Curso Académico:
2022/23
434 - Graduado en Ingeniería Mecánica
29722 - Mecánica de sólidos deformables
Información del Plan Docente
Año académico:
2022/23
Asignatura:
29722 - Mecánica de sólidos deformables
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
434 - Graduado en Ingeniería Mecánica
Créditos:
6.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
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1.1. Objetivos de la asignatura
La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:
El objetivo de la asignatura es capacitar al alumno para analizar y diseñar cualquier elemento deformable, como por ejemplo, estructuras de edificación, instalaciones industriales, así como innumerables elementos de máquinas.
Se introduce al alumno al Método de los Elementos Finitos como método numérico para la resolución del problema elástico general que permite el análisis y diseño de elementos más complejos.
La asignatura abarca tanto los fundamentos de la Mecánica de Sólidos Deformables como del Método de los Elementos Finitos y sus aspectos más aplicados.
La realización de sesiones de prácticas permite comprobar la validez de las hipótesis básicas y las distintas simplificaciones propuestas a lo largo de la exposición teórica de los distintos conceptos desarrollados. En esta misma línea se encuentran las clases de problemas, que permiten la aplicación de la teoría y la continuación en la comprensión y asimilación de los conceptos tratados a lo largo del curso.
Las diferentes actividades que se proponen durante el desarrollo de esta asignatura (prácticas, trabajos y clases de problemas) no sólo buscan la asimilación de los distintos conceptos expuestos a lo largo del curso, sino que también pretenden la potenciación del razonamiento, síntesis, resolución y posterior análisis de los resultados de diferentes problemas.
Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:
- Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras. Meta 9.1 Desarrollar infraestructuras fiables, sostenibles, resilientes y de calidad, incluidas infraestructuras regionales y transfronterizas, para apoyar el desarrollo económico y el bienestar humano, haciendo especial hincapié en el acceso asequible y equitativo para todos.
1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación
La asignatura de Mecánica de Sólidos Deformables forma parte del bloque de asignaturas de la Rama Mecánica del Plan de estudios del Grado de Ingeniería Mecánica. Se trata de una asignatura de 6 créditos ECTS que se imparte en el primer cuatrimestre del tercer curso de la titulación.
La asignatura aplica y desarrolla algunos conceptos presentados en asignaturas de semestres anteriores como Mecánica o Resistencia de Materiales – utilizando muchas de las herramientas proporcionadas por Matemáticas I, II y III – y presenta otros nuevos: tensión, deformación, comportamiento, formulación débil, resolución numérica, etc. que serán utilizados profusamente en asignaturas posteriores, tanto de carácter obligatorio: Teoría de Estructuras y Construcciones Industriales, Criterios de diseño de máquinas así como en los bloques optativos de Diseño y cálculo de estructuras y Máquinas y vehículos.
1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura
Aunque no se exige tener aprobadas las asignaturas de Matemáticas y Física de primer curso, es muy recomendable haber adquirido unas determinadas destrezas en las mismas, así como en asignaturas de segundo curso. El alumno, antes de comenzar este curso, debería ser capaz de:
Cálculo
- Derivar una función y realizar integrales simples y múltiples incluyendo cambios de variables
- Comprender fundamentos básicos de cálculo variacional y análisis de máximos y mínimos.
Algebra
- Poseer cierta soltura en conceptos básicos de espacios vectoriales, dimensiones, base y fundamentos de operaciones matriciales.
- Concepto de tensor e invarianza frente a cambios de coordenadas.
- Notación y operativa indicial.
- Manejo de operadores gradiente, divergencia y laplaciano.
Mecánica
- Comprensión y manejo de resultantes de fuerzas y momentos.
- Dinámica del sólido rígido. Ecuaciones de Newton.
Termodinámica
- Primera y segunda leyes de la termodinámica.
- Balance de energía.
Resistencia de Materiales
- Conocer los conceptos de esfuerzo, tensión y deformación.
- Resolución de problemas de barras.
El seguimiento continuo de la asignatura, tanto en sus clases de teoría y problemas como en las de prácticas, es esencial, así como el estudio personal y la elaboración de los trabajos de la asignatura.
2. Competencias y resultados de aprendizaje
2.1. Competencias
Competencias específicas:
C38: Capacidad para aplicar los fundamentos de la elasticidad y resistencia de materiales al comportamiento de sólidos reales.
Competencias genéricas:
C4: Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico.
C6: Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la práctica de la misma.
C10: Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo.
2.2. Resultados de aprendizaje
- Identifica problemas donde es necesario aplicar las ecuaciones de la Mecánica del Sólido Deformable.
- Maneja los conceptos de tensión, deformación y leyes constitutivas.
- Comprende el significado de los tensores de tensión y deformación y debe ser capaz de expresar dichos tensores en distintos sistemas de referencia, entre ellos el sistema principal, y conocer la importancia de las tensiones y direcciones principales.
- Identifica y aplica los modelos de comportamiento del material (elástico lineal, elástico no-lineal, inelástico, etc.) a partir de curvas tensión-deformación experimentales.
- Sabe aplicar las ecuaciones básicas de la Elasticidad. Sabe plantear las ecuaciones del modelo matemático (equilibrio, comportamiento y compatibilidad a distintos niveles punto, elemento y estructura) y resolver analíticamente problemas sencillos.
- Identifica las principales tipologías estructurales.
- Saber la metodología necesaria para resolver el problema elástico mediante elementos finitos y manejar un software de EF.
- Identifica y selecciona tipos de elementos finitos.
- Sabe valorar la admisibilidad de los resultados analíticos y numéricos.
- Establece los estados límites del comportamiento elástico: grandes deformaciones, plasticidad, inestabilidad, etc.
2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje
Los resultados de aprendizaje obtenidos en la asignatura capacitan al alumno para poder abordar los problemas relacionados con la Mecánica Estructural que se presentan en el ámbito de la Ingeniería Mecánica: diseño y comprobación de componentes mecánicos, estructuras industriales y de edificación, análisis resistente de elementos de todo tipo de máquinas e instalaciones, diseño de vehículos, etc.
3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba
A continuación se presentan las dos modalidades de evaluación ofertadas a los estudiantes para superar la asignatura: continuada y global.
Para permitir la evaluación continuada del estudiante que vaya estudiando la asignatura a medida que se imparte, se plantean las siguientes pruebas con su correspondiente ponderación en la calificación final y nota mínima para promediar:
Trabajo de asignatura (Ponderación: 20%, Nota Mínima: 4,5/10)
- Se realizará un trabajo con carácter individual en el que se relacionará el cálculo analítico con la simulación computacional.
- Al inicio del curso se fijará la fecha para su entrega definitiva.
- Su evaluación se basará en el informe escrito presentado (que podrá ser en castellano o en inglés). Se podrá solicitar exposición y defensa oral del mismo.
- Se podrá optar a una puntuación extra si el informe escrito se presenta en inglés.
Prácticas (Ponderación: 10%, Nota Mínima: 4,5/10)
- Se realizarán cinco sesiones de 3 horas de prácticas de ordenador individuales.
- Su evaluación se basará en un examen sobre los contenidos tratados en las mismas.
Exámenes parciales (Ponderación: 70 %, Nota Mínima en cada uno: 4,5/10)
- Se realizarán dos exámenes parciales uno de la parte de Elasticidad y otro de la parte de Elementos finitos.
- Constarán de una parte teórica y otra de problemas.
- Tendrán una duración estimada de dos horas cada uno.
Para permitir una evaluación global de la asignatura, se plantean las siguientes pruebas con su ponderación en la calificación final y nota mínima para poder superar la asignatura:
Examen (Ponderación: 85 %, Nota Mínima: 5/10)
- Examen final en el que se evaluará el contenido completo de la asignatura.
- Constará de una parte teórica y otra de problemas.
- Tendrá una duración estimada de tres horas.
Examen de Prácticas (Ponderación: 15 %, Nota Mínima: 5/10)
- Tendrá una duración estimada de una o dos horas.
- Se evaluarán los contenidos tratados en las prácticas.
En ambos casos la media ponderada final debe ser superior a 5 sobre 10 para superar la asignatura.
La segunda convocatoria será evaluada mediante evaluación global.
4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos
4.1. Presentación metodológica general
El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en la evaluación continuada con hitos evaluables intermedios, y el trabajo individual.
4.2. Actividades de aprendizaje
La asistencia a todas las actividades de aprendizaje es de especial relevancia para adquirir las competencias de la asignatura.
Clases Teóricas. En ellas, se desarrolla el cuerpo científico contenido en el programa y se presentan ejemplos de su aplicación.
Clases Prácticas de Problemas. Las clases de problemas complementan a las teóricas permitiendo al estudiante la aplicación de los conceptos a la resolución de problemas de la práctica ingenieril.
Prácticas de Simulación Informática. Se pretende de esta forma familiarizar a los alumnos con otra de las herramientas básicas de la asignatura, como es el cálculo y la simulación numérica. El objetivo fundamental de estas prácticas consiste en que los alumnos sean capaces de interpretar los resultados obtenidos mediante el ordenador, pudiendo discernir si éstos son adecuados o no.
Trabajo de Asignatura. Pretende desarrollar la fórmula de aprendizaje basado en proyectos, para reforzar el resto de actividades docentes y, junto con las prácticas de laboratorio y simulación, permitir que el estudiante adquiera competencias de trabajo en equipo.
Tutorías. Permiten de forma más individualizada o mediante grupos pequeños, que los alumnos integren los diversos contenidos y consoliden el objeto de su aprendizaje.
4.3. Programa
Bloque I: Mecánica del sólido deformable
- Introducción a la Mecánica del Sólido Elástico Lineal
- Análisis de deformaciones
- Análisis de tensiones
- Tensiones y deformaciones principales
- Ecuaciones de comportamiento.
- Planteamiento diferencial del problema elástico
- Límites del comportamiento elástico
Bloque II: Elementos Finitos Mecánicos
- Introducción al MEF
- Formulación del MEF en problemas 1-D
- Formulación del MEF en elasticidad plana
- Formulación del MEF en elasticidad 3D
- Indicaciones de usuario del MEF
4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave
Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas se imparten según el calendario y los horarios establecidos por la Escuela, que son publicados con anterioridad a la fecha de comienzo del curso.
El Trabajo de Asignatura deberá presentarse con anterioridad a la fecha de convocatoria oficial de examen establecida por la Escuela.
Cada profesor informará de su horario de atención de tutorías.
Las fechas de inicio y finalización de la asignatura, las horas concretas de impartición y las fechas de los exámenes de las dos convocatorias oficiales se podrán encontrar en la página web de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura: http://eina.unizar.es/
Las fechas de los exámenes parciales se informarán en clase con una antelación mínima de quince días naturales.
El trabajo de la asignatura deberá entregarse antes de la fecha del examen de la convocatoria correspondiente, en la fecha indicada por el profesor.
Por otra parte, desde el inicio del cuatrimestre los alumnos dispondrán del calendario detallado de actividades (conferencias, prácticas de ordenador…).