esta línea de investigación se plantea en forma interdisciplinaria, combinando así los principales enfoques de las diferentes áreas, con el objetivo de catalizar el desarrollo de tecnologías de alto impacto para la realidad nacional e internacional. Dentro del contexto de esta línea se da un especial énfasis a la manufactura aditiva 3D de metales y materiales compuestos, destacando procesos como la sinterización láser y Cold Spray. Desde esta perspectiva se plantea también el desafío de la modificación superficial de materiales en partes y equipos, recubriéndolos con aleaciones de Titanio, Co-Cr-Mo y FeMn-Co-Cr, ya sea para mejorar propiedades funcionales, o para minimizar problemas asociados al uso y deterioro (corrosión y desgaste).

En el desarrollo de nuevos procesos de fabricación para generar materiales con propiedades mecánicas mejoradas, se estudia el efecto de la micro y nano-estructura, obtenida por la molienda de alta energía de polvos, sobre sus propiedades mecánicas, con énfasis en los mecanismos de reforzamiento por nanopartículas cerámicas de TiC, Al2O3, VN y Mo2O. En esta línea también se plantea el desafío de la manufactura orientada a aplicaciones nanotecnológicas, particularmente en el área de energía. Un ejemplo de ello es el desarrollo de nuevos nanomateriales y nanocompuestos para componentes de celdas combustible de óxido sólido (SOFC) usados en la generación de energía. Estos óxidos son sintetizados por métodos de combustión o sonoquímicos, tras lo cual se evalúa su conductividad eléctrica y rendimiento electroquímico.

Otro ejemplo tiene que ver con el desarrollo de nanomateriales y aleaciones para fabricación y empaquetamiento de baterías recargables, así como también la manufactura de electrodos para celdas de electrólisis de agua para la producción de hidrógeno. Esta línea de investigación integra además el Laboratorio de Síntesis de Máquinas Inteligentes donde se estudian los procesos que permiten la generación automática de sistemas inteligentes, como por ejemplo robots y componentes robóticos. Los principales temas de interés son la robótica blanda, la robótica modular y la combinación de ambas materias. También es de interés para el laboratorio la generación de herramientas de prototipado rápido, como nuevas impresoras 3D y nuevos métodos de manufactura digital. En el laboratorio se estudian nuevos procesos que permiten construir máquinas capaces de acceder y operar en entornos difíciles. Incluso nuevas máquinas capaces de generar energía a partir de fuentes renovables.