Aplicacion Elementos Finitos en Ingenieria Estructural

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 [email protected]

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

http://www.nafems.org/http://www.nafems.org/http://www.feadomain.com/http://www.feadomain.com/http://math.nist.gov/mcsd/savg/tutorial/ansys/FEM/http://math.nist.gov/mcsd/savg/tutorial/ansys/FEM/http://www.ansys.com/http://www.ansys.com/http://www.comp-engineering.com/http://www.comp-engineering.com/http://www.comp-engineering.com/http://www.comp-engineering.com/http://www.cimne.com/cdl1/ctrhome/2http://www.cimne.com/cdl1/ctrhome/2http://dankuchma.com/stm/http://carreteros.org/http://www.soloarquitectura.com/http://www.codigotecnico.org/http://www.aenor.es/http://www.structurae.de/http://www.ciccp.es/http://www.upct.es/caminosyminashttp://www.upct.es/~ingcivilhttp://www.upct.es/~ingcivilhttp://www.upct.es/caminosyminashttp://www.ciccp.es/http://www.structurae.de/http://www.aenor.es/http://www.codigotecnico.org/http://www.soloarquitectura.com/http://carreteros.org/http://dankuchma.com/stm/http://www.cimne.com/cdl1/ctrhome/2http://www.comp-engineering.com/http://www.ansys.com/http://math.nist.gov/mcsd/savg/tutorial/ansys/FEM/http://www.feadomain.com/http://www.nafems.org/

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