PRODUCCIÓN CIENTÍFICA
Nueva publicación del grupo MoCCAI: un modelo micromecánico para predecir el comportamiento elástico de hielo reforzado con nanopartículas
Investigadores del ICAI publicaron en Computational Materials Science un artículo que presenta un modelo micromecánico para predecir el comportamiento elástico de hielo reforzado con nanopartículas de alúmina, considerando la presencia de una pequeña capa de agua en la interfaz partícula-matriz.
El grupo MoCCAI (Modelado Computacional en Ciencias Aplicadas e Ingeniería) del ICAI publicó recientemente un artículo en la revista Computational Materials Science, en el que presenta un modelo micromecánico computacional para predecir el comportamiento elástico de hielo reforzado con nanopartículas de alúmina.
El trabajo es autoría de Eduardo G. Rodriguez y Daniel Millán, integrantes del ICAI (CONICET – UNCUYO), junto a Feihong Liu y Christian Peco, del Departamento de Engineering Science and Mechanics de Penn State University.
Cuando el agua se congela alrededor de partículas microscópicas, puede persistir una delgada capa líquida en la interfaz, incluso a temperaturas bien por debajo de los 0 °C, un fenómeno conocido como premelting interfacial. Para modelarlo, los autores desarrollaron mediante scripting el código de simulación en el framework MOOSE, generando de forma automatizada elementos de volumen representativo (RVE) con partículas de alúmina embebidas en hielo, y resolviendo el problema de elementos finitos entre -60 °C y -5 °C.
Los resultados muestran que esta capa de agua interfacial es determinante para explicar cómo varía la rigidez del material con la temperatura: los modelos que la ignoran sobreestiman la rigidez en más de un 15 % durante la transición de fase. Además, el equipo propuso un mapeo polinómico que permite predecir el comportamiento elástico en 3D a partir de simulaciones en 2D, mucho más económicas, con un error menor al 1%.
Aunque el trabajo se centra en el sistema hielo–alúmina, motivado por aplicaciones en ensayos ultrasónicos criogénicos (Cryo-UT), el marco desarrollado puede extenderse a otros materiales heterogéneos con transiciones de fase interfaciales.
Referencia: E.G. Rodriguez, F. Liu, C. Peco, D. Millán, "A micromechanical model for temperature-dependent homogenization of composites with interfacial premelting: Application to nanoparticle-reinforced ice", Computational Materials Science 272 (2026) 114835
Por: Eduardo Rodríguez