Thesis:

Estudio numérico y experimental del comportamiento elástico de un material poroso fabricado mediante manufactura aditiva con enfoque en características morfológicas y topológicas dirigidas

Cuando la naturaleza requiere construir estructuras sometidas a diferentes solicitaciones mecánicas, con fines estructurales, frecuentemente utiliza sólidos porosos que, indistintamente de sus características morfológicas y topológicas, se componen de una fase sólida equivalente a una matriz densa y una fase gaseosa correspondiente a una estructura porosa. La unión de ambas fases abarca la superposición geométrica y la combinación de propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, acústicas y químicas inherentes a la fase sólida, lo que suscita una amplia cantidad de aplicaciones en ingeniería. Uno de los parámetros de mayor interés en el estudio de los materiales porosos es el módulo de elasticidad aparente, dado que es de gran importancia tanto en cuerpos estructurales como en prótesis de implantes óseos en biomecánica, siendo este último un importante campo de estudio y crecimiento en los últimos años. Se han desarrollado numerosas investigaciones para conocer y estimar las propiedades elásticas aparentes de los materiales porosos y, producto de ello, se han propuesto diferentes ecuaciones empíricas asociadas a distintos parámetros materiales y datos experimentales de interés, las cuales presentan una capacidad predictiva limitada, demostrándose que la efectividad de la estimación de las propiedades elásticas se logra cuando los modelos empíricos poseen una conexión morfológica directa con la microestructura. Lo anterior ha generado numerosos estudios acerca de diferentes aspectos morfológicos y topológicos de los sólidos porosos, tales como el espesor de pared, tamaño y forma del poro, interconexión de poros, distribución de los poros y relación en el tamaño de poros, entre otros, con el fin de mejorar dicha conexión entre los modelos empíricos y la microestructura. Sin embargo, los resultados de estas investigaciones han revelado que cada uno de estos aspectos morfológicos y topológicos se caracteriza por ser desordenado, no uniforme y aperiódico; es decir(...).

When nature requires the construction of structures subjected to different mechanical stresses for structural purposes, it frequently utilizes porous solids which, regardless of their morphological and topological characteristics, are composed of a solid phase equivalent to a dense matrix and a gaseous phase corresponding to a porous structure. The union of both phases encompasses the geometric superposition and the combination of properties, such as mechanical, thermal, electrical, acoustic, and chemical, inherent to the solid phase, which triggers a wide range of engineering applications. One of the parameters of greatest interest in the study of porous materials is the apparent modulus of elasticity, given its great importance in structural bodies and bone implant prostheses in biomechanics, the latter being a major field of study and growth in recent years. Numerous investigations have been developed to understand and estimate the apparent elastic properties in porous materials, and as a result, different empirical equations associated with various material parameters and experimental data of interest have been proposed, which result in a limited predictive capacity, demonstrating that the effectiveness of the estimation of elastic properties is achieved when empirical models possess a direct morphological connection with the microstructure. The above has generated many studies regarding different morphological and topological aspects of porous solids, such as wall thickness, pore size and shape, pore interconnection, pore distribution, and pore size ratio, among others, in order to improve said connection between empirical models and the microstructure. However, the results of these investigations have revealed that each of these morphological and topological aspects is characterized by being disordered, non-uniform, and aperiodic; that is(...).