El Método de los Elementos Finitos como Herramienta de Cálculo y Diseño en Ingeniería – Nivel Básico
Conoce los conceptos básicos del método de los elementos finitos y aplícalos en problemas estructurales u otros problemas de ingeniería.
El curso le permitirá al alumno conocer los conceptos básicos del método de los elementos finitos aplicado a problemas simples de transferencia de calor y de análisis estructural. La metodología del curso hará énfasis en el estudio de problemas aplicados, a través del uso de los respectivos programas, por lo que le brindará a los participantes la capacidad de articular la teoría con la práctica, sin dejar de lado la interpretación física y fenomenológica de los problemas planteados.
Este curso introductorio servirá como base sólida sobre la cual construir el estudio posterior de temáticas de mayor complejidad, en donde la profundidad de los análisis efectuados y el nivel de los problemas presentados tenderán a ser creciente y más cercana a la realidad.
El curso es profundo y directo, sin dejar de lado la practicidad y la agilidad requerida por los tiempos actuales. Se trata de una instancia de formación donde cada tema teórico encuentra su aplicación directa a muchos de los problemas que a diario deben resolver el técnico especializado y el ingeniero.
Objetivo general
Que los participantes logren sólidos conocimientos tanto teóricos como prácticos del método de los elementos finitos aplicados a problemas térmicos y de análisis estructural.
Objetivos específicos
Que los participantes:
Logren aplicar el método directo de la rigidez a problemas estructurales y comprendan sus fundamentos para aplicarlo eficazmente a sistemas discretos.
Entiendan los fundamentos del método de los elementos finitos en sistemas continuos de 1D, 2D y 3D. Las aplicaciones estarán centradas en el análisis de problemas térmicos y estructurales analizados de manera individual y acoplada.
Adquieran los criterios necesarios para lograr la correcta aplicación del método a diferentes problemas de ingeniería.
Destinatarios
Alumnos de las carreras de ingeniería, Ingenieros de todas las especialidades, técnicos especializados con experiencia en diseño, dimensionamiento y/o verificación de componentes estructurales, arquitectos y proyectistas.
Requisitos previos
En el caso de los técnicos y proyectistas se recomienda tener un conocimiento adecuado de las herramientas básicas de análisis matemático y de álgebra, como así también contar con sólidos conocimientos de física general y de programación a nivel básico.
Metodología de enseñanza-aprendizaje
Lectura crítica y estudio del material didáctico por parte de los alumnos. Resolución de problemas y ejercicios a mano y con ayuda de herramientas computacionales. Consultas e intercambios en los foros, dirigidos y coordinados por el profesor-tutor. Asistencia a clases virtuales. Resolución de ejercicios prácticos y evaluaciones sobre la base de análisis de situaciones presentes en contextos laborales y profesionales. Evaluaciones y cuestionarios de tipo multiple choice en casos específicos. Resolución de trabajos prácticos basados en la resolución de problemas utilizando programas propios y de uso libre.
Modalidad educativa
La modalidad es totalmente mediada por tecnologías a través del Campus Virtual FRBA. Las actividades que se realizarán serán:
Foros de discusión semanal propuestos por el docente (un foro por unidad).
Consulta al docente a través de e-mail o chat.
Dictado de clases en tiempo real mediante un Aula Virtual Sincrónica (AVS)
Material de lectura semanal y por unidad temática
Actividades individuales y/o grupales de aplicación práctica semanal y por unidad temática.
Evaluaciones por unidad temática sobre la base de trabajos prácticos de aplicación de los conocimientos adquiridos.
Se trata de una modalidad básicamente asincrónica con el complemento del AVS, que supera la instancia de autoestudio por la implementación de foros proactivos coordinados por el profesor-tutor y dictado de clases en tiempo real. Los foros cumplen cuatro funciones pedagógico-didácticas fundamentales: 1) Son el lugar para la presentación de las dudas, consultas y opiniones críticas de los alumnos; 2) Son el principal espacio para la generación de retroalimentación (feed back) entre profesores-tutores y alumnos y alumnos entre sí; 3) Es el lugar específico para la discusión, coordinada por el profesor-tutor, de todos los temas tratados en los módulos de la especialidad o curso y 4) Es el lugar para el aprendizaje entre pares de los alumnos. A su vez, el AVS permite complementar todas aquellas instancias pedagógico-didácticas que le señalan límites a la modalidad puramente asincrónica.
Modalidad de evaluación y acreditación
Resolución de problemas y ejercicios seleccionados por el profesor (ejercicios opcionales, de autoevaluación). Realización de trabajos prácticos guiados en los que se aplique la metodología con programas específicos.
Para acreditar el curso los participantes deberán aprobar las tres Evaluaciones Integradoras Finales correspondiente a cada uno de los tres Módulos.
Temario
Módulo I: Introducción a la Resolución de Sistemas Estructurales Discretos
Unidad 1: Generalidades
1.1. Sistemas discretos y sistemas continuos. Características y diferencias.
1.2. Descripción del MEF.
Unidad 2: Análisis matricial de estructuras discretas.
2.1. El método directo de la rigidez.
2.2. Elemento viga en 2D, matriz de rigidez.
2.3. Rotación y ensamblaje de matriz de rigidez y del vector de fuerzas.
2.4. Imposición de condiciones de contorno.
2.5. Reducción del sistema y obtención de los grados de libertad incógnitas del problema. Comparación con resultados analíticos obtenidos por teorías de la resistencia de materiales.
Unidad 3:Aplicación del método a través de herramientas informáticas.
3.1. Implementación del método en casos simples a través de un programa de cálculo simbólico (SMath).
3.2. Implementación del método por medio de la programación de subrutinas y algoritmos específicos en programas de cálculo numérico (Scilab). Desarrollo e implementación de los algoritmos. Resolución de problemas.
Unidad 4: Análisis y resolución de problemas estructurales con programas específicos.
4.1. Resolución de problemas de estructuras discretas por medio de programas profesionales y específicos.
4.2. Extensión a problemas en 3D.
4.3. Resolución de casos típicos y ejemplos.
Módulo II: Sistemas Estructurales Continuos en 1D (MEF)
Unidad 1: Análisis de sistemas continuos. Introducción al método de los elementos finitos.
2.1. Objetivos del método. Diferencias con el método de diferencias finitas.
2.2. Forma fuerte y forma débil de un problema de valores de contorno.
2.3. Tipos de discretización de las geometrías (métodos tipo p y tipo h)
Unidad 2: Aplicaciones a problemas 1D (Ec. de Poisson)
2.1. Problema de Poisson: obtención de la forma débil a partir de la ecuación diferencial del problema (forma fuerte). El método de los residuos ponderados.
2.2. Repaso de los diferentes problemas físicos descritos por la ecuación diferencial de Poisson.
2.2. Análisis detallado del problema de conducción de calor en sólidos. Condiciones de contorno de Dirichlet y Neumann.
2.3. Funciones de forma lineales y cuadráticas 1D. Análisis del error, comparación entre los diferentes tipos de discretización y la solución analítica del problema.
2.4. Proceso de ensamblaje de las matrices de rigidez y vectores elementales.
Unidad 3:Aplicaciones a problemas 1D (Vigas discretizadas)
3.1. Aplicación del método de los elementos finitos a problemas estructurales en 1D. Formas fuerte y débil de problema.
3.2. Discretización de la forma débil, funciones de forma y condiciones de contorno.
3.3. Análisis de barras y vigas a tracción y bajo flexión. Grado de integrabilidad de las funciones de forma.
3.4. Análisis de los resultados y del error para diferentes niveles de discretización.
Unidad 4:Temas avanzados sobre elementos finitos en 1D
4.1. Formulación isoparamétrica de la forma débil del problema.
4.2. Integración numérica mediante la cuadratura de Gauss.
4.3. Elementos de mayor orden (n nodos).
4.4. Análisis de estabilidad y convergencia del método. Tipos de error.
Módulo III: Sistemas Estructurales Continuos en 2D (MEF)
Unidad 1:El FEM en problemas 2D (Ec. de Poisson)
1.1. Obtención de la forma débil de problema a partir de la forma fuerte del problema. Aplicación del método de los residuos ponderados.
1.2. Aplicación al problema de conducción de calor en sólidos. Condiciones de contorno de Dirichlet y Neumann.
1.3. Funciones de forma lineal y cuadrática en elementos triangulares y cuadriláteros.
1.4. Formulación isoparamétrica e integración numérica mediante la cuadratura de Gauss.
Unidad 2:El FEM en problemas 2D (Elasticidad lineal)
2.1. Fundamentos de mecánica de medios continuos. Desplazamiento, deformación, tensión. Ley constitutiva del material elástico lineal.
2.2. Elasticidad en 2D. Obtención de la forma débil del problema, Principio de Trabajos Virtuales.
2.3. Formulación de problemas de tensión y de deformación plana. Ejemplos.
2.4. Formulación isoparamétrica e integración numérica mediante la cuadratura de Gauss.
Unidad 3:Análisis y resolución de problemas estructurales con programas específicos.
3.1. Formulación de problemas axisimétricos (sólidos de revolución). Ejemplos.
3.2. Formulación isoparamétrica e integración numérica mediante la cuadratura de Gauss.
3.3. Elementos de mayor orden: Lagrangeanos y Serendípitos.
Unidad 4: Análisis y resolución de problemas estructurales con programas específicos.
4.1. Resolución de problemas por medio de programas profesionales y específicos.
4.2. Estudio de problemas típicos.
4.3. Postproceso y análisis de los resultados obtenidos.
Duración
3 meses.
Carga horaria
120hs.
Certificación
A todos los participantes que hayan aprobado el curso cumpliendo con todos los requisitos establecidos, se les extenderá un certificado de la Secretaría de Cultura y Extensión Universitaria, FRBA, UTN. Aquellos que aun habiendo participado activamente en los foros y realizado las actividades prácticas no cumplimentaran los requisitos de evaluación, recibirán un certificado de participación en el curso.
Dirección y cuerpo docente
Docente: González Ferrari, Carlos Pedro
Antecedentes Académicos
-Ingeniero Mecánico – UADE – 2001
-Master en Métodos Numéricos – UPC – 2003 (Barcelona-España)
Doctorado en Ingeniería (Análisis Estructural) – UPC – 2007 (Barcelona-España)
Antecedentes docentes:
-Profesor Adjunto Interino de la materia Mecánica Racional en la Extensión Áulica Bariloche de la UTN-FRBA (2008-2012).
-Profesor Adjunto Interino de la materia Mecánica de Fluidos en la Extensión Áulica Bariloche de la UTN-FRBA (2008-actual).
-Profesor Adjunto Interino de la materia Cálculo por Elementos Finitos en la Extensión Áulica Bariloche de la UTN-FRBA (2011-actual).
Antecedentes laborales:
-Ingeniero analista de estructuras y componentes mecánico-nucleares, INVAP S.E – 2007-2012.
-Ingeniero de cálculo y de verificación de componentes mecánicos y nucleares en el proyecto CAREM, CNEA, 2012-actual.
Coordinador – profesor: Barreto Rodríguez, Juan Marcelo
Antecedentes académicos:
MBA – Master of Business Administration – Facultad Regional Buenos Aires, Escuela de Posgrado UTN: Castro Barros 91 (C1178AAA) C.A.B.A. Tel: (5411) 4983-8882. – 12/07/2011. – Promedio: 9 – Nota de tesis: Sobresaliente.
Carrera de Ingeniería en Materiales; Instituto Sábato (Comisión Nacional de Energía Atómica 2002 – 2006) (ESCOLARIDAD: 7.6) (Nota de trabajo final: 10)
CBC (Argentina: 2001 )
Tres años y medio de Ciencias Físicas – 18 materias aprobadas de 22 – (Universidad de la República: Ciencias Físicas -Uruguay- 1998-2000)
Dos años de Ingeniería Industrial (Universidad de la República: Ingeniería – Uruguay- 1995-1997)
Bachiller, orientación científica (Secundario: Nº 4 Juan Zorrilla de San Martín -Uruguay-1995).
Antecedentes docentes:
Docente de Professional Webmaster (Secretaría de cultura y Extensión Universitaria – Facultad Regional Buenos Aires – UTN frba (Actual)
Docente de Programación Web (Secretaría de cultura y Extensión Universitaria – Facultad Regional Buenos Aires – UTN frba (Actual)
Docente de Experto en PHP (Secretaría de cultura y Extensión Universitaria – Facultad Regional Buenos Aires – UTN frba (Actual)
Docente de Desarrollo de Videojuegos a distancia (Secretaría de cultura y Extensión Universitaria – Facultad Regional Buenos Aires – UTN frba (Actual)
Docente de Android (Secretaría de cultura y Extensión Universitaria – Facultad Regional Buenos Aires – UTN frba (Actual)
Expositor de seminario – Manufactura estratégica y Análisis de Fallas (Secretaría de cultura y Extensión Universitaria – Facultad Regional Buenos Aires – UTN frba.
Expositor en el 3er ELAEE (Tercer Encuentro Latinoamericano de Economía de la Energía) Tema: Impacto Económico en el Sector Energético y Evaluación de Riesgos de la Extensión de vida de la Central Nuclear Embalse. – 19/04/2011.
Antecedentes laborales:
De forma independiente
Diseño y programación de Sitios Web de manera Free Lance (Actual)
Asesor de Empresas o Pymes en: Visual Management – AMFE( FMEA – Failure Mode and Effect Analysis) – Optimización de procesos productivos.
En Instituciones o Empresas
Coordinador de cursos de Elementos Finitos – UTN frba (Desde el 20/12/2013 a la actualidad)
Project Manager– UTN frba (Desde el 19/08/2011 al 20/12/2013)
Project Manager – CONUAR-FAE (01/08/2006 al 14/07/2011)(Empresa productora entre otras cosas del combustible nuclear de las Centrales de Argentina)
Ingeniería de producto – Fundición San Cayetano (15/04/2006 – 31/07/2006)
Trabajo de tesis de la carrera de Ingeniería en Materiales (15/11/2005 – 15/05/2006) – Empresa CONUAR – FAE.
Beca de estudio con dedicación exclusiva sin posibilidad de trabajar – Carrera de grado (2002 – 2006)
Dictado de clases particulares (1999 – 2002)
Evaluación
Se requiere la participación en los foros y la aprobación de las actividades de aplicación de los conocimientos de cada uno de los módulos.
Inscripción y consultas en:http://www.sceu.frba.utn.edu.ar/e-learning/cursos-a-distancia/Arquitectura-y-Construccion/El-Metodo-de-los-Elementos-Finitos-como-Herramienta-de-Calculo-y-Dise%C3%B1o-en-Ingenieria-%E2%80%93-Nivel-Basico/temario.html
