Nombre: ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS POR ELEMENTOS FINITOS
Código: 232201006
Carácter: Obligatoria
ECTS: 4.5
Unidad Temporal: Cuatrimestral
Despliegue Temporal: Curso 1º - Primer cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
Nombre y apellidos: HERRERO PÉREZ, DAVID
Área de conocimiento: Mecánica de Medios Continuos y T. de Estructuras
Departamento: Estructuras, Construcción y Expresión Gráfica
Teléfono: 968338984
Correo electrónico: david.herrero@upct.es
Horario de atención y ubicación durante las tutorias: Las tutorías se realizarán a demanda del estudiante mediante solicitud remitida al correo david.herrero@upct.es
Titulaciones:
Ingeniero en Ingeniería Industrial en la Universidad Politécnica de Cartagena (ESPAÑA) - 2002
Categoría profesional: Catedrático de Universidad
Nº de quinquenios: 3
Nº de sexenios: 3 de investigación y 1 de transferencia
Curriculum Vitae: Perfil Completo
Responsable de los grupos: G1
Conocer los fundamentos necesarios para resolver, numéricamente, problemas de mecánica de sólidos. Saber formular, analizar e interpretar los resultados de modelos de elementos finitos de mecánica de sólidos. Saber aplicar el método de los elementos finitos a problemas de elasticidad, placas y láminas. Saber utilizar un programa de elementos finitos comercial.
Fundamentos del Método de los Elementos Finitos (MEF) en mecánica de sólidos. Formulación del MEF para problemas de elasticidad, placas y láminas. Fundamentos de estabilidad de estructuras. Formulación y resolución mediante el MEF. Modelado, análisis e interpretación de resultados del análisis con programas de elementos finitos. Aplicaciones en Ingeniería Naval.<br><br><br><br><br><br><br><br>
UNIDAD DIDÁCTICA I. Fundamentos del Método de Elementos Finitos (MEF).
Tema 1. Introducción al Método de Elementos Finitos (MEF)
1.1. Introducción.
1.2. Formulación fuerte.
1.3. Formulación débil.
1.4. Equivalencia entre las formulaciones fuerte y débil.
1.5. Método de Galerkin (Bubnov-Galerkin).
1.6. Representación matricial.
1.7. Generalización: subdivisión del espacio en dominios de elementos finitos lineales.
1.8. Propiedades de la matrix de rigidez.
1.9. Descripción local de un elemento finito.
1.10. Matriz de rigidez y vector de fuerzas del elemento. Ensamblaje de matrices locales: matriz global.
1.11. Cálculo explícito de la matriz de rigidez y el vector de fuerzas del elemento.
Tema 2. Tratamiento numérico con elementos finitos unidimensionales: estructuras de barras esbeltas.
2.1. El modelo barra y variables de interés.
2.2. Ecuación variacional.
2.3. Formulación fuerte del problema.
2.4. Formulación débil.
2.5. Ecuación variacional en forma matricial.
2.6. Matriz de rigidez y vector de fuerzas del elemento.
Tema 3. Tratamiento numérico con elementos finitos bidimensionales: estructuras de placas y láminas.
3.1. Teoría de Reissner-Mindlin
3.2. Variables principales de la teoría.
3.3. Ecuación variacional.
3.4. Formulación fuerte del problema.
3.5. Formulación débil del problema.
3.6. Formulación matricial de la ecuación variacional.
3.7. Matriz de rigidez y vector de fuerzas del elemento.
Tema 4. Tratamiento numérico con elementos finitos tridimensionales.
4.1. Ideas preliminares.
4.2. Formulación débil, fuerte y equivalencia entre ambas formulaciones.
4.3. Formulación de Galerkin. Propiedades de la matriz de rigidez.
4.4. Matriz local del elemento y vector de fuerzas local.
4.5. Gestión de datos.
UNIDAD DIDÁCTICA II. Aplicaciones numéricas del MEF a la Ingeniería Naval.
Tema 5. Análisis de inestabilidades y aplicaciones en Ingeniería Naval.
5.1. Análisis de inestabilidades con el MEF.
5.2. Problemas tipo y soluciones analíticas.
5.3. Simulación numérica con software de MEF.
5.4. Validación de resultados.
Sesiones de informática.
Se programan seis sesiones prácticas en el aula de informática, orientadas a la introducción de los pasos necesarios para realizar un análisis mediante el MEF para resolver problemas con una geometría arbitraria cuyo comportamiento físico viene establecido por ecuaciones en derivadas parciales. En las prácticas correspondientes a esta unidad didáctica se realizarán diversos modelos con diferentes tipos de elementos, resolviendo problemas en el ámbito de la elasticidad, transmisión de calor y termoelasticidad. Las sesiones se realizarán de forma individual, tendrán una duración aproximada de 1 hora y 30 minutos, y se realizará en los últimos 30 minutos una evaluación individual de los conocimientos adquiridos. Las prácticas programadas son las siguientes: PRÁCTICA I. Análisis de estructuras de nudos articulados mediante el MEF. PRÁCTICA II. Análisis de estructuras de nudos rígidos mediante el MEF. PRÁCTICA III. Tensión y deformación plana. PRÁCTICA IV. Análisis tridimensional utilizando placas y láminas. PRÁCTICA V. Análisis tridimensional utilizando elementos finitos tridimensionales. PRÁCTICA VI. Análisis de resistencia y estabilidad.
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual en el apartado actúa sobre una emergencia, pestaña "guías técnicas", y en el que encontrarás instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás en el apartado actúa sobre una emergencia, recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
UNIT I. Fundamentals of the Finite Element Method (FEM)
Chapter 1. Fundamentals of the Finite Element Method.
1.1. Introduction.
1.2. Strong formulation.
1.3. Weak formulation.
1.4. Equivalence between strong and weak formulation.
1.5. Galerkin (Bubnov-Galerkin).
1.6. Matrix representation.
1.7. Generalization: subdivision of space into domains of linear finite elements.
1.8. Properties of the stiffness matrix.
1.9. Local description of a finite element.
1.10. Stiffness matrix and force vector element. Local assembly arrays: global matrix.
1.11. Explicit calculation of the stiffness matrix and force vector of the element.
Chapter 2. Finite element treatment of unidimensional finite elements: prismatic members.
2.1. Beam model and variables of interest.
2.2. Variational equation.
2.3. Strong formulation of the problem.
2.4. Weak formulation.
2.5. Variational equation in matrix form.
2.6. Stiffness matrix and load element.
Chapter 3. Finite element treatment of bidimensional finite elements: plate and shell members.
3.1. Reissner-Mindlin theory.
3.2. Main variables of the theory.
3.5. Variational equation.
3.6. Strong formulation of the problem.
3.7. Weak formulation of the problem.
3.8. Matrix formulation of the variational equation.
3.9. Stiffness matrix and force vector element.
Chapter 4. Finite element treatment of tridimensional finite elements.
4.1. Preliminary ideas.
4.2. Weak and strong formulations, and equivalence between both.
4.3. Galerkin formulation. Properties of the stiffness matrix.
4.4. Local matrix element and local vector forces.
4.5. Data management.
UNIT II. Numerical Applications to Naval Engineering
Chapter 5. Strength and stability analysis to Naval Engineering.
5.1. Instability Analysis using FEM.
5.2. Type of problems and analytical solutions.
5.3. Numerical simulation using FEM software.
5.4. Validation of results.
Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc.
Clases expositivas orientadas a la explicación de los contenidos de la asignatura. Se resolverán las dudas planteadas por los estudiantes, así como problemas tipo y casos prácticos. Esta actividad contribuye a la adquisición de todos los resultados de aprendizaje.
33
100
Clase en aula de informática: prácticas.
Las sesiones en aula de informática permitirán al estudiante adquirir habilidades básicas de cálculo computacional y familiarizarse con el uso de programas y herramientas profesionales. Esta actividad contribuye a la adquisición de los resultados de aprendizaje 2, 3, 4 y 5.
12
100
Actividades de evaluación final y continua fuera de horario lectivo.
No aplica para el curso 26-27.
4
100
Tutorías.
Tutorías individuales o grupales destinadas a resolver dudas y realizar un seguimiento del proceso de aprendizaje. Esta actividad contribuye a la adquisición de todos los resultados de aprendizaje.
3
50
Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo.
Estudio autónomo de la materia y resolución de los ejercicios propuestos por el profesorado, así como desarrollo de un trabajo relacionado con la Ingeniería Naval y Oceánica. Mediante estas actividades, el estudiante aplicará los conocimientos teóricos adquiridos y contrastará los resultados obtenidos con su aplicación práctica. Esta actividad contribuye a la adquisición de todos los resultados de aprendizaje.
83
0
Pruebas evaluación individual escritas/orales
SE1. Examen final (80% de la calificación final). Unidades didácticas I y II. Los resultados de aprendizaje que se evalúan van del 2 al 4.
Se realizará durante el periodo de evaluación final de la convocatoria ordinaria. Para superar esta actividad será necesario obtener una calificación mínima de 5 sobre 10.
En la convocatoria extraordinaria se ofrecerá igualmente una prueba equivalente, con una ponderación del 80%, para el estudiante que no haya alcanzado el mínimo exigido o que desee mejorar su calificación.
80 %
Evaluación de prácticas y/o visitas y/o seminarios a partir de las memorias y/o informes correspondientes
SE2. La evaluación de las prácticas (10% de la calificación final) se realizará durante el desarrollo de las mismas, realizando una prueba al finalizar cada práctica. Los resultados de aprendizaje que se evalúan son del 1 al 4.
En la convocatoria ordinaria y extraordinaria se realizará un examen práctico equivalente, con una ponderación del 10%, para el estudiante que desee mejorar su calificación. Esta prueba permitirá evaluar los mismos resultados de aprendizaje asociados a la actividad SE2.
10 %
Trabajos e informes individuales o en grupo (puede incluir exposición y defensa)
SE4. La evaluación del trabajo individual relacionado con la Ingeniería Naval y Oceánica (10% de la calificación final) se realizará tras la entrega del alumno de dicho trabajo. Dicha entrega se debe realizar antes de la fecha de la prueba de evaluación SE1 en la convocatoria ordinaria o extraordinaria. El resultado de aprendizaje que se evalúa es el 5.
10 %
1) La nota final (NF) de la asignatura será NF=0,80·SE1+0,10·SE2+0,10·SE4.
2) Criterios de superación de la asignatura:
- Obtener una calificación mínima de 5 sobre 10 en actividad SE1.
- Obtener una calificación ponderada (NF) superior o igual a 5,0.
- Cuando la calificación ponderada (NF) sea igual o superior a 5,0, pero no se haya alcanzado la calificación mínima exigida en la actividad de evaluación SE1, la calificación final será de 4,5.
3) Las calificaciones obtenidas en las actividades de evaluación se conservarán durante todo el curso académico. El estudiante que haya alcanzado el mínimo exigido en una actividad no tendrá que repetirla en la convocatoria ordinaria o extraordinaria, salvo que desee mejorar su calificación.
4) Cuando el estudiante se presente nuevamente a una actividad para mejorar su calificación, la realización de la prueba supondrá la renuncia a la nota anterior y se tendrá en cuenta la calificación obtenida en el último intento, aunque sea inferior.
5) En la convocatoria de cada examen se detallarán el formato de la prueba, duración, tipo de ejercicios y contenidos evaluados.
Autor: Hughes, T.J.R.
Título: The finite element method linear static and dynamic finite element analysis
Editorial: Dover
Fecha Publicación: 2000
ISBN: 0486411818
Autor: Olek C Zienkiewicz, Robert L. Taylor
Título: The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals
Editorial: Butterworth-Heinemann
Fecha Publicación: 2013
ISBN: 978-1856176330
Autor: Zienkiewicz, O. C.
Título: The finite element method for solid and structural mechanics
Editorial: Elsevier
Fecha Publicación: 2005
ISBN: 0750664312
1. Software MEFI. Aplicación para el análisis de estructuras discretas.
2. Aula Virtual de la UPCT. En esta plataforma se publicarán los contenidos docentes, la documentación complementaria, las indicaciones para la realización de las actividades programadas y cualquier otra información que el profesorado considere relevante para facilitar el progreso del estudiante.