Tesis Doctorado
Propagación de impulsiónes no lineales en materiales granulares
Autor
Melo-Francisco
Job, Stephane
Universidad de Santiago de Chile
Institución
Resumen
Este trabajo de tesis presenta un estudio experimental de la propagación deondas no lineales de compresión en materiales granulares unidimensionales. Serealizan mediciones no intrusivas en arreglos unidimensionales de esferas elásticasque permiten cuantificar los mecanismos responsables de la disipación de la energía durante la propagación de estas ondas. Con esta información sobre laspropiedades de interacción no lineal entre esferas, se llevan a cabo estudios de mitigación de impactos mediante el uso de arreglos lineales compuestos de esferasde tamaño monotónicamente decreciente, concluyendo que estos arreglos son dispositivos muy efectivos para distribuir en el tiempo la transferencia de momentumtrasportado por un impacto de corta duración. La sección final de este capítulo consisteen una descripción cuantitativa del fenómeno de localización de energía en sistemas granulares unidimensionales que contienen una impureza. Se detectan oscilaciones bien definidas en el contacto de la impureza y, mediante un análisis multi-escalas, se obtiene una relación para dar cuenta de la frecuencia de estas oscilaciones.La descripción macroscópica de los fenómenos mencionados, es complementadamediante el estudio de la fuerza de interacción entre superficies rugosas.La influencia de las rugosidades de los materiales son consideradas en este trabajoy se utiliza perfilometría óptica e imágenes de microscopía electrónica para obtenerinformación del estado de superficie de los cuerpos en estudio. Se determina laley de fuerza que rige a escala microscópica y se relaciona con el comportamientomacroscópico descrito en el párrafo anterior. Se utilizan los conocimientos adquiridos en las secciones anteriores paradesarrollar un estudio detallado de la dinámica de un material granular con fluidointersticial. Se analiza el efecto de aumento de la velocidad de propagación de ondasen un material granular con fluido viscoso mediante el estudio de la dinámica de uncontacto con fluido intersticial.Finalmente, se desarrolla un montaje experimental que permite el estudio depropagación de ondas en materiales granulares tridimensionales sometidos a compresiónhidro-estática. El componente principal del montaje fabricado es el recipientede paredes elásticas, éste permite que los granos en el interior cambien sus posicionescuando se someten a la compresión generada por la onda.