MMMMAAAANNNUUUUAAAALLL DDDEEEE … de Asignatura/plan 2006/septimo... · análisis estructural de objetos mediante herramientas poderosas de ... imparte la asignatura de Ingeniería

MTMTMTMT----SUPSUPSUPSUP----XXXXXXXXXXXX REV00REV00REV00REV00

FFFF----RPRPRPRP----CUPCUPCUPCUP----17/REV:0017/REV:0017/REV:0017/REV:00

MMMMMMMMAAAAAAAANNNNNNNNUUUUUUUUAAAAAAAALLLLLLLL DDDDDDDDEEEEEEEE LLLLLLLLAAAAAAAA AAAAAAAASSSSSSSSIIIIIIIIGGGGGGGGNNNNNNNNAAAAAAAATTTTTTTTUUUUUUUURRRRRRRRAAAAAAAA

SISTEMAS CAE

INGENIERÍA MECATRÓNICA

1

DIRECTORIODIRECTORIODIRECTORIODIRECTORIO

Secretario de Educación PúblicaSecretario de Educación PúblicaSecretario de Educación PúblicaSecretario de Educación Pública

Dr. Reyes Taméz Guerra

Subsecretario de Educación Superior Dr. Julio Rubio Oca Coordinador de Universidades Politécnicas

Dr. Enrique Fernández Fassnacht

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PAGINA LEGALPAGINA LEGALPAGINA LEGALPAGINA LEGAL

Horacio León Camacho (Universidad Politécnica Valle de México) Primera Edición: 2006 DR 2005 Secretaría de Educación Pública México, D.F. ISBN-----------------

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ÍNDICEÍNDICEÍNDICEÍNDICE

ÍNDICEÍNDICEÍNDICEÍNDICE................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 3333 INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4444 FICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICA ........................................................................................................................................................................................................................................................................................ 5555 IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE ................................ 7777 PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE .................................................................................................................................................................... 9999 INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN .................................................................................................................................................... 12121212 GLOSARIOGLOSARIOGLOSARIOGLOSARIO ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 23232323 BIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌA .................................................................................................................................................................................................................................................................................... 24242424

4

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Este manual sirve al profesor para identificar los objetivos, los contenidos y la programación de unidades de aprendizaje, correspondientes a la asignatura: Ingeniería Asistida por Computadora (CAE). El manual detalla las habilidades y valores que desarrolla el estudiante al cumplir con cada objetivo, también da algunas directrices en cuanto a los instrumentos didácticos y de evaluación que podrían aplicarse durante el curso. Parte integradora de la formación de un Ingeniero Mecatrónico es el conocimiento del análisis estructural de objetos mediante herramientas poderosas de computo. Por tal razón se imparte la asignatura de Ingeniería Asistida por Computadora, y en la cuál el alumno debe contar con un sólido conocimiento de matemáticas avanzadas, como son las Ecuaciones Diferenciales, Cálculo Vectorial, Algebra Lineal, Métodos Numéricos, y Diseño Mecánico. Dentro del CAE, existe una metodología muy importante denominada MEF (Método de Elementos Finitos). Está metodología ha sido generalizada hasta constituir un potente método de cálculo numérico, capaz de resolver cualquier problema de física formulable como un sistema de ecuaciones, abarcando los problemas de la resistencia de materiales, mecánica de fluidos, transferencia de calor, magnetismo, etc,. El MEF, en su generalidad consiste en analizar sólidos sometidos a esfuerzos y deformaciones en tres dimensiones, (x, y, z), considerando a los materiales como dúctiles o frágiles, y llevando el análisis hasta la obtención de los criterios de falla, para posteriormente hacer recomendaciones respecto a la optimización de materiales, formas, estructura, dimensiones, peso, y cargas a las que esta siendo sometido el elemento. Esto obviamente surge con base en la necesidad de diseñar productos a un costo competitivo, diseñar productos seguros, así como manufacturar productos al primer intento. La solución de problemas físicos y matemáticos en tres dimensiones a mano, genera un análisis gigantesco, y provoca errores debido a la complejidad de los cálculos, por tal razón es necesario que el MEF, sea asistido con software que auxilie a realizar la simulación numérica del comportamiento mecánico de los elementos en estudio, como ejemplo: El análisis de impacto en la puerta de un vehiculo, el análisis de las fuerzas a las que está sometido el ala de un avión, el diseño de un envase de plástico, el diseño de piezas de máquinas, el análisis de flujo de un fluido en una tubería etc,. Mencionado lo anterior se plantea que el objetivo de la asignatura es: Desarrollar en el alumno la capacidad de modelar y simular el diseño de elementos mecánicos, que bajo un comportamiento de esfuerzos y deformaciones, muestran resistencia a través de los diferentes materiales, restricciones y condiciones externas. Así, el alumno de Ingeniería Mecatrónica será capaz de interpretar los datos numéricos, resultado del proceso de modelación y simulación, y permitirá que proponga alternativas de solución que conduzcan hacia la optimización del modelo analizado, por lo cuál el alumno será competente en la Ingeniería asistida por computadora de elementos mecánicos básicos. Para llevar al alumno hacia el cumplimiento de los objetivos de aprendizaje se han distribuido las unidades de aprendizaje en: Introducción al Método del elemento finito, Análisis por Elementos Finitos en 2d y 3d, Análisis Estático por MEF asistido por Computadora, y aplicaciones del CAE en ensambles y fluidos. Esta asignatura apoya al alumno en su formación académica para que pueda desarrollar sus conocimientos de integración, mecánico-electrónicos en asignaturas consecuentes como, Diseño Mecatrónico I, y Diseño Mecatrónico II.

5

FICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICA

Nombre: Ingeniería Asistida por Computadora

Clave:

Justificación:

Con el uso de paquetes de cómputo de ingeniería asistida por computadora (CAE) se pueden realizar diversos análisis de un sistema antes de construir el primer prototipo, lo que permite costos bajos y un diseño más eficiente del sistema. Además, el alumno adquiere las bases del método de elemento finito (FEM) el cual se utiliza para el modelado y simulación de sistemas complejos de una manera sencilla y confiable. Esta asignatura contribuye de manera directa a las competencias de: Análisis de Elementos Mecánicos en Condiciones Estáticas y Dinámicas, y Diseño de Elementos Mecánicos que Integran Equipos Mecatrónicos.

Objetivo: Desarrollar la capacidad en el alumno para evaluar la funcionalidad de diseños mecánicos y analizar los esfuerzos y deformaciones de sistemas mecánicos en movimiento mediante el modelado y simulación en una herramienta de cómputo.

Pre requisitos:

• Dibujo de Ingeniería • Cálculo Vectorial y Variable compleja • Análisis Dinámico • Ecuaciones Diferenciales • Métodos Numéricos • Diseño Mecánico • Mecánica de Fluidos

Capacidades

Identificar el entorno de aplicación del MEF y explicar su interpretación física en una dimensión. Explicar la interpretación física del MEF en dos y tres dimensiones. Simular mediante CAE el comportamiento de elementos de máquinas sujetos a cargas Simular mediante CAE el comportamiento de ensambles y de fluidos en recipientes sujetos a fuerzas, y o presiones

Estimación de tiempo (horas) necesario para transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de Aprendizaje:

UNIDADES DE APRENDIZAJE

TEORÍA PRÁCTICA

presencial No

presencial

presencial No

presencial 1.- Introducción al Método del Elemento Finito

13 0 0 0

2.-Análisis por Elementos Finitos en 2d y 3d

26 0 0 0

3.- Análisis Estático por MEF asistido por computadora

0 0 24 0

4.- Aplicaciones del CAE en ensambles con movimiento y Fluidos

6 0 21 0

45 0 45 0 Total de horas por cuatrimestre 90 Total de horas por semana: 6

FICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICA

6

Bibliografía:

1.- FENNER, Roger, “Finite Element Methods for Engineers”, Imperial College Press, 1997 2.-BUCHANAN, George, “Finite Element Analysis”, Schaum`s Outlines, McGraw Hill 3.- ADAMS, Vince, “Building Better Products with Finite Element Analysis”, Onword Press 4.- COOK, Robert, “Finite Element Modelling for Stress Analysis”, John Wiley 5.- CHANDRUPATLA, Tirupathi, “Elemento Finito en Ingeniería”, Pearson 6.- BICKFORD, William, “A First Course in the Finite Element”, 7.- BURDEN, “ Análisis Numérico”, Grupo Editorial Iberoamericana 8.- STEWART, James, “ Cálculo, conceptos y contexto”, Thomson Editores 9.- ZILL, Dennos, “Ecuaciones Diferenciales con Aplicaciones”, Editorial Mc Graw Hill, 2002 10.- STREETER, Victor, “Mecánica de los Fluídos”, Editorial Mc Graw Hill 11.- Manual para el alumno, SolidWorks 2006 12.- Manual para el alumno, CosmosWorks 2006 13.- www.femur.wpi.edu 14.- www.cosmosm.com 15.- www.algor.com 16.- www.colorado.edu/mbs 17.- www.msc.com 18.- www.marc.com 19.- www.hks.com 20.- ansys.com

7

IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Unidades de Aprendizaje

Resultados de Aprendizaje

Criterios de Desempeño

El alumno será competente cuando:

Evidencias

(EP, ED, EC, EA)

Horas Totales

1.-Introducción al Método del Elemento Finito (MEF)

El alumno identificará el entorno de aplicación del MEF y explicará su interpretación física en una dimensión

Describa la Importancia del MEF

EC. Identifica los orígenes del MEF, Explica la clasificación de la mecánica computacional y su interpretación física

3

Identifique las Ecuaciones básicas para el análisis MEF

EC. Explica las ecuaciones de esfuerzo- deformación en 3d. Describe el método de Raleigh- Ritz y el método de Galerkin

4

Identifique la terminología básica para el análisis MEF en una dimensión

EC. Explica la construcción del MEF Unidimensional, las coordenadas y funciones de forma, el ensamble de la matriz de rigidez, y las condiciones de frontera

6

2.- Análisis por Elementos Finitos en 2d y 3d

El alumno explicará la interpretación física del MEF en dos dimensiones y Tres dimensiones

Analiza elementos bidimensionales (Armaduras) mediante MEF

EC. Formula la estructura de la armadura, identifica número de elementos, número de nodos, determina la matriz de rigidez de cada elemento de la armadura, ensambla la matriz de rigidez, encuentra los desplazamientos nodales, y calcula los esfuerzos y fuerzas de reacción.

5

Analiza elementos bidimensionales mediante formas triangulares en 2d

EC. Explica los elementos Isoparametricos Triangulares en 2d, Obtiene la matriz de deformación unitaria-desplazamientos, Obtiene la matriz de rigidez, obtiene el vector de desplazamientos global

5

Analiza elementos Isoparamétricos bidimensionales de orden superior

EC. Explica las funciones de forma para cuadriláteros de 4 nodos, 9 nodos, Obtiene la matriz de rígidez del elemento, la matriz de deformación unitaria, los vectores de fuerza, y los vectores de esfuerzo.

5

IDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJEIDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE

8

Unidades de Aprendizaje


Criterios de Desempeño

El alumno será competente cuando:

Evidencias

(EP, ED, EC, EA)

Horas Totales

Analiza elementos tridimensionales mediante MEF

EC. Formula las ecuaciones de rigidez del elemento sólido, así como los desplazamientos nodales en 3d

11

3.- Análisis Estático por MEF asistido por computadora

El alumno simula mediante software CAE, el comportamiento de elementos de máquinas sujetos a cargas y restricciones

Realiza la simulación de un elemento mecánico mediante software CAE

EC. Explica el ambiente MEF asistido por computadora Describe los comandos de software CAE, Crea el Modelo a analizar

5

EC. Selecciona los materiales, Identifica las restricciones, Selecciona las cargas, Selecciona el Mallado

10

EP. Ejecuta el análisis, Explica las tensiones, desplazamientos, deformaciones unitarias, y factores de seguridad

5

EC. Evalúa los resultados del diseño y propone alternativas de mejora

4

4.- Aplicaciones del CAE en ensambles con movimiento y Fluidos

El alumno simula mediante CAE el comportamiento de ensambles con movimiento y de fluidos en recipientes sujetos a fuerzas, y o presiones

Realiza la simulación de dos o más elementos mecánicos mediante software CAE, con aplicaciones de Análisis de Ensambles y de Fluidos

EC. Realiza la modelación MEF para componentes de Máquinas ensambladas y que tienen movimiento.

15

EC. Realiza el análisis MEF para fluidos en tuberías o recipientes sujetos a presión y perdidas por fricción

12

9

PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJEPLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE


Criterios de Desempeño (El alumno es

competente cuando…)

Evidencias

(EP, ED, EC, EA)

Instrumento de evaluación

Técnicas de aprendizaje

Espacio educativo Total de horas Teoría Práctica

Aula Lab. otro HP HNP Hp HNP

El alumno identificará el entorno de

aplicación del MEF y explicará su

interpretación física en una dimensión

Describa la Importancia del MEF

EC. Identifica los orígenes del MEF, Explica la clasificación de la mecánica computacional y su interpretación física

Cuestionario (SCAE0101-01)

Exposición del Profesor

X

3 0 0 0

Identifique las ecuaciones básicas para el análisis MEF

EC.Explica las ecuaciones de esfuerzo- deformación en 3d. Describe el método de Raleigh- Ritz y de Galerkin



4 0 0 0

Identifique la terminología básica para el análisis MEF en una dimensión

EC. Explica la construcción del MEF 1d, las funciones de forma, el ensamble de la matriz de rigidez, y las condiciones de frontera


Exposición del Profesor 6 0 0 0

El alumno explicará la interpretación física del MEF en dos dimensiones y tres dimensiones

Analiza elementos bidimensionales (Armaduras) mediante MEF

EC. Formula la estructura de la armadura, identifica número de elementos, número de nodos, determina la matriz de rigidez de cada elemento de la armadura, ensambla la matriz de rigidez, encuentra los desplazamientos nodales, y calcula los esfuerzos y fuerzas de reacción.


Exposición del Profesor X 5 0 0 0

PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE

10




Evidencias

(EP, ED, EC, EA)





Analiza elementos bidimensionales mediante formas triangulares en 2d

EC. Explica los elementos Isoparametricos Triangulares en 2d, Obtiene la matriz de deformación unitaria-desplazamientos, Obtiene la matriz de rigidez, obtiene el vector de desplazamientos global



5 0 0 0

Analiza elementos Isoparamétricos bidimensionales de orden superior

EC. Explica las funciones de forma para cuadriláteros de 4 nodos, 9 nodos, Obtiene la matriz de rígidez del elemento, la matriz de deformación unitaria, los vectores de fuerza, y los vectores de esfuerzo.



5 0 0 0

Analiza elementos tridimensionales mediante MEF

EC. Formula las ecuaciones de rígidez del elemento sólido, así como los desplazamientos nodales en 3d



X 11 0 0 0

El alumno simula mediante software CAE, el comportamiento de elementos de máquinas sujetos a cargas y restricciones

Realiza la simulación de un elemento mecánico mediante software CAE

EC. Explica el ambiente MEF asistido por computadora Describe los comandos de software CAE, Crea el Modelo a analizar Cuestionario

(SCAE0301-01) Exposición del Profesor

X 15 EC. Selecciona los materiales, Identifica las restricciones, Selecciona las cargas, Selecciona el Mallado

11




Evidencias

(EP, ED, EC, EA)





EP. Ejecuta el análisis, Explica las tensiones, desplazamientos, deformaciones unitarias, y factores de seguridad Práctica

mediante la acción (SCAE0301-02)

Exposición del Profesor Solución de Ejercicios en Laboratorio

X

9

EC. Evalúa los resultados del diseño y propone alternativas de mejora

Solución de Ejercicios en Laboratorio

X

El alumno simula mediante CAE el comportamiento de ensambles con movimiento y de fluidos en recipientes sujetos a fuerzas, y o presiones

Realiza la simulación de dos o más elementos mecánicos mediante software CAE, con aplicaciones de Análisis de Ensambles y de Fluidos

EC. Realiza la modelación MEF para componentes de Máquinas ensambladas y que tienen movimiento.

Práctica mediante la acción (SCAE0401-01)


X X 3 12

EC. Realiza el análisis MEF para fluidos en tuberías o recipientes sujetos a presión y perdidas por fricción

Práctica mediante la acción (SCAE0401-02)


X X 3 9

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓNINSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN

NOMBRE DEL CURSO: SISTEMAS CAE FECHA:

NOMBRE DEL ALUMNO: FIRMA DEL ALUMNO:

NOMBRE DEL EVALUADOR: FIRMA DEL EVALUADOR:

INSTRUCCIONES Estimado Usuario:

• Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos

• Conteste los siguientes planteamientos de forma Ordenada, Clara y Limpia • Le recordamos tomar el tiempo asignado para contestar y desarrollar su contenido

CÓDIGO ASPECTO

((((SSSSCAE0CAE0CAE0CAE0101101101101----01)01)01)01)

Conteste de la manera más clara posible lo siguiente:

1.- ¿En que consiste la metodología del MEF?

2.- Describa la clasificación de la mecánica computacional

3.-¿Cuál es la diferencia entre el MEF y el MDF (Método de Diferencias Finitas)?

4.- ¿Porqué ha tenido gran auge el desarrollo del MEF?

CUMPLE : SI NO

(S(S(S(SCAECAECAECAE0101010101010101----00002222))))


1.- ¿Qué es un Medio Continuo?

2.- ¿Cómo se obtienen las ecuaciones de esfuerzo- deformación en un sólido?

3.- ¿En que consiste el método de Raleigh- Ritz?

4.- ¿Qué es Elasticidad?

5.- ¿Cuál es la ecuación del principio del trabajo virtual?

6.- Qué significa la siguiente ecuación:

σVM1

2σ1 σ2−( )2 σ2 σ3−( )2+ σ3 σ1−( )2

+⋅:=

CUMPLE : SI NO

UNIDAD DE APRENDIZAJE 1UNIDAD DE APRENDIZAJE 1UNIDAD DE APRENDIZAJE 1UNIDAD DE APRENDIZAJE 1

INTRODUCCIÓN AL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITOINTRODUCCIÓN AL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITOINTRODUCCIÓN AL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITOINTRODUCCIÓN AL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO (S(S(S(SCAECAECAECAE0100100100101111))))

CUESCUESCUESCUESTIONARIOTIONARIOTIONARIOTIONARIO

CÓDIGO ASPECTO

((((SCAE0101SCAE0101SCAE0101SCAE0101----00003333))))


1.- En una barra a 30 grados centígrados se aplica una carga axial, P=600x103 N, de acuerdo a la figura 1. La temperatura se eleva luego a 80 grados centígrados.

a) Ensamble las matrices K y F

b)Determine los desplazamientos nodales y los esfuerzos en los elementos

Figura 1

1.- Aluminio 2.- Acero

E1=70 x 109 N/m2 E1=200 x 109 N/m2

A1=900 mm2 A2=1200 mm2

α1=23 x 10-6 por °C α2=23 x 10-6 por °C

2.- La estructura en la figura 2 está sometida a un incremento de temperatura ∆T=100 °C. Determine los desplazamientos, los esfuerzos y las reacciones en los soportes. Resuelva este problema a mano usando el método de eliminación para manejar las condiciones de frontera.

1.- Bronce 2.- Aluminio 3.- Acero

P1=60 kN P2=75 kN

E1=83 GPa E1=70 GPa E1=200 GPa

A1=2400 mm2 A1=1200 mm2 A1=600 mm2

α1=18.9 x 10-6 por °C α1=23 x 10-6 por °C α1=11.7 x 10-6 por °C

CUMPLE : SI NO

1 2

200 mm

300 mm

X

3

1 2

P

800 mm

P1 P2

600 mm

400 mm








CÓDIGO ASPECTO

((((SCAESCAESCAESCAE0000222201010101----01)01)01)01)


1.- Considere la siguiente armadura de cuatro barras, mostrada en la figura. Para todos los elementos E=29.5 x 106 psi y Ae=1 in2.

a)Determine la matriz de rigidez elemental para cada elemento

b) Ensamble la matriz de rigidez estructural K para toda la armadura

c)Encuentre los desplazamientos nodales

d)Recupere los esfuerzos para cada elemento

e)Calcule las fuerzas de reacción

CUMPLE : SI NO

UNIDAD DE APRENDIZAJE UNIDAD DE APRENDIZAJE UNIDAD DE APRENDIZAJE UNIDAD DE APRENDIZAJE 2222

ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2DANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2DANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2DANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2D (SCAE0201)(SCAE0201)(SCAE0201)(SCAE0201)

CUESTIONARIOCUESTIONARIOCUESTIONARIOCUESTIONARIO

40 in

1

2 3

4

45 in

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

Q6

Q7

Q8

1 2

4 3

40 000 Lb

50 000 Lb








CÓDIGO ASPECTO

(SCAE0201(SCAE0201(SCAE0201(SCAE0201----00002222))))


1.- ¿Qué significa la matriz Jacobiana?

2.- Para la placa bidimensional cargada que se muestra en la siguiente figura, determine los desplazamientos de los nodos 1 y 2 y los esfuerzos en los elementos usando condiciones de esfuerzo plano. Desprecie la fuerza de cuerpo en comparación con las fuerzas externas. E=30 x 106 psi, ν=0.25, Espesor, t=0.5 in

b)Obtenga la matriz de rigidez de los elementos

c)Obtenga vectores de desplazamiento nodal

d) Obtenga el vector de esfuerzos

CUMPLE : SI NO


ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2DANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2DANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2DANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS EN 2D (SCAE0201)(SCAE0201)(SCAE0201)(SCAE0201) CUESTIONARIOCUESTIONARIOCUESTIONARIOCUESTIONARIO

2 in

3 in

1 2

3 4

e=1

e=2

2000 Lb 3000 Lb








CÓDIGO ASPECTO

(SCAE0201(SCAE0201(SCAE0201(SCAE0201----03)03)03)03)


1.- ¿Para que sirven los elementos isoparamétricos de orden superior?

2.- La figura siguiente muestra un cuadrilátero de cuatro nodos. Las coordenadas (x,y) de cada nodo se dan en la figura. El vector de desplazamientos del elemento q es:

q=[0,0,0.20,0,0.15,0.10,0,0.05]T

Encuentre:

a)Las coordenadas x,y, de un punto P cuya posición en el elemento maestro está dada por e=0.5,n=0.5

b)Los desplazamientos u,v, del punto P

CUMPLE : SI NO



X

Y (1,1) (5,1)

(6,6)

(1,4)

q1

q2

q3

q4

q5

q6

q7

q8








CÓDIGO ASPECTO



1.- ¿Cómo se obtiene el volumen de un elemento 3d, en función del Jacobiano?

2.-Escriba la ecuación de rígidez del elemento 3d

3.-Determine las deflexiones en los vértices de la viga de aluminio mostrada en la figura.

La Carga P es de 2670 N, las unidades dimensionales de la figura están en mm, E= 30 E6 psi, el módulo v=0.3

CUMPLE : SI NO



P








CÓDIGO ASPECTO



1.- Cuales son los principales softwares para la aplicación del MEF en el mercado actual?

2.- Cómo se realiza la selección de materiales en un software CAE?

3.- Cuantos tipos de restricciones se pueden aplicar en un mismo modelo 3d?

4.- Qué diferencia existe entre una carga de presión no uniforme y una carga térmica?

5.- Qué significa el tamaño de malla en un CAE?

CUMPLE : SI NO


ANÁLISIS ANÁLISIS ANÁLISIS ANÁLISIS ESTATICO ESTATICO ESTATICO ESTATICO POR MEF ASISTIDO POR COMPUTADORAPOR MEF ASISTIDO POR COMPUTADORAPOR MEF ASISTIDO POR COMPUTADORAPOR MEF ASISTIDO POR COMPUTADORA (SCAE0301)(SCAE0301)(SCAE0301)(SCAE0301) CUESTIONARIOCUESTIONARIOCUESTIONARIOCUESTIONARIO


NOMBRE DEL CURSO,: SISTEMAS CAE FECHA



INSTRUCCIONES

Dada la siguiente pieza obtenga el análisis de esfuerzos, deformaciones, y resultados de acuerdo al criterio de falla de Von

Misses

La figura es ilustrativa, el facilitador proporciona tipo de material , datos de cargas, restricciones y tipo de malla de acuerdo al software utilizado

CÓDIGO ITEM CUMPLE

OBSERVACIONES SI NO

SCAE0301-2 1.-¿Cuenta con Pieza en CAD, sin errores? En caso contrario, corregir

2.-¿Definio el Jacobiano? 3.-¿Definio el tamaño de forma? 4.-¿Define el tipo de análisis de falla adecuado?

5.-¿Identifica en que zonas del elemento mecánico es necesario optimizar el material?

EJERCICIO PRÁCTICOEJERCICIO PRÁCTICOEJERCICIO PRÁCTICOEJERCICIO PRÁCTICO

(SCAE0301)(SCAE0301)(SCAE0301)(SCAE0301)





INSTRUCCIONES

Simule los movimientos del mecanismo ensamblado, calcule las fuerzas que desarrollan los componentes durante su

movimiento y realice el análisis FEM adecuado.

Las dimensiones son proporcionadas por el facilitador, así como las velocidades de los elementos.

CÓDIGO ITEM CUMPLE

OBSERVACIONES SI NO

SCAE0401-1 1.-¿Cuenta con Ensamble CAD, sin errores? En caso contrario,

corregir 2.-¿Identifica la secuencia de movimientos (pieza 1 a pieza 7)? 3.-¿Identifica los elementos a analizar bajo FEM? 4.-¿Importa las cargas a FEM correctamente? Regresar al punto 3 5.-¿Realiza la ubicación de restricciones correctamente? 6.- ¿Realiza el mallado correctamente?

7.- ¿Explica los resultados numéricos para los criterios de falla?



1

2

3

4

5

6

7





INSTRUCCIONES

Realice el análisis del fluido en una tubería accionada por una válvula de bola.

a) El líquido a utilizar es Metanol

b) Paredes adiabáticas y velocidad del fluido de 2 m/s

c) Identifique las condiciones de frontera, obtenga las representaciones vectoriales de los resultados

d) Obtenga las trayectorias del Fluido

CÓDIGO ITEM CUMPLE

OBSERVACIONES SI NO

SCAE0401-2 1.-¿Cuenta con Pieza en CAD, sin errores? En caso contrario, corregir

2.- Las restricciones están definidas correctamente? 3.-¿Explica los resultados obtenidos?



Entrada del Fluido

Salida del Fluido


NOMBRE DEL CURSO,: FECHA



INSTRUCCIONES

CÓDIGO ITEM CUMPLE

OBSERVACIONES SI NO

GUÍA DE OBSERVACIÓNGUÍA DE OBSERVACIÓNGUÍA DE OBSERVACIÓNGUÍA DE OBSERVACIÓN

GLOSARIOGLOSARIOGLOSARIOGLOSARIO

DDDD Deformación. Tendencia que sufre un material a ser modificado en su forma bajo la acción de esfuerzos que afectan su módulo de elasticidad

EEEE Ensamble Unión de dos o más componentes mecánicos en dibujo y diseño mecánico Esfuerzo Acción que ejerce una fuerza sobre una determinada área

FFFF Falla Cuando se compara el esfuerzo y la resistencia en un elemento a fin de determinar el grado de seguridad que tiene

MMMM MEF Método de elementos finitos

Modelar Representar en forma matemática el comportamiento a que está sujeto un elemento, bajo cargas térmicas, estáticas, cinéticas y determinar las condiciones que resultan de dicho comportamiento

SSSS Simular Generar el comportamiento de un elemento mecánico bajo todas las condiciones de carga a que puede estar sometido, con el fin de predecir su comportamiento.

BIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌABIBLIOGRAFÌA

1.- FENNER, Roger, “Finite Element Methods for Engineers”, Imperial College Press, 1997 2.-BUCHANAN, George, “Finite Element Analysis”, Schaum`s Outlines, McGraw Hill 3.- ADAMS, Vince, “Building Better Products with Finite Element Analysis”, Onword Press 4.- COOK, Robert, “Finite Element Modelling for Stress Analysis”, John Wiley 5.- CHANDRUPATLA, Tirupathi, “Elemento Finito en Ingeniería”, Pearson 6.- BICKFORD, William, “A First Course in the Finite Element”, 7.- BURDEN, “ Análisis Numérico”, Grupo Editorial Iberoamericana 8.- STEWART, James, “ Cálculo, conceptos y contexto”, Thomson Editores 9.- ZILL, Dennos, “Ecuaciones Diferenciales con Aplicaciones”, Editorial Mc Graw Hill, 2002 10.- STREETER, Victor, “Mecánica de los Fluídos”, Editorial Mc Graw Hill 11.- Manual para el alumno, SolidWorks 2006 12.- Manual para el alumno, CosmosWorks 2006 13.- www.femur.wpi.edu 14.- www.cosmosm.com 15.- www.algor.com 16.- www.colorado.edu/mbs 17.- www.msc.com 18.- www.marc.com 19.- www.hks.com 20.- ansys.com

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