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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA DIRECCIÓN GENERAL DE ASUNTOS ACADÉMICOS

PROGRAMA DE ASIGNATURA POR COMPETENCIAS

I. DATOS DE IDENTIFICACIÓN

1. Unidad Académica (s):

6. HC: 02 HL__02__ HT __ HPC___ HCL HE 02 CR 06 7. Ciclo Escolar: 2011-2 8. Etapa de formación a la que pertenece: Terminal 9. Carácter de la Asignatura: Obligatoria 10. Requisitos para cursar la asignatura: Diseño de Elementos de Máquinas

CENTRO DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA VALLE DE LAS PALMAS

2. Programa (s) de estudio: (Técnico, Licenciatura (s) Ingeniería Mecánica 3. Vigencia del plan:2009-2

4. Nombre de la Asignatura INGENIERÍA ASISTIDA POR COMPUTADORA 5. Clave: 12206___

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ELABORACIÓN

Fecha de elaboración: 06/06/2012.

Formuló: _ ___________________________________ M.C. José Navarro Torres Vo. Bo. Patricia Avitia Carlos Cargo: Subdirección – Centro de Ingeniería y Tecnología Formuló:_______________________________________ Dr. Arturo Abúndez Pliego Formuló:__________________________________________ M.C. Juan Antonio Paz González.

Formuló:__________________________________________ M. en C. Benjamín González Vizcarra

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II. PROPÓSITO GENERAL DEL CURSO

El curso aporta al perfil del ingeniero mecánico la capacidad de análisis por los métodos de por elementos finitos, a través de

modelado de sistemas mecánicos, análisis matriciales, la capacidad de análisis de esfuerzos planos a través de transformar las

ecuaciones diferenciales que gobiernan un sistema continuo, la utilización de elementos de interpolación para la solución de

integraciones numéricas y la utilización de paquetes comerciales de análisis por elementos finitos; para aplicarse en los sectores

productivos y de servicios.

Esta unidad de aprendizaje se ubica en la etapa terminal de Ingeniero Mecánico, es de carácter obligatorio y es requisito haber

aprobado la unidad académica de Diseño de elementos de máquinas para poder cursarla.

III. COMPETENCIAS DEL CURSO

Aplicar las herramientas necesarias de los métodos de Elementos Finitos en la resolución de problemas mecánicos, con valores de frontera gobernados por ecuaciones diferenciales lineales. Con trabajo proactivo y colaborativo, en un ambiente de respeto.

IV EVIDENCIA DE DESEMPEŇO

A través de diversas actividades como:

1. Participación en clase, trabajo en equipo, actitud hacia el grupo.

2. Evaluaciones parciales de teoría y práctica durante el semestre.

3. Solución de ejercicios teóricos y de simulación asistidos por computadora propuestos por el profesor.

4. Desarrollo de ejercicios de simulación asistidos por computadora complementarios a los temas planteados para esta unidad

de aprendizaje.

5. Proyecto final. El proyecto final consiste en la práctica del conocimiento y técnicas de análisis adquiridas durante el curso para

desarrollar un proyecto en equipo sobre una simulación con paquetería comercial, presentando por escrito cálculos y

referencias bibliográficas.

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V. DESARROLLO POR UNIDADES

Competencia:

Comprender e identificar la importancia y aplicación del método de elemento finito para la solución problemas en ingeniería. En trabajo proactivo por parte del alumno.

CONTENIDO DURACIÓN HC: 04 HL 04 HT 00 I. Conceptos fundamentales

1. Introducción. 2. Método de elementos Finitos. 3. Antecedentes. 4. Proceso de diseño con elementos finitos.

5. Descripción de los diferentes métodos.

6. Aplicación del método de elementos finitos.


Competencia: Empleará los conceptos básicos teóricos del modelado de problemas de elemento finito para construir las matrices de rigideces para elementos unidimensionales, a través de investigaciones colectivas, determinando las aplicaciones de las mismas en situaciones reales. Mediante el trabajo colaborativo propiciando el respeto colectivo.

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CONTENIDO DURACIÓN HC: 6 HL 06 HT 00

II.- Modelado de sistemas mecánicos.

1. Obtención de la matriz de rigidez del elemento resorte. 2. Energía potencial un enfoque para obtener las ecuaciones del elemento resorte. 3. La matriz de rigidez para un elemento unifilar barra. 4. Energía de deformación.

4.1 Primer teorema de Castigliano. 5. Generación de la malla. 6. Ensamble de la matriz general de rigidez. 7. Condiciones de frontera. 8. Métodos de solución.

9. Transformación de un vector en dos dimensiones


Competencia :

Aplicar los fundamentos y la teoría de la homogeneidad e isotropía para el modelado de problemas con esfuerzo plano en aplicaciones estructurales. En trabajo de equipo generando un ambiente de tolerancia y respeto.

II. III.- Esfuerzo plano. DURACIÓN HC: 06 HL 06 HT 00

1. Ecuaciones constitutivas. 2. Homogeneidad e isotropía. 3. El problema con valores en la frontera. 4. La ecuación diferencial que gobierna al fenómeno bajo estudio. 5. Condiciones de frontera y su clasificación. 6. Esfuerzos planos. 7. Deformaciones planas. 8. Consideraciones sobre simetría.

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Competencia:

Analizar las funciones de interpolación para elementos unidimensionales y elementos bidimensionales (elementos triangulares y rectangulares). Utilizando distintos ejes de coordenadas (locales, naturales y globales), para construir formulaciones isoparamétrica y modelar geometrías más complejas que las que se pueden lograr con elementos cuadriláteros.


IV.- Elementos de interpolación.

1. Introducción. 2. Elementos unidimensionales. 3. Elementos triangulares. 4. Elementos rectangulares. 5. Formulación isoparamétrica. 6. Integración numérica.


Competencia: Analizar en base a los fundamentos de la realización de análisis de elemento finito en computadora los diferentes problemas de ingeniería mecánica, utilizando programas comerciales de elementos finitos; a través de discusiones colectivas, investigaciones bibliográficas, presentación de simulaciones en trabajo colaborativo que propicie el respeto y la tolerancia.

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V.- Análisis asistido por computadora. 1. Introducción. 2. Análisis con programas comerciales. 3. Problemas con elementos unidimensionales. 4. Problemas con elementos de esfuerzo plano. 5. Problemas con elemento sólidos. 6. Problemas con elementos axisimétricos. 7. Problemas de impacto.

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VI. Estructura de las actividades del laboratorio y/o taller.

I. Práctica No. 1 Nombre de la unidad: Conceptos fundamentales.

CONTENIDO TEMÁTICO

ESTRATEGIA DIDÁCTICA

MATERIAL Y EQUIPO DE APOYO

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

EVIDENCIA DE DESEMPEÑO

TIEMPO

1.1 Herramientas de trabajo del paquete computacional Ansys.

Para la unidad se aplicarán las siguientes estrategias: a)- Exposición en clase por parte del maestro. b)- Investigación bibliográfica o en internet de temas por parte de los alumnos, individual. c)- Desarrollo experimental de la práctica. d)- Elaboración de ejercicios en clase, individual o equipo.

Para toda la unidad Pizarrón, proyector de acetatos, pantalla, cañón, cpu. Paquete computacional Ansys.

Evaluación escrita al finalizar la unidad. Considerar las tareas que se les asignen a los alumnos, las participaciones en clase, los trabajos de investigación y las conclusiones de los grupos de discusión.

Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench: Geometría, condiciones de frontera, fuerzas aplicadas, generación de malla, análisis de resultados. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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Práctica No. 2 Nombre de la unidad: Modelado de sistemas mecánicos.

CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.2 Simulación de armadura tipo barra en una dirección 1D.


Para toda la unidad Pizarrón, proyector de acetatos, pantalla, cañón, cpu. Paquete computacional Ansys. Paquete computacional Matcad.


Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench en 1D. Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.3 Simulación de armadura con diferentes sección transversal en dos direcciones 2D.




Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench en 2D Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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Práctica No 4. Nombre de la unidad: Modelado de sistemas mecánicos.

CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.4 Verificación experimental numérico y analítico de desplazamiento de un marco estructural 2D.




Comparar y analizar los resultados del desplazamiento y esfuerzo con diferentes métodos de análisis Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.5 Simulación de armadura con diferentes secciones transversal en tres direcciones 3D.




Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench en 3D. Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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Práctica No. 6 Nombre de la unidad: Esfuerzo plano.

CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.6 Simulación de elementos tipo Viga.

Para la unidad se aplicarán las siguientes estrategias: a)- Exposición en clase por parte del maestro b)- Investigación bibliográfica o en internet de temas por parte de los alumnos, individual c)- Desarrollo experimental de la práctica d)- Elaboración de ejercicios en clase, individual o equipo



Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench de elementos tipo viga en 1D y 2D. Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.7 Simulación de elementos tipo Viga en 3D.




Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench de elementos tipo viga en 3D. Analizar los distintos esfuerzos que intervienen en elementos tipo viga en el espacio, (carga axial, torsión, flexión, cortante). Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.8 Simulación de elementos mecánicos bajo la condición de esfuerzo y deformación plana.




Identificar las diferentes aplicaciones que se rigen mediante el análisis de esfuerzo y deformación plana. Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones en Workbench con elementos en el plano bajo el criterio de deformación o esfuerzo plano. Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.9 Simulación de elementos Axial simétricos




Reconocer y analizar el procedimiento para realizar simulaciones estructurales en Workbench en 2D con simetría en el eje de revolución. Comparar los resultados analíticos vs numéricos y calcular el error relativo. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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Práctica No. 10 Nombre de la unidad: Elementos de interpolación.

CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.10 Análisis y optimización de forma de elementos estructurales en 3D sometidos a esfuerzos con el uso de malla triangular, cuadrilátero, mixta.


Para toda la unidad Pizarrón, proyector de acetatos, pantalla, cañón, cpu. Paquete computacional Ansys en el módulo de optimización de forma. Paquete computacional Matcad.


Optimizar resultados numéricos utilizando el criterio de convergencia de malla. Comparar resultados numéricos con la utilización de malla. Triangular, cuadrilátera y mixta. Redacción de informe de laboratorio.

2 hrs.

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Práctica No. 11 Nombre de la unidad: Análisis asistido por computadora.

CONTENIDO TEMÁTICO





TIEMPO

1.11 Submodelado de estructuras sometidas a esfuerzos y deformaciones.


Para toda la unidad Pizarrón, proyector de acetatos, pantalla, cañón, cpu. Paquete computacional Ansys. Modulo de submodelado.

Evaluación escrita al finalizar la unidad. Considerar las tareas que se les asignen a los alumnos, las participaciones en clase, los trabajos de investigación y las conclusiones de los grupos de discusión

Analizar la distribución de esfuerzos y deformaciones en elementos mecánicos. Verificar la influencia del campo de esfuerzos y deformaciones de un nivel macroscópico a un nivel microscópico.

2 hrs.

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VII. METODOLOGÍA DE TRABAJO

El trabajo académico del programa está planeado bajo la modalidad de curso-laboratorio, por lo que sus actividades deberán

organizarse tanto en función del análisis de contenidos de carácter teórico, como de la realización de prácticas basadas en

programas comerciales de elementos finitos, a fin de confirmar supuestos teóricos, propiciar el desarrollo de habilidades de carácter

instrumental, solucionar problemas del área y “aprender haciendo”. Por lo anterior, es indispensable que las prácticas estén

estrechamente supervisadas por el profesor y que se logre una participación muy activa por parte de los alumnos, enfatizando el

trabajo en colaboración y la reflexión colectiva.

Actividades de aprendizaje a realizar fuera de clase:

- Consulta bibliográfica y análisis de diferentes tecnologías existentes.

- Solución de problemas, tanto los que se incluyen en la bibliografía básica como los propuestos por el profesor, de mayor

complejidad a los resueltos en clase.

- Realización de ejercicios de aplicación de diferentes técnicas de solución a problemas tipo, mediante el uso de programas de

cómputo.

- Consulta en internet respecto a temas complementarios relacionados con la materia.

- Búsqueda de ejercicios prácticos de aplicación.

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VIII. Evidencias de evaluación.

De comportamiento: A través de técnicas didácticas de exposición, trabajo en equipo, trabajo extra clase, participación activa y actitud hacia el

grupo de aprendizaje y la comunidad en general.

De desempeño: Durante el desarrollo de la unidad de aprendizaje, resolverá ejercicios de los textos indicados en el apartado de fuentes de consulta,

además de los adicionales propuestos por el profesor, así como discutir temas complementarios a esta unidad de aprendizaje

De producto: Para cada una de las fechas de evaluación, presentará:

- Ejercicios resueltos

- Informe de avance de proyecto

- Actividades extra clase

- Ensayos

De conocimiento: a través de ejercicios extra clase y evaluaciones parciales durante el desarrollo de la unidad de aprendizaje, además de la

presentación ejecutiva del proyecto final.

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IX Criterios de evaluación.

1.- CRITERIOS DE ACREDITACIÓN

La calificación mínima aprobatoria y la asistencia requerida están establecidas en el estatuto escolar vigente. ARTÍCULO 65. La calificación final mínima aprobatoria es de 60 en el nivel de Licenciatura

ARTÍCULO 70. Tendrán derecho a presentar Examen Ordinario, los alumnos que hayan cursado la unidad de aprendizaje con 80% o más de

asistencias en clases impartidas.

ARTÍCULO 71. Tendrán derecho a Examen Extraordinario los alumnos que no presentaron examen ordinario o que habiéndolo presentado no

obtuvieron una calificación aprobatoria, siempre que hayan cursado la unidad de aprendizaje con 40% o más de asistencias en clases impartidas.

2.- CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Exámenes Parciales…………………………………………40%

Talleres y trabajo extra clase....……………………………. 20%

Proyecto Final……………………………………………… 30%

Valores (Responsabilidad, Ética, Puntualidad

Honestidad, trabajo colaborativo) ……..……..…………..10%

Nota: Es OBLIGATORIO presentar Proyecto Final para acreditar el curso. 3- EXAMEN ORDINARIO Y EXTRAORDINARIO.

El alumno que no acredite 2 o más unidades parciales o alcance un promedio mayor a 75 durante los exámenes parciales, presentará

EXAMEN ORDINARIO global. Además es obligatoria la entrega de proyecto final para tener derecho a calificación de ordinario.

El EXAMEN EXTRAORDINARIO es un examen global de todas las unidades cursadas.

4.- DINAMICA DE DESARROLLO DEL CURSO

Conforme al Estatuto General de la UABC, se solicita a los alumnos:

Puntualidad.

Respeto a sus compañeros y maestros.

No comer dentro del salón o laboratorio, no bebidas.

Evitar usar celulares, ipod y radios durante el curso de la clase.

Mantener permanentemente limpia el aula/laboratorio.

Cuidar mobiliario y equipo.

Otros.

A quien se le sorprenda copiando en un examen, éste le será suspendido, y se deberá cumplir con la sanción que convenga el profesor.

No se aceptaran tareas o reportes, fuera de la fecha y el horario indicado para su entrega.

La entrega de reportes de laboratorio será una semana después de realizada la práctica y es requisito para realizar la siguiente práctica.

Las tareas y reportes de laboratorio se entregaran según el formato indicado por el profesor.

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X BIBLIOGRAFÍA

Básica Complementaria

Básica:

Chandrupatla, T., Belegundu, A., Introduction to finite elements in engineering, Prentice-Hall, 4ª ed., 2011.

Zienkiewicz et al., Finite Element Method Vol 1, 3, 6ª

Ed., Butterworth- Heinemann, 2005.

Hutton, D., Fundamentals of Finite Element Analysis, McGraw Hill, 2004.

Publicaciones del Journal of Elasticity.

Publicaciones del Journal of Computational Mechanics.

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