aplicacion elementos finitos en ingenieria estructural
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8/16/2019 Aplicacion Elementos Finitos en Ingenieria Estructural
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Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos
y de Ingeniería de Minas
UPCT
Guía docente de la asignatura
Aplicaciones del
Método
de
los
Elementos
Finitos en Ingeniería Estructural
Titulación: Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos
Curso 2012‐2013
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Guía Docente
1. Datos de la asignatura
Nombre Aplicaciones del Método de los Elementos Finitos en Ingeniería
Estructural (Finite Element Procedures for Structural Design)
Materia Optativas‐ Bloque Construcción
Módulo Módulo V: Optativas
Código 213101024
Titulación Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos
Plan de
estudios
2011
Centro Escuela de Ingeniería de Caminos, CC. y PP. y de Ingeniería de Minas
Tipo Optativa
Periodo lectivo 1er cuatrimestre Curso 2º
Idioma Castellano
ECTS 3 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 90
Horario clases teoría Miércoles de 19 a 21 h. Aula Aula N1.2
Horario clases
prácticas
Miércoles
de
19
a 21
h.
Lugar
Aula
N1.2
Aula Informática
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2. Datos del profesorado
Profesor responsable Gregorio Sánchez Olivares
Departamento Ingeniería Civil
Área de conocimiento Ingeniería de la Construcción
Ubicación del despacho Edificio de Arquitectura, planta baja, despacho 0.8 b
Teléfono 968 32 5927 Fax 968 32 5653
Correo electrónico gregorio.sanchez@upct.es
URL / WEB www.upct.es/~ingcivil
Horario de atención / Tutorías Jueves de 8 a 14 h.
Se recomienda contactar previamente con el profesor.
Ubicación durante las tutorías Despacho 0.8 b
Perfil docente e investigador
Doctor Ingeniero Industrial. Profesor Titular de Universidad.
Experiencia docente Desde 1994. Asignaturas relacionadas con el análisis y diseño de estructuras y con la construcción.
Líneas de Investigación Estructuras de acero. Optimización estructural. Ingeniería sísmica. Responsable del Grupo de Investigación Diseño Avanzado de Estructuras, UPCT.
Experiencia profesional Múltiples contratos con empresas para actividades de asesoramiento y asistencia técnica.
Otros temas de interés
http://www.upct.es/~ingcivilhttp://www.upct.es/~ingcivilhttp://www.upct.es/~ingcivil
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3. Descripción de la asignatura
3.1. Presentación
La finalidad
de
esta
asignatura
es
presentar
las
posibilidades
de
aplicación
del
Método
de
los Elementos Finitos en problemas asociados al proyecto de estructuras en ingeniería civil.
3.2. Ubicación en el plan de estudios
La asignatura se sitúa en el primer cuatrimestre del segundo curso del Máster Universitario en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos.
3.3. Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional
La formación
recibida
en
el
curso
permite
completar
la
formación
básica,
ya
adquirida
por
el alumno, relativa al análisis de estructuras. En el proyecto de estructuras es necesario conocer la respuesta del sistema estructural, siendo el Método de los Elementos Finitos una herramienta de cálculo sencilla y versátil que, por ello, se adapta a gran cantidad de casos, de menor o mayor complejidad.. La asignatura aporta, por tanto, parte de la formación necesaria para que el futuro titulado pueda desarrollar adecuadamente las atribuciones profesionales relacionadas con su capacidad para concebir, proyectar, construir y mantener estructuras.
3.4. Relación con otras asignaturas. Prerrequisitos y recomendaciones
Es recomendable disponer de conocimientos de resistencia de materiales y de cálculo de
estructuras.
3.5. Medidas especiales previstas
El alumno que, por sus circunstancias, pueda necesitar de medidas especiales debe comunicarlo al profesor al principio del cuatrimestre.
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4. Competencias
4.1. Competencias específicas de la asignatura
Las competencias específicas de la asignatura se enmarcan dentro de la denominada OP08: OP08 Capacidad para modelizar y analizar estructuras con ayuda del ordenador, y para
la interpretación de los resultados obtenidos.
4.2. Competencias básicas / generales / transversales
COMPETENCIAS BÁSICAS CB6 Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser
originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
CB7 Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución
de
problemas
en
entornos
nuevos
o poco
conocidos
dentro
de
contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. CB9 Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones – y los conocimientos y
razones últimas que las sustentan – a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
CB10 Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
COMPETENCIAS GENERALES G01 Capacitación científico‐técnica y metodológica para el reciclaje continuo de
conocimientos y el ejercicio de las funciones profesionales de asesoría, análisis,
diseño,
cálculo,
proyecto,
planificación,
dirección,
gestión,
construcción,
mantenimiento, conservación y explotación en los campos de la ingeniería civil. G02 Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico, legal y de
la propiedad que se plantean en el proyecto de una obra pública, y capacidad para establecer diferentes alternativas válidas, elegir la óptima y plasmarla adecuadamente, previendo los problemas de su construcción, y empleando los métodos y tecnologías más adecuadas, tanto tradicionales como innovadores, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia y favorecer el progreso y un desarrollo de la sociedad sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
G06 Conocimiento para aplicar las capacidades técnicas y gestoras en actividades de I+D+i dentro del ámbito de la ingeniería civil.
G11 Capacidad para el proyecto, ejecución e inspección de estructuras (puentes,
edificaciones, etc.),
de
obras
de
cimentación
y de
obras
subterráneas
de
uso
civil
(túneles, aparcamientos), y el diagnóstico sobre su integridad. G18 Conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de métodos
matemáticos, analíticos y numéricos de la ingeniería, mecánica de fluidos, mecánica de medios continuos, cálculo de estructuras, ingeniería del terreno, ingeniería marítima, obras y aprovechamientos hidráulicos y obras lineales.
COMPETENCIAS TRANSVERSALES T01 Capacidad de análisis y síntesis. T02 Capacidad de organización y planificación. T03 Comunicación oral y escrita en la lengua nativa. T04 Conocimiento de una lengua extranjera.
T05
Conocimientos
de
informática
relativos
al
ámbito
de
estudio.
T06 Capacidad de gestión de la información.
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T07 Capacidad de resolución de problemas. T10 Trabajo en equipo. T11 Trabajo en un equipo de carácter interdisciplinar. T12 Trabajo en un contexto internacional. T13 Capacidad de comunicación interpersonal.
T16
Aprendizaje
autónomo.
T17 Adaptación a nuevas situaciones. T19 Sensibilidad hacia temas medioambientales. T20 Creatividad e innovación. T23 Motivación por la calidad.
4.3. Objetivos generales / competencias específicas del título
La finalidad de esta asignatura es obtener el conocimiento y la capacidad necesarios para poder realizar el análisis estructural mediante la aplicación del Método de los Elementos Finitos, y los programas informáticos que se basan en el mismo, en el diseño y cálculo de
estructuras, a partir
del
conocimiento
y comprensión
de
las
solicitaciones
y su
aplicación
a las tipologías estructurales de la ingeniería civil. La asignatura, por ello, debe desarrollar
capacidades para modelizar y analizar estructuras con ayuda del ordenador, y para la interpretación de los resultados obtenidos. La asignatura aporta, por tanto, parte de la formación necesaria para que el futuro titulado pueda desarrollar adecuadamente las atribuciones profesionales relacionadas con su capacidad para concebir, proyectar, construir y mantener estructuras.
4.4. Resultados esperados del aprendizaje 1. Modelizar y analizar estructuras mediante el Método de los Elementos Finitos, e
interpretar los resultados obtenidos.
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5. Contenidos
5.1. Contenidos según el plan de estudios
Fundamentos del MEF en ingeniería estructural. El método de los desplazamientos. Elementos y funciones de interpolación. Introducción a programas de análisis por elementos
finitos
(ANSYS,
SAP).
Interfase
gráfica
de
usuario.
Técnicas
de
modelado.
Preproceso, análisis y postproceso. Modelado y resolución de diversos problemas estructurales en ingeniería civil.
5.2. Programa de teoría
UNIDAD DIDÁCTICA I. INTRODUCCIÓN AL MEF.
TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL MEF. TEMA 2. SISTEMAS DISCRETOS.
TEMA 3.
INTRODUCCIÓN
A
LOS
MÉTODOS
DE
APROXIMACIÓN.
UNIDAD DIDÁCTICA II. FORMULACIÓN BÁSICA.
TEMA 4. MÉTODO DE LOS DESPLAZAMIENTOS. TEMA 5. TENSIÓN Y DEFORMACIÓN PLANA. TEMA 6. ANÁLISIS TRIIMENSIONAL. TEMA 7. FUNCIONES DE FORMA.
UNIDAD DIDÁCTICA III. ELEMENTOS CURVOS, ISOPARAMÉTRICOS E
INTEGRACIÓN NUMÉRICA.
TEMA 8. ELEMENTOS TRANSFORMADOS. TEMA 9. INTEGRACIÓN NUMÉRICA.
UNIDAD DIDÁCTICA IV. APLICACIÓN DEL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS
FINITOS.
TEMA 10. PREPROCESO. TEMA 11 ENSAMBLAJE Y SOLUCIÓN. TEMA 12. POSTPROCESO.
5.3. Programa de prácticas
Las practicas
se
agrupan
por
bloques:
BLOQUE 1 Análisis de errores (Práctica 1).
BLOQUE 2 Problemas de tensión plana o de deformación plana (Prácticas 2 y 3).
BLOQUE 3 Estructuras continuas bidimensionales (Prácticas 4 y 5).
BLOQUE 4 Estructuras continuas tridimensionales (Práctica 6).
BLOQUE 5
Estructuras de
cimentación
(Práctica
7).
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Las prácticas son las siguientes:
Práctica 1. Análisis de errores en un problema de elasticidad plana con solución analítica.
Práctica 2.
Preproceso,
análisis
y postproceso
de
un
elemento
metálico
plano:
cartela
de
enlace.
Práctica 3. Preproceso, análisis y postproceso de un muro de contención de tierras.
Práctica 4. Preproceso, análisis y postproceso de una placa de hormigón armado.
Práctica 5. Preproceso, análisis y postproceso de una lámina delgada de hormigón
armado.
Práctica 6. Preproceso, análisis y postproceso de un aparato de apoyo.
Práctica 7. Preproceso, análisis y postproceso de un emparrillado de cimentación.
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6. Metodología docente
6.1. Actividades formativas Actividad Trabajo del profesor Trabajo del estudiante ECTS
Presencial: Toma de apuntes. Planteamiento de dudas. 0,4
Clase de teoría Clase expositiva empleando el método de la lección. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes. No presencial: Estudio de la materia. 0,6
Presencial: Participación activa. Resolución de ejercicios. Planteamiento de dudas.
0,13
Clase de problemas. Resolución de problemas tipo y casos prácticos
Se resolverán problemas tipo y se analizarán casos prácticos. Se enfatizará el trabajo en plantear métodos de resolución y no en los resultados. En ocasiones se da un tiempo para que el estudiante intente resolverlo, con posibilidad de participación activa a través de estudiantes voluntarios. Se propondrán problemas y/o casos
prácticos similares.
No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor. Se entregan en clase, en el despacho o se envían a través de correo electrónico.
0,42
Presencial: Manejo de instrumentación. Desarrollo de competencias en expresión oral y escrita con la presentación de informes de prácticas por los alumnos con apoyo del profesor
0,47 Clase de Prácticas. Sesiones de laboratorio y aula de informática
Las sesiones prácticas de laboratorio acercan el entorno de trabajo industrial al alumno y permiten enlazar contenidos teóricos y prácticos de forma directa. Mediante las sesiones de aula de informática se pretende que los alumnos adquieran habilidades básicas computacionales y manejen programas y herramientas de cálculo y simulación profesionales.
No presencial: Elaboración de los informes de prácticas en grupo y siguiendo criterios de calidad establecidos
0,47
Seminarios
Trabajo
en
pequeños
grupos
para
el
estudio intensivo de un tema
Presencial: Resolución de problemas o
profundización
de
un
tema,
explicación
a
los
compañeros. Discusión de dudas y puesta en común del trabajo realizado.
0,34
Visita técnica Visita a obras o instalaciones cuya actividad esté relacionada con los contenidos de la asignatura.
Presencial: Asistencia a la visita. 0,0
Presencial: Planteamiento de dudas en horario de tutorías.
Tutorías Resolución de dudas sobre teoría y ejercicios. No presencial: Planteamiento de dudas por
correo electrónico.
0,1
Exámenes Evaluación escrita (examen oficial). Presencial: Asistencia al examen oficial. 0,07
3,0
Nota:
Debido
a
las
particulares
condiciones
de
implantación
del
segundo
curso
del
Máster
Universitario
en
Ingeniería
de
Caminos, CC. y PP., esta distribución de actividades formativas se seguirá en la medida de lo posible, en particular algunas actividades presenciales no convencionales (visita, seminarios).
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7. Evaluación
7.1. Técnicas de evaluación
Instrumentos Realización / criterios Peso Competencias genéricas (4.2)
evaluadas
Resultados (4.4)
evaluados
Prueba escrita teoría
Preguntas tipo test de conceptos y definiciones. Evalúan, principalmente, conocimientos teóricos. Es necesario obtener un mínimo de 3 puntos sobre 10 en la prueba escrita para pasar a corregir la parte de los ejercicios de la misma.
30% CB10, G01,
G11, G18, T01, T16, OP08
1
Prueba escrita ejercicios
Dos ejercicios similares a los resueltos en clase y propuestos. Evalúan, principalmente, habilidades.
Es necesario
obtener
un
mínimo
de
3 puntos sobre 10 en cada uno de los dos problemas a realizar en la prueba escrita para poder aprobar la misma.
30 %
CB6, CB7, CB9, CB10, G01,
G02, G11, G18, T01,
T04,
T06,
T07, T16, OP08
1
Memoria de prácticas
Resolución en casa y entrega de memorias de prácticas informáticas. Evalúan habilidades y competencias.
30 %
CB6, CB7, CB10, G01,
G02, G06, G11, G18, T02, T03, T05, T07, T11, T17, T19, T20, T23, OP08
1
Asistencia voluntaria a clase
Se pasa lista cada día, obteniéndose al final del cuatrimestre un porcentaje de asistencia a clase.
10 % CB10,
G01,
G11, G18, T01, T16, OP08
1
Nota:Una nota inferior a 4,5 puntos en la prueba escrita supone el suspenso de la asignatura.
7.2. Mecanismos de control y seguimiento
El número de alumnos en clase es reducido, lo que permite realizar un seguimiento casi personalizado del aprendizaje.
Las pruebas que se realizan en clase, así como las tutorías individuales, permiten
detectar posibles
lagunas
formativas
y consolidar
los
conceptos
más
importantes
de
la
asignatura.
Las tutorías grupales provocan el planteamiento de cuestiones en clase que permiten comprobar el nivel que se va adquiriendo a lo largo del curso.
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8. Distribución de la carga de trabajo del alumnado
Debido a las particulares condiciones de implantación del 2º curso del Máster ICCP, la planificación de la c
forma experimental, durante el primer cuatrimestre del curso 2012‐2013, adaptándose la carga de trabajo
alumnado.
Para
ello,
se
tendrán
en
cuenta:
1º)
la
distribución
de
créditos
por
actividades
expuesta
en
el
pmecanismos de control y seguimiento expuestos en el punto 7.2 de esta guía.
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9. Recursos y bibliografía
9.1. Bibliografía básica
BATHE, K.J.Finite Element Procedures, 2nd ed., Prentice Hall, Upple Saddle River, NJ, 1996.
BELTZER, A.I. Variational and Finite Elements Methods: Symbolic Computation Approach. Springer‐Verlag, Berlín, 1990.
NAFEMS. A Finite Element Primer. NEL, Hamilton, UK, 2003. OÑATE, E. Cálculo de Estructuras por el Método de Elementos Finitos. Análisis Estático
Lineal. CIMNE, Barcelona, 1995. ZIENKIEWICZ, O.C. El Método de los Elementos Finitos. Volumen 1. Formulación Básica
y Problemas Lineales. CIMNE, Barcelona, 1994.
9.2. Bibliografía complementaria (por orden cronológico inverso)
HUEBNER, K.H., DEWHIRST, D.L., SMITH, D.E. and BYROM, T.G. The Finite Element Method
for
Engineers.
4ª
ed.,
John
Wiley
&
Sons,
New
York,
2001.
HOFSTETTER, G. and MANG, H.A. Computational Mechanics of Reinforced Concrete Structures. Vieweg, Weisbaden, 1995.
CRISFIELD, M.A. Non‐Linear Finite Element Analysis of Solids and StructuresVolume 1. Essentials. John Wiley & Sons, Chichester, UK, 1991.
9.3. Normativa
NORMATIVA DE ACCIONES: CTE. Código Técnico de la Edificación. Documentos Básicos SE “Seguridad Estructural”,
SE‐AE “Acciones en la edificación”, SE‐C “Cimientos”. Ministerio de Vivienda: BOE
28/03/2006 y modificaciones
23/10/07,
20/12/07,
25/01/09
y 23/04/09.
EC‐1. Eurocódigo 1. Norma UNE‐ENV 1991. Bases de proyecto y acciones en
estructuras. Partes 1, 2‐1 a 2‐6, 3 y 4. AENOR: Madrid, 1997 y 1998. NCSE‐02. Norma de construcción sismorresistente: parte general y edificación.
Ministerio de Fomento: Madrid, BOE 11/10/2002. IAP‐11. Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de
carretera. Ministerio de Fomento: Madrid, BOE 21/10/2011. IAPF‐07. Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de
ferrocarril . Ministerio de Fomento: Madrid, BOE 17/12/2007 y corrección de errores 01/11/2008.
NCSP‐07. Norma de construcción sismorresistente: puentes. Ministerio de Fomento: Madrid, BOE 02/06/2007.
NORMATIVA DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN: EHE‐08. Instrucción de hormigón estructural . Ministerio de Fomento, Madrid, 2009. EC‐2. Eurocódigo 2. Norma UNE‐ENV 1992. Proyecto de estructuras de hormigón. Partes 1‐1 a 1‐6, 2, 3 y 4. AENOR, Madrid, 2010.
NORMATIVA DE ESTRUCTURAS DE ACERO: EAE‐12. Instrucción de acero estructural . Ministerio de Fomento, Madrid, 2012. EC‐3. Eurocódigo 3. Norma UNE‐ENV 1993. Proyecto de estructuras de acero. Parte 1‐1.
AENOR, Madrid, 1996.
NORMATIVA DE ESTRUCTURAS MIXTAS:
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EC‐4. Eurocódigo 4. Norma UNE‐ENV 1994‐1‐1. Proyecto de estructuras mixtas de hormigón y acero. Parte 1‐1. AENOR, Madrid, 1995.
EC‐4. Eurocódigo 4. Proyecto AN/UNE‐ENV 1994‐2. Diseño de estructuras mixtas hormigón‐acero. Parte 2. Reglas generales y reglas para puentes Ministerio de Fomento, Madrid, 1995.
9.4. Recursos en red y otros recursos
http://www.nafems.org/
http://www.feadomain.com/
http://math.nist.gov/mcsd/savg/tutorial/ansys/FEM/
http://www.ansys.com/
http://www.comp‐engineering.com/
http://www.cimne.com/cdl1/ctrhome/2#
http://dankuchma.com/stm Strut‐and‐Tie Resource Web Site
http://carreteros.org Carreteros
www.soloarquitectura.com Web de Sólo Arquitectura
www.codigotecnico.org
Código Técnico
de
la
Edificación
www.aenor.es Asociación Española de Normalización y Certificación
www.structurae.de Base de datos e imágenes de estructuras y puentes
www.ciccp.es Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
www.upct.es/caminosyminas Escuela de Ing. de Caminos, CC. y PP. y de Ing. de Minas
www.upct.es/~ingcivil
Departamento de
Ingeniería
Civil
–
UPCT
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