Salas Salgado, Alexis FidelContreras Rupayán, Andrés Alonso2025-10-222025-10-222025https://repositorio.udec.cl/handle/11594/13275Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Mecánico/a.La tapa armónica concentra gran parte del comportamiento vibroacústico de la guitarra, mientras que las maderas usadas de forma tradicional muestran variabilidad elástica, suministro incierto y costos en aumento. Este trabajo ha evaluado si una tapa en material compuesto con fibra de vidrio y resina puede reproducir la huella modal de una tapa de madera de referencia dentro de márgenes cuantificados de similitud. El objetivo general ha sido diseñar, simular, fabricar y validar una solución en compuesto que mantuviera las cinco primeras frecuencias próximas a la referencia y que alcanzara alta correlación de formas modales medida con el Modal Assurance Criterion (MAC). La metodología ha integrado fabricación por infusión al vacío, caracterización mecánica con normas ASTM para obtener módulos en tracción, coeficiente de Poisson y módulo de corte en el plano, control de calidad de densidad y homogeneidad del laminado, modelado por elementos finitos en ANSYS con definición de apilamientos en ACP y validación experimental mediante figuras de Chladni con excitación por shaker. Para acelerar el diseño se ha aplicado un flujo de sensibilidad y metamodelado con AMOP que ha continuado solo cuando el metamodelo ha mostrado capacidad de pronóstico adecuada. La optimización global se ha ejecutado con un algoritmo evolutivo que ha limitado el número de evaluaciones y que ha empleado como función objetivo la similitud modal entre el compuesto y la referencia. Los resultados han mostrado dos escenarios. En placa libre sin varillaje el laminado unidireccional con espesor cercano a 1,62 mm no ha replicado de manera completa el patrón frecuencial de la tapa de madera. Se han observado desviaciones en varias frecuencias naturales y un reordenamiento modal en el que algunos modos han quedado por debajo de la referencia al ordenar de menor a mayor. Aun así, el MAC ha sido alto en los cuatro primeros modos pero reducido en el quinto. Esta correspondencia se vio reforzada por la validación experimental, donde se observaron similitudes visuales claras en los primeros cuatro modos, confirmando que, a pesar de las diferencias en frecuencia, el modelo compuesto reproduce adecuadamente los modos principales. En la configuración con varillaje y tras el análisis de sensibilidad se ha identificado que las varillas horizontales han concentrado la influencia sobre la respuesta con aportes estimados cercanos a 61% para la barra inferior y 22,3% para la barra intermedia. Con esta evidencia se ha reducido el espacio de diseño y la búsqueda ha explorado más de 350 configuraciones hasta converger a un diseño con función objetivo cercana a 0,107. La validación ha mostrado coincidencia frecuente y formas modales coherentes en los modos fundamentales y ha evidenciado intercambio modal en vecinos próximos que explica correlaciones diagonales más moderadas. Se concluye que es viable aproximar la respuesta modal de una tapa de madera mediante una tapa en material compuesto siempre que se controle con fineza la rigidez local del varillaje y que se verifique la similitud con métricas de frecuencia y MAC. Como proyección se recomienda ampliar el espacio de diseño con variaciones de geometría y orientación de barras, adoptar una formulación multiobjetivo que favorezca separación modal y robustez frente a tolerancias de fabricación y dispersión de propiedades y fortalecer la trazabilidad experimental para identificación de modos cercanos.The guitar soundboard concentrates much of the instrument’s vibroacoustic behavior, while the woods traditionally employed exhibit elastic variability, uncertain supply, and rising costs. This work evaluates whether a fiberglass–resin composite soundboard can reproduce the modal signature of a reference wooden top within quantified similarity margins. The overall objective was to design, simulate, manufacture, and validate a composite solution ca pable of keeping the first five frequencies close to the reference and achieving high correlation of mode shapes as measured by the Modal Assurance Criterion (MAC). The methodology integrated vacuum infusion manufacturing; mechanical characterization under ASTMstandards to obtain tensile moduli, Poisson’s ratio, and in plane shear modulus; quality control of laminate density and homogeneity; finite element modeling in ANSYS with layup definition in ACP; and experimental validation via Chladni figures excited by a shaker. To accelerate design, a sensitivity and metamodeling workflow with AMOP was implemented, proceeding only when the metamodel exhibited adequate predictive capability. Global optimization was performed with an evolutionary algorithm that limited the number of evaluations and used modal similarity between the composite and the reference as the objective function. Results revealed two scenarios. For the free plate without bracing, the unidirectional lam inate with a thickness of approximately 1,62mm did not fully replicate the wooden top’s frequency pattern. Deviations were observed in several natural frequencies and a modal reordering occurred in which some modes fell below the reference when ordered from lowest to highest. Nevertheless, the MAC was high for the first four modes but reduced in the f ifth. This correspondence was reinforced by experimental validation, where clear visual similarities were observed in the first four modes, confirming that—despite frequency devi ations—the composite model adequately reproduced the principal modal configurations. In the braced configuration, after sensitivity analysis, the horizontal braces concentrated most of the influence on the response, with estimated contributions of approximately 61% for the lower brace and 22,3% for the intermediate brace. Based on this evidence, the design space was reduced and the search explored more than 350 configurations, converging to a design with an objective function value close to 0,107. Validation showed frequent coincidence and coherent mode shapes in fundamental modes and revealed modal interchange among neighboring modes, explaining more moderate diagonal correlations. It is concluded that approximating the modal response of a wooden top with a composite top is feasible, provided that the local stiffness of the bracing is finely controlled and similarity is verified using frequency and MAC metrics. As future work, it is recommended to expand the design space with variations in bar geometry and orientation, adopt a multiobjective formu lation that promotes modal separation and robustness against manufacturing tolerances and property dispersion, and strengthen experimental traceability for identifying closely spaced modes.esCC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 InternationalGuitarra VibraciónMateriales acústicosDiseño en ingenieríaThesisINDUSTRIA, innovación, infraestructuraAcción CLIMÁTICA