Aplicaciones de la superelasticidad en aleaciones con memoria de forma para control de vibraciones en estructuras

摘要

Se estudia en este trabajo la posibilidad de utilizar aleaciones con memoria de forma (shape memory alloys, SMA) como amortiguadores en problemas de vibraciones mecánicas de bajas frecuencias (0-20 hz). La propiedad que se explota es el efecto superelástico, mediante el cual se pueden imprimir sobre el material deformaciones del orden del 10%. La relación entre la deformación y la tensión indica que se trata de un proceso inelástico. No obstante, al remover la carga, el material recupera su dimensión original presentando deformaciones permanentes pequeñas o nulas en relación con otros materiales convencionales describiendo en su diagrama tensión-deformación un importante lazo de histéresis. Estas características son provocadas porque en determinadas condiciones las SMA pueden sufrir transformaciones martensíticas inducidas por tensión. Se realizan una serie de ensayos mecánicos de tensión uniaxial en alambres de NiTi con el fin de caracterizar la conducta superelástica del material. Se estudia la influencia de variables como la temperatura del medio, la velocidad y frecuencia de deformación, la amplitud máxima y la acumulación de ciclos de tensión en la capacidad disipativa del material, definida según la histéresis obtenida. Luego se realiza un estudio de los aspectos térmicos, que según lo observado, juegan un importante rol en la forma de los ciclos. Se plantea el problema desde el punto de vista del intercambio de calor generado en la transformación con el medio, y se resuelve de manera numérica. Para evaluar la performance en aplicaciones concretas se confecciona un modelo simple de la superelasticidad con el que se simula el comportamiento de alambres de SMA en una estructura de pórtico sometida a movimientos de en la base. Los resultados obtenidos verifican la posibilidad de mitigar la respuesta dinámica de la estructura. Esta situación es ratificada experimentalmente en un prototipo de la estructura diseñado y construido para la ocasión. Estos resultados concretos permiten encuadrar el uso de SMA como una técnica a tener en cuenta en control pasivo de estructuras. Se plantea la necesidad de seguir avanzando en modelos que incorporen la dependencia de la temperatura en la superelasticidad, e integrarlos en el diseño definitivo de dispositivos para protección antisísmica