Metaheurística evolutiva en el diseño de materiales compuestos laminados

Resumen

En los últimos años, el uso de materiales compuestos para la fabricación de elementos estructurales, ha aumentado notablemente, de tal forma que muchos de los materiales tradicionales tales como el acero, la madera o el aluminio, han ido dejando paso a estos nuevos materiales, también conocidos como composites, dadas sus mejores propiedades específicas. Inicialmente todo este nuevo conjunto de soluciones fueron aplicadas exclusivamente en industrias como la aeronáutica o la aeroespacial, pero el avance tecnológico y la disminución de costes de producción han permitido que cada vez más se vaya generalizando su utilización en otros sectores de producción como por ejemplo: la industria automovilística, la industria naval, la fabricación de conducciones y contenedores de fluidos, la industria deportiva, la rehabilitación de edificios, etc. Son muchas las dificultades que entraña la elaboración de un composite, debido a que el diseño de un nuevo elemento no solamente implica diseñar la geometría del elemento, sino que además hay que diseñar la configuración del propio material. Tradicionalmente, estas labores de diseño, se han llevado a cabo con métodos basados en el conocimiento empírico. Además como el número de combinaciones posibles de composites es prácticamente ilimitado, la caracterización mediante experimentación se hace muy costosa, por no decir imposible. Desde los años 90, del pasado siglo XX, se han diseñado distintos tipos de métodos y modelos para solucionar este tipo de problemas. Para ello se han utilizado desde técnicas tradicionales como elementos finitos, pasando por métodos de tareas genéricas y razonamiento basados en casos, llegando a técnicas de inteligencia artificial. Actualmente el uso de la inteligencia artificial se muestra como una alternativa fiable para la obtención de soluciones apropiadas para este tipo de problemas, y el paso necesario para conseguir una buena herramienta de ayuda en este complicado proceso. En este trabajo se ha realizado un estudio exhaustivo de las metaheurísticas aplicadas al diseño de materiales compuestos, analizando los principales trabajos de investigación publicados. Asimismo, se ha realizado un estudio, hecho propuestas de metaheurísticas y comparación de las mismas, aplicadas al diseño de materiales compuestos laminados simétricos considerando condiciones medioambientales. Para ello se ha definido una representación para el problema, proponiendo una estructura de solución que tiene en cuenta las características que definen un laminado: matriz, fibra, volumen, número de láminas, dirección de láminas, etc.; así como la función de evaluación la cual contempla las diferentes restricciones de diseño. Se han propuesto metaheurísticas flexibles. Finalmente, se ha llevado a cabo una comparación, anteriormente dicha, con las metaheurísticas propuestas para el diseño de materiales compuestos laminados simétricos, que ha permitido determinar la bondad de cada una de ellas en diferentes escenarios de diseño, desde el punto de vista de la solución así como desde el punto de vista del tiempo computacional empleado. Las soluciones propuestas están fundamentadas en la teoría clásica de laminados, tomando láminas de referencia existentes, abordándose, además de los aspectos mecánicos de los laminados, los aspectos higrotérmicos.