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Academic Year/course: 2023/24

536 - Master's in Mechanical Engineering

66424 - Deformation and Fracture of Engineering Materials


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
66424 - Deformation and Fracture of Engineering Materials
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
536 - Master's in Mechanical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
First semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

Objectives of the subject

The objective of the subject is for the student to become aware of the importance of knowing the different mechanical properties of materials based on the type of material and its microstructure. It is also important that the student knows the different mechanical tests and becomes familiar with the standards that are used. Another goal is for the student to understand the concepts of fracture mechanics so that they can identify the mechanisms of mechanical failure and understand the limitations of materials under different mechanical stresses. Likewise, the student has to learn the mathematical formalism that allows to incorporate the constitutive equations of the material behaviour in the computational simulation of the different behaviours in the elastic and plastic regime.

Sustainable Development Goals of the 2030 Agenda ( https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/): Goal 9: Objective 9.1; Goal 12: Objective 12.5

Recommendations to take the subject.

It is important to have knowledge of the subjects Fundamentals of Materials Engineering and Materials Technology taught in undergraduate studies.

2. Learning results

  1. To understand the mechanical behaviour of metallic, ceramic, polymer and composite materials under various mechanical stresses.
  2. To know and apply the theory of fracture and fatigue of materials. 
  3. To relate the mechanical behaviour of materials to their microstructural aspects.
  4. To know the tests that characterize them and the mathematical formalism that allows to incorporate them into design and mechanical calculation.
  5. To identify and solve problems by applying acquired knowledge.

3. Syllabus

Block 1. Deformation of materials for engineering.

  1. Material behaviour for mechanical design
  2. Mechanical tests and their standards: tensile, compression, bending and torsion tests.    Experimental elements and conditions
  3. Elastic behaviour: elasticity in metals and ceramics, non-linear elasticity in elastomers, viscoelasticity in polymers, superelasticity in shape memory materials.
  4. Permanent deformation: plasticity and superplasticity in metals. Plasticity in polymers. Thermofluence.

Block 2: fracture of materials for engineering.

  1. Fracture and fatigue: fundamentals of fracture mechanics, brittle and ductile fracture. Fatigue. Thermal creep fracture. Fatigue corrosion, stress corrosion. Wear.
  2. Essays on fracture mechanics. Fatigue tests of nucleation and crack growth. Stress corrosion tests. Tribological essays.

Block 3: computational techniques.

  1. Computer simulation of material behaviour through the constitutive laws of materials, such as the viscoelastic behaviour of elastomers or the plastic deformation of metals.

4. Academic activities

  • Master classes and problems. 45 hours. 30 hours of master classes and 15 hours of problem solving.
  • Laboratory practices. Each student will perform six practices with a total of 12 hours.
  • Completion of practical work (20 hours of personal work). The student will have to carry out a project throughout the subject. It will be related to the mechanical properties of materials and their characterization.
  • Tutoring. Personalized tutored sessions to review and discuss the materials and topics presented in both theoretical and practical classes, as well as to solve the doubts that may have arisen in the development of the work.
  • Personal work (62 hours). In order for students to have a tool to monitor their progress and know if they are achieving the objectives of the subject, they must regularly submit solved exercises.
  • Evaluation (6 hours). Set of theoretical-practical written tests and presentation of reports or works used in the evaluation of the student's learning process.

5. Assessment system

The student must demonstrate achievement of the intended learning results through the following continuous assessment activities:

E1: Controls (maximum 5 points in the final grade). There will be five tests throughout the term in which some theoretical-practical issues must be solved.

E2: Exercises (maximum 1.5 points in the final grade). Each week students will be proposed to work on a problem related to the concepts covered that week, which they must submit before the following week's sessions.

E3: Tutored works (maximum 1.5 points in the final grade). The objective of these works is to perform a critical analysis of scientific publications related to some of the topics covered in the subject. A joint presentation will be held at the end of the term. The evaluation will take into account the analysis of the solution proposed in the publication, as well as the quality of the oral presentation.

E4: Laboratory practices (maximum 2 points in the final grade). The evaluation of the practices will be carried out through the reports prepared and the analysis of the results obtained in them.

The student must obtain a minimum total grade of 4 out of 10 in each of the four previous sections in order to average according to the proposed weighting.

Alternatively, the student has the possibility of passing the subject through the global evaluation in the official calls. The evaluation will consist of two parts, a global exam (maximum of 8 points in the final grade) and a practical exam (maximum of 2 points in the final grade) and will be carried out on the dates established by the centre. The practical exam will in turn consist of two parts: a written exam and a practical laboratory exam. It will be necessary to obtain a grade higher than 4 in each of the two parts in order to average. Given that laboratory practices are considered essential, if the these are performed and passed, the grade obtained will be valid for the overall evaluation.


Curso Académico: 2023/24

536 - Máster Universitario en Ingeniería Mecánica

66424 - Deformación y fractura de materiales


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
66424 - Deformación y fractura de materiales
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
536 - Máster Universitario en Ingeniería Mecánica
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

Objetivos de la asignatura

El objetivo de la asignatura es que el alumno tome conciencia de la importancia del conocimiento de las diferentes propiedades mecánicas de los materiales en función del tipo de material y su microestructura. También es importante que el alumno conozca los diversos ensayos mecánicos y se familiarice con las normas que se utilizan. Otro objetivo es que el alumno conozca los conceptos de la mecánica de la fractura para que pueda identificar los mecanismos de fallo mecánico y entender las limitaciones de los materiales bajo las diferentes solicitaciones mecánicas. Igualmente el alumno tiene que aprender el formalismo matemático que permite incorporar las ecuaciones constitutivas del comportamiento del material en la simulación computacional de los diferentes comportamientos en el régimen elástico y plástico.

Objetivos de Desarrollo Sostenible de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/): Objetivo 9: Meta 9.1; Objetivo 12: Meta 12.5

Recomendaciones para cursar la asignatura

Es importante, para cursar esta asignatura, poseer los conocimientos de las asignaturas Fundamentos de Ingeniería de Materiales y Tecnología de Materiales impartidas en estudios de grado.

2. Resultados de aprendizaje

  1. Comprender el comportamiento mecánico de los materiales metálicos, cerámicos, polímeros y materiales compuestos en diversas solicitaciones mecánicas.
  2. Conocer y aplicar la teoría de la fractura y fatiga de los materiales. 
  3. Relacionar el comportamiento mecánico de los materiales con sus aspectos microestructurales.
  4. Conocer los ensayos que los caracterizan y el formulismo matemático que permite su incorporación al diseño y al cálculo mecánico.
  5. Identificar y resolver problemas aplicando los conocimientos adquiridos.

3. Programa de la asignatura

Bloque 1. Deformación de materiales para ingeniería.

  1. Comportamiento del material para el diseño mecánico
  2. Ensayos mecánicos y sus normas: Ensayos de tracción, compresión, flexión  y torsión.    Elementos y condiciones experimentales
  3. Comportamiento elástico: elasticidad en metales y cerámicas, elasticidad no lineal en elastómeros, viscoelasticidad en polímeros, superelasticidad en materiales con memoria de forma
  4. Deformación permanente: plasticidad y superplasticidad en metales. Plasticidad en polímeros. Termofluencia.

Bloque 2: Fractura de materiales para ingeniería.

  1. Fractura y Fatiga: bases de la mecánica de fractura, fractura frágil y dúctil. Fatiga. Fractura por termofluencia. Corrosión a fatiga, corrosión bajo tensiones. Desgaste.
  2. Ensayos de mecánica de la fractura. Ensayos de fatiga de nucleación y de crecimiento de grietas. Ensayos de corrosión bajo tensiones. Ensayos tribológicos.

Bloque 3: Técnicas computacionales.

  1. Simulación computacional del comportamiento de materiales mediante las leyes constitutivas de materiales, como el comportamiento viscoelástico de elastómeros, o la deformación plástica de metales.

4. Actividades académicas

  • Clases magistrales y problemas. 45 horas. 30 horas de clases magistrales y 15 horas de problemas.
  • Prácticas de laboratorio. Cada alumno realizará seis prácticas con un total de 12 horas.
  • Realización de trabajos prácticos (20 horas de trabajo personal).El alumno deberá realizar un trabajo a lo largo del curso relacionado con las propiedades mecánicas de materiales y su caracterización.
  • Tutorías. Horario de atención personalizada al alumno con el objetivo de revisar y discutir los materiales y temas presentados en las clases tanto teóricas como prácticas, así como dudas surgidas a lo largo del desarrollo de los trabajos.
  • Trabajo personal (62 horas).  Con el objeto de que los estudiantes dispongan de una herramienta para poder monitorizar su evolución y conocer si están alcanzando los objetivos de la asignatura, deberán ir entregando regularmente ejercicios resueltos.
  • Evaluación (6 horas) Conjunto de pruebas escritas teórico-prácticas y presentación de informes o trabajos utilizados en la evaluación del proceso de aprendizaje del estudiante.

5. Sistema de evaluación

El estudiante debe demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación continua:

E1: Controles (máximo 5 puntos en la calificación final). Se establecerán cinco controles a lo largo del curso en los que se deberán resolver algunas cuestiones teórico-prácticas.

E2: Ejercicios (máximo 1.5 puntos en la calificación final). Cada semana se irá proponiendo a los estudiantes la realización de un problema sobre los conceptos trabajados esa semana, los cuales deberán entregar antes de las sesiones de la semana siguiente.

E3: Trabajos tutorizados (máximo 1.5 puntos en la calificación final). El objetivo de estos trabajos será realizar un análisis crítico de publicaciones científicas relacionadas con algunos de los temas que se trabajen en el curso. Se realizará una presentación conjunta al final del curso. En la evaluación se tendrá en cuenta el análisis que se realice de la solución planteada en la publicación, así como la calidad de la presentación oral.

E4: Prácticas de laboratorio (máximo 2 puntos en la calificación final). La evaluación de las prácticas se realizará a través de los informes realizado analizando los resultados obtenidos en las mismas.

El alumno ha de obtener una puntuación mínima total de 4 puntos sobre 10 en cada uno de los cuatro apartados anteriores para promediar de acuerdo a la ponderación propuesta.

Alternativamente, el alumno tiene la posibilidad de superar la asignatura mediante la evaluación global en las convocatorias oficiales. La evaluación constará de dos partes, un examen global (máximo de 8 puntos en la calificación final) y un examen de prácticas (máximo de 2 puntos en la calificación final) y se realizará en las fechas establecidas por el centro. El examen de prácticas constará a su vez de dos partes: un examen escrito y un examen práctico de Laboratorio. Será necesario obtener una calificación superior a 4 en cada una de las dos partes para poder promediar. Dado que se considera esencial que se realicen las prácticas de laboratorio, si se realizan las prácticas y se aprueban, la nota obtenida será válida para la evaluación global.