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UANL - FIME Mecánica de Estructuras Aeroespaciales
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IT-8-ACM-02-R03
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VIGENTE A PARTIR DEL: 13 de Enero del 2017
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PROGRAMA ANALÍTICO
Nombre de la unidad de aprendizaje: Mecánica de Estructuras Aeroespaciales Frecuencia semanal: 3 hrs. Horas presenciales: 42 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 0 hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: (X) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( ) Formación básica profesional (X) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 4 créditos incluyendo el laboratorio Fecha de elaboración: 25/10/2016 Fecha de la última actualización: 25/10/2016 Responsables del diseño: Dr. Pedro López Cruz M.C. José de Jesús Villalobos Luna M.C. Pablo Ernesto Tapia González
Dr. Diego Ledezma Presentación: En esta unidad de aprendizaje se divide en cinco fases, en la primera fase el estudiante se familiarizará con los elementos estructurales de las aeronaves, en la segunda fase desarrollará habilidades para relacionar esfuerzos y deformaciones para el análisis de estructuras, en la tercer fase el estudiante desarrollará la destreza para analizar estructuras de pared delgada utilizadas en aeronaves , en la cuarta fase el estudiante será capaz de determinar la estabilidad de estructuras y en la quinta fase desarrollará habilidades para determinar la resistencia de uniones estructurales. .
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Propósito: En esta unidad de aprendizaje estudiante desarrollara la habilidad para aplicar las bases teóricas para el análisis estructural de compontes
de pared delgada, los cuales tienen amplia aplicación en estructuras aeroespaciales, utilizando teoría de elasticidad y análisis de esfuerzos. Competencias del perfil de egreso:
a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales:
Competencias instrumentales:
✓ Aplicar estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de
decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional.
✓ Utilizar los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender,
interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.
✓ Emplear pensamiento lógico, crítico, creativo y propositivo para analizar fenómenos naturales y sociales que le permitan tomar
decisiones pertinentes en su ámbito de influencia con responsabilidad social.
✓ Utilizar un segundo idioma, preferentemente el inglés, con claridad y corrección para comunicarse en contextos cotidianos,
académicos, profesionales y científicos.
Competencias personales y de interacción social: ✓ Practicar los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los
demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible.
Competencias integradoras:
✓ Construir propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.
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b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye esta Unidad de Aprendizaje:
Analizar las partes de un dispositivo, equipo, sistema o proceso, estableciendo las relaciones que guardan entre sí, que le permita documentar la información obtenida en forma estructurada, ordenada y coherente, incluyendo conclusiones propias. Generar modelos en lenguaje matemático que describan el comportamiento de un sistema, fenómeno o proceso, mediante el planteamiento de hipótesis, que le permita validarlos por métodos analíticos o herramientas computacionales. Resolver problemas de ingeniería seleccionando la metodología apropiada, aplicando modelos establecidos, basados en las ciencias básicas, verificando los resultados obtenidos con un método analítico o con el apoyo de una herramienta tecnológica, de forma que la solución sea pertinente y viable, cumpliendo con estándares de calidad y políticas de seguridad. Innovar en el diseño de componentes y sistemas de aeronaves utilizando conocimientos de Ingeniería, aplicando las normativas, trabajando en grupos multidisciplinarios con alto sentido de la responsabilidad y conciencia de los valores humanos a través del desarrollo de tecnología y productos seguros, ecológicos y económicamente sustentables que permitan incrementar la ventaja competitiva de la industria aeroespacial nacional en el mercado global. Administrar las partes que conforman el sistema de transporte aéreo a través de la vigilancia y aplicación de los tratados, acuerdos, y convenios internacionales, así como leyes, reglamentos y normas establecidas por la Dirección General de Aeronáutica Civil Mexicana, a fin de lograr un transporte aéreo seguro, eficiente y competitivo que satisfaga las necesidades de la sociedad.
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Representación gráfica
Competencias de la Unidad de
Aprendizaje
Instrumentales
Personales y de Interacción
Social
Integradoras
Conocer los elementos estructurales en aeronaves y las cargas a las que están sometidas.
Aplicar estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional.
Utilizar los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.
Emplear pensamiento lógico, crítico, creativo y propositivo para analizar fenómenos naturales y sociales que le permitan tomar decisiones pertinentes en su ámbito de influencia con responsabilidad social.
Utilizar un segundo idioma, preferentemente el inglés, con claridad y corrección para comunicarse en contextos cotidianos, académicos, profesionales y científicos.profesional.
Practicar los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible.
Construir propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.
Aplica las bases teóricas para el análisis estructural de compontes de pared delgada en estructuras aeroespaciales
Determinar la relación entre esfuerzos y deformaciones usando teoría de elasticidad.
Analizar esfuerzo y deformación en elementos de pared delgada sometidos a cargas de flexión y torsión
Conocer, seleccionar y analizar diferentes tipos técnicas de unión de elementos estructurales
Aplicar los métodos de análisis de estabilidad en vigas y placas
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Unidad temática 1: Introducción Competencias particulares:
Conocer los componentes que tienen las estructuras aeroespaciales y las cargas a las que están sometidas
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Identificar en forma general los componentes que tienen las estructuras aeroespaciales y las Determinar las cargas a las que están sometidas las aeronaves mediante el uso de diagramas V-n para para una operación segura.
Mapa conceptual de estructuras de las aeronaves y su función. Elaboración de un diagrama de cargas V-n para una aeronave.
Reporte:
• Presentación
• Portada
• Información
• Diagrama
• Fecha de entrega Reporte:
• Presentación
• Portada
• Procedimiento de análisis
• Cálculos
• Análisis de la Información
• Fecha de entrega
Se presentarán los componentes estructurales de las aeronaves de acuerdo a la función que realizan. Se realizará un breve resumen sobre los métodos analíticos y computacionales empleados para el análisis de estructuras. Se elaborará un diagrama v-n.
• Componentes estructurales de las aeronaves
• Tipos de cargas en estructuras
• Cargas en las aeronaves
• Métodos de análisis
• Tendencias actuales y futuras en diseño estructural de aeronaves
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Unidad temática 2: Teoría de elasticidad Competencias particulares: Conocer los conceptos básicos de elasticidad en sólidos y su aplicación en el análisis de esfuerzos y deformaciones en estructuras
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos
Determinar la
relación entre
esfuerzos y
deformaciones
mediante la
aplicación de la
teoría de elasticidad
para el análisis de
estructuras simples.
Ejercicios de cálculo de
esfuerzos y
deformación mediante
la aplicación del círculo
de Mhor.
Caso de análisis.
Relacionar las
mediciones
experimentales de
deformación para e
inferir los esfuerzos
aplicados en
estructuras.
Reporte:
• Presentación
• Portada
• Procedimiento de análisis
• Cálculos
• Análisis de la Información
• Fecha de entrega Reporte:
• Presentación
• Portada
• Procedimiento de análisis
• Cálculos
• Análisis de la Información
• Fecha de entrega
Se define el concepto de
tensor de esfuerzos y
deformación para un punto.
Se presenta la relación entre
esfuerzos y deformaciones
para estados de esfuerzos en
dos y tres dimensiones.
Se demuestra la relación entre
esfuerzos normales y
cortantes, y deformaciones
normales y cortantes
mediante la aplicación del
círculo de Mhor.
• Concepto de estado de esfuerzos en un punto
• Tensor de esfuerzos
• Esfuerzo normal y esfuerzo cortante
• Esfuerzo plano y deformación Plana
• Esfuerzos principales y círculo de Mhor
• Deformación
• Deformaciones principales y círculo de Mhor de deformación
• Relaciones esfuerzo-deformación
• Medición experimental de deformación
Hojas
Retroproyector
Computadora
Software de
CAD 2D
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Unidad temática 3: Análisis estructural de elementos de pared delgada Competencia particular: Aplicar los métodos para el análisis de esfuerzo y deformación en elementos de pared delgada sometidos a cargas de flexión y torsión
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño Actividades de
aprendizaje Contenidos Recursos
Determinar la
relación entre
esfuerzos y cargas
aplicadas mediante
la aplicación de las
teorías de análisis de
secciones de pared
delgada, para
analizar estructuras
de aeronaves.
Ejercicios:
Determinación de
distribución de
esfuerzos en vigas.
Ejercicios:
Determinación de flujo
cortante en secciones
cerradas y abiertas.
Reporte:
• Presentación
• Portada
• Procedimiento de análisis
• Cálculos
• Graficas de distribución de esfuerzos
• Análisis de la Información
• Fecha de entrega
Se presenta el
procedimiento para
determinar la
distribución de esfuerzos
en secciones de pared
delgada.
• Centroides
• Inercias y productos de Inercia
• Secciones de pared delgada
• Calculo de Momentos flexionantes
• Esfuerzo en vigas de sección simétrica
• Esfuerzo en vigas de sección asimétrica
• Deflexión en vigas
• Torsión en elementos de sección cerrada y abierta
• Esfuerzo en placas
Hojas
Retroproyector
Computadora
Lecturas
Software de CAD 2D
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Unidad temática 4: Estabilidad estructural Competencia particular: Aplicar los métodos de análisis de estabilidad en vigas y placas
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño Actividades de
aprendizaje Contenidos Recursos
Determinar la
estabilidad de
estructuras
mediante la teoría
de pandeo elástico
para secciones de
pared delgada, para
identificar y calcular
las cargas críticas y
modos de pandeo.
Ejercicios: Determinación
cargas críticas en vigas y
placas con diferentes
condiciones de apoyo.
Reporte:
• Presentación
• Portada
• Procedimiento de análisis
• Cálculos
• Análisis de la Información
• Fecha de entrega
Se presenta el
procedimiento para
determinar las cargas
críticas y modos de
pandeo en vigas y
placas.
• Teoría de Euler para columnas
• Longitud efectiva
• Carga crítica
• Esfuerzo
• Vigas con carga excéntrica
• Pandeo en Placas
Hojas
Retroproyector
Computadora
Lecturas
Videos
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Unidad temática 5: Elementos de unión estructural Competencia particular: Conocer, seleccionar y analizar diferentes tipos técnicas de unión de elementos estructurales
Elementos de Competencia
Evidencias de aprendizaje
Criterios de desempeño
Actividades de aprendizaje
Contenidos Recursos
Calcular los
esfuerzos y
deformaciones en
uniones mediante la
aplicación de teorías
de falla para
determinar su
integridad
estructural.
Investigación: Tipos
de uniones aplicadas
en estructuras de
aeronaves
Programa se
software:
Utilizar Matlab o
algún otro software
para calcular la
distribución de
esfuerzos en uniones
adhesivas utilizando
la teoría de Goland
and Reissner y la
teoría Wolkersen.
Reporte:
• Presentación
• Portada
• Análisis de la Información
• Fecha de entrega
Software:
• Código
• Gráficas de esfuerzos
• Calidad de los resultados
Se presentan los diversos
tipos de uniones
estructurales en aeronaves,
tendencias actuales y
futuras.
Se explican las
características
estructurales de los
elementos de unión.
Se explican las diversas
teorías para determinar los
esfuerzos e integridad de
las uniones.
• Uniones con pernos y remaches o Modos de falla en
uniones con pernos
o Cálculo de esfuerzos en uniones con pernos
• Uniones adhesivas o Tipos de adhesivos o Propiedades
mecánicas de los adhesivos
o Tipos de uniones o Análisis de
esfuerzo cortante en la unión
Hojas
Retroproyector
Computadora
Lecturas
Software Matlab
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Evaluación integral de procesos y productos Evidencia Ponderación Examen de medio término 25 % Examen ordinario 25 % Reporte Diagrama Vn 5 % Ejercicios esfuerzo-deformación 10 % Ejercicios distribución de esfuerzos en vigas 10 % Ejercicios esfuerzo y flujo cortante 10 % Ejercicios estabilidad estructural 5 % Reporte: Software para cálculo de uniones estructurales 10 % Total 100%
Producto integrador del aprendizaje de la unidad de aprendizaje:
Al finalizar esta unidad de aprendizaje el estudiante entregará un portafolio el cual contendrá las evidencias de cada una de sus actividades. Fuentes de apoyo y consulta: Libro: Aircraft Structures for Engineering Students
Autor: T.H.G. Megson Editorial: Elsevier, 2013. ISBN: 978-0-08-096905-3 Libro: Analysis and Design of Flight Vehicle Structures
Autor: Bruhn, E. F. Editorial: S.R. Jacobs, 1973. ISBN-13: 978-0961523404 Libro: Aircraft Structures
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Autor: David J. Peery Editorial: Dover Publications, Inc., 2011. ISBN-13: 978-048648580-5 Libro: Airframe Structural Design Autor: M.C.Y. Niu
Editorial: HONG KONG CONMILIT PRESS LTD., 2011. ISBN: 978-962-7218 -09- Perfil del docente:
El profesor deberá tener grado mínimo de Ingeniería preferentemente Maestría y/o Doctorado con bases firmes en áreas de mecánica aplicada, siendo honesto, responsable y con una ética profesional comprobable Ficha bibliográfica del profesor: Dr. Pedro López Cruz
El Dr. Pedro López Cruz es Ingeniero Mecánico Electricista por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Maestro en Ciencias de la Ingeniería con especialidad en Materiales por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Doctor en Ingeniería Aeroespacial por la Universidad de Carleton, Canadá. Su proyecto de Doctorado fue parte del proyecto CRIAQ COMP 506. “Design and Analysis of Hybrid (Bonded and Bolted) Joints for Aerospace Structures”. Proyecto de desarrollo tecnológico financiado por el Gobierno de Quebec y Bombardier Canadá. Durante su proyecto de Doctorado fue trabajador visitante en National Research Council de Canadá, División Aeroespacial. El Dr. López cuenta con más de 15 años de experiencia en proyectos de ingeniería, diseño mecánico y vibraciones mecánicas. Especialista en análisis estructural y uniones estructurales con materiales compuestos. M.C. José de Jesús Villalobos Luna
El M.C. José de Jesús Villalobos Luna es Ingeniero Mecánico Electricista por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Diseño por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Estudios de Doctorado 2008-2011. PTC de la FIME UANL. Experiencia en proyectos de investigación, desarrollo y vinculación con empresas nacionales. Experiencia y conocimientos en las áreas de mecanismos de disipación de energía interna de los materiales y sus mecanismos de fractura, amortiguamiento interno de materiales, vibraciones mecánicas y diseño mecánico. M.C. Pablo Ernesto Tapia González
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M.C. Pablo Ernesto Tapia González. Ingeniero mecánico electricista, egresado de la Universidad Autónoma de Nuevo León, maestría en ciencias de la manufactura con especialidad en diseño de producto, por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Se desempeña como profesor en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León en el área de diseño mecánico. Actualmente cursa el doctorado en ciencias de la ingeniería aeronáutica, en el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica, de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Se ha involucrado en proyectos de diseño mecánico, acústica y vibraciones mecánicas Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez. Ingeniero mecánico electricista por la Universidad Autónoma de Nuevo León, doctorado en vibraciones mecánicas por el Institute of Sound and Vibration Research, University of Southampton. Sus intereses científicos son control y aislamiento de vibraciones mecánicas, análisis modal de estructuras aerospaciales y automotrices. Ha participado en diversos trabajos de consultoría en el área de control de vibraciones y ruido en colaboración con industria local y foránea. Ha publicado en revistas indexadas y arbitradas, y presentado en congresos internacionales. Cuenta con reconocimiento de profesor con perfil deseable PROMEP, y SNI nivel1. Actualmente es profesor investigador en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, donde imparte cursos a nivel licenciatura y posgrado, realiza actividades de investigación y vinculación.
JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO Dr. Luis Antonio Amézquita Brooks Dr. Luis Arturo Reyes Osorio
COORDINACIÓN GENERAL SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA ACADEMICA DE AERONÁUTICA Dr. Arnulfo Treviño Cubero Dr. Ulises Matías García Pérez