Avances y aplicaciones de estructuras ligeras: una revisión completa

Resumen Las estructuras ligeras están compuestas por piezas o segmentos reales que proporcionan la capacidad crucial para funcionar mientras pesan menos que otras posibilidades. La industria aeroespacial inventó esta rama particular de la experiencia, que a veces se conoce como ingeniería ligera o construcción ligera. Este documento se centra en cómo se desarrollan y aplican las estructuras ligeras en el campo de la ingeniería estructural, que es esencial para lograr los altos estándares y avances de la ciencia moderna. Se realizan comparaciones basadas en diferentes tipos de materiales ligeros como aleaciones de titanio, aleaciones de memoria de forma, magnesio, aleaciones de aluminio y compuestos de madera; se discuten los beneficios y aplicaciones de cada tipo de material. Se presentan tecnologías e innovaciones recientes en el campo del diseño ligero, incluyendo estructuras desplegables y morfables, impresión 3D, sensores y actuadores integrados, y tecnologías avanzadas de unión. Además, también se investiga la evolución, usos y significancia de estos tipos de estructuras, así como sus técnicas de diseño e innovaciones. Se identifican estructuras de truss, tensegridad, pantográficas, de cables, origami y sándwich explicando sus propiedades y mecanismos de funcionamiento. El uso de varias estructuras ligeras en los campos de la aeroespacial, robótica, ingeniería civil, arquitectura, automoción y biomedicina se examina en este documento. Adicionalmente, se realiza una comparación entre la aplicación de estructuras de tensegridad, truss, pantográficas y sándwich en aplicaciones aeronáuticas en detalle, mientras se explica la importancia de la morfología de formas y el despliegue de estructuras pantográficas y de origami en el campo aeroespacial y de la robótica. Además, se mencionan diferentes tipos de estructuras de puentes y arquitectura de acuerdo a las aplicaciones de cables de suspensión, estructuras de truss con cables tensados y técnicas de tensegridad. Asimismo, el documento abarca la mejora de técnicas computacionales y numéricas en el análisis y diseño de estructuras ligeras, incluyendo el método de fuerza, método de relajación dinámica y método de elementos finitos (FEM); se incluyen tendencias en técnicas de optimización y sus aplicaciones mencionadas en programación cuadrática secuencial (SQP) y optimización de punto interior, con aplicaciones en diferentes tipos de estructuras ligeras. También se consideran las perspectivas y direcciones futuras del diseño ligero a través de la sostenibilidad y la construcción inteligente; la importancia del diseño ligero en términos de medio ambiente e innovación es claramente respaldada.