Guía Docente 2015/2016

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Guía Docente 2015/2016

MODELOS DE APLICACIÓN INFORMÁTICA EN

ESTRUCTURAS

Computational Structural Engineering

Master en INGENIERÍA DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

Modalidad de enseñanza Presencial

MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS

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ÍNDICE

MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS ... 3

Breve descripción de la asignatura ... 4

Brief Description ... 4

Requisitos Previos ... 4

Objetivos ... 4

Competencias y resultados de aprendizaje ... 5

Metodología ... 7

Metodologías docentes ... 8

Temario ... 9

Relación con otras asignaturas del Plan de Estudios ... 10

Sistema de evaluación ... 11

Bibliografía y fuentes de referencia ... 12

Web relacionadas ... 12

Material didáctico necesario ... 13

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MODELOS APLICACIÓN INFORMÁTICA EN ESTRUCTURAS

MÓDULO: (I) AMPLIACIÓN DE FORMACIÓN CIENTÍFICA

MATERIA: MODELOS APLICADOS EN LA INGENIERÍA

CARÁCTER: Obligatoria.

Nº DE CRÉDITOS: 4,5 ECTS

UNIDAD TEMPORAL: SEGUNDO Curso PRIMER Cuatrimestre.

PROFESOR/A ASIGNATURA: D. Alejandro M. Hernández Díaz [email protected]

D. Javier F. Jiménez Alonso [email protected]

HORARIO ATENCIÓN ALUMNOS/AS: Martes y Jueves 12,00 a 13,00 horas

COORDINADORES Materia D. Alejandro M. Hernández Díaz

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Breve descripción de la asignatura

Las modernas técnicas de análisis numérico y el espectacular desarrollo de la tecnología computacional de las últimas décadas nos proporcionan potentes herramientas para resolver las ecuaciones diferenciales que gobiernan el comportamiento de los medios continuos en el marco de la denominada Ingeniería Asistida por Ordenador (Computer-Aided Engineering, CAE). El Método de los Elementos Finitos ocupa un lugar destacado entre dichas técnicas; en esta asignatura se profundiza en algunos aspectos de la aplicación de este método a problemas de Ingeniería Civil, con el objetivo de que el alumno comprenda el funcionamiento y sea capaz de seleccionar y analizar críticamente las potencialidades del software basado en el MEF, con el que muy posiblemente tendrá que trabajar durante su vida profesional.

Brief Description

The present methods for numerical analysis and the great advances that have taken place in the framework of the computational technologies during the last decades provide us with powerful tools to solve the complex differential equations that govern the behaviour of the continuum media within the so-called Computer-Aided Engineering (CAE). The Finite Element Method has become one of the most widely used techniques in this sense; in this course some aspects of the application of this method to Civil Engineering problems are explored with the objective that the students understand and are able to detect the capabilities of the software based on FEM, which they will use probably during their professional careers.

Requisitos Previos

No se establecen requisitos previos.

Objetivos

 El objetivo fundamental de la asignatura es proporcionar al alumno el criterio necesario para elegir, entre las diversas posibilidades que ofrece cualquier software de simulación numérica por Elementos Finitos, la opción más adecuada al problema que debe resolver. Dicho objetivo se concreta en los siguientes aspectos:

o Formulación general del método subyacente (partiendo de un planteamiento general del problema, lo que sirve de punto de partida para introducir las principales bases e ideas del método).

o Comprensión de la utilidad del método para la resolución de problemas específicos en el marco de la mecánica de medios continuos y el cálculo de estructuras.

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Competencias y resultados de aprendizaje

Competencias Generales del Título en el Marco Común Europeo de Referencia para las Lenguas

 (MCER5) Comprender los puntos principales de textos claros y en lengua estándar si tratan sobre

cuestiones que le son conocidas; ya sea en situaciones de trabajo, de estudio o de ocio.

 (MCER7) Producir textos sencillos y coherentes sobre temas que le son familiares o en los que tiene un interés personal.

 (MCER8) Describir experiencias, acontecimientos, deseos y aspiraciones, así como justificar brevemente sus opiniones o explicar sus planes.

Competencias Generales del Título en el Marco Español de Calificaciones para Educación Superior

 (MECES1) 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.

 (MECES2) Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos o juicios.

 (MECES3) 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.

 (MECES4) 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.

 (MECES5) 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.

Competencias transversales

 Instrumentales

o (T1) Capacidad de análisis y síntesis.

o (T2) Capacidad de organización y planificación. o (T3) Comunicación oral y escrita en la lengua nativa. o (T4) Conocimiento de una lengua extranjera.

o (T5) Conocimiento de informática relativo al ámbito de estudio. o (T6) Capacidad de gestión de la información.

o (T7) Resolución de problemas.  Personales

o (T14) Razonamiento crítico. o (T15) Compromiso ético.

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6  Sistémicas

o (T16) Aprendizaje autónomo.

o (T17) Adaptación a nuevas situaciones. o (T18) Creatividad e innovación.

o (T19) Liderazgo.

o (T23) Capacidad de reflexión.

 Competencias generales de la Universidad (UCAM)

o (UCAM1) Considerar los principios del humanismo cristiano como valores esenciales en el desarrollo de la práctica profesional.

o (UCAM2) Ser capaz de proyectar los conocimientos, habilidades y destrezas adquiridos para promover una sociedad basada en los valores de la libertad, la justicia, la igualdad y el pluralismo.

Competencias específicas

 (FC1) Capacidad para abordar y resolver problemas matemáticos avanzados de Ingeniería, desde el planteamiento del problema hasta el desarrollo de la formulación y su implementación en un programa de ordenador. En particular, capacidad para formular, programar y aplicar modelos analíticos y numéricos avanzados de cálculo, proyecto, planificación y gestión, así como capacidad para la interpretación de los resultados obtenidos, en el contexto de la ingeniería civil.

Resultados del aprendizaje

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Metodología

Metodología Horas Horas de trabajo

presencial Horas de trabajo no presencial Clases en el aula 22,50 45 horas (40 %) Tutorías 9 Prácticas 9 Evaluación en el aula 4,5 Estudio personal 33,75 67,50 horas (60 %) Lecturas y Búsqueda de Información 6,75

Resolución de Ejercicios y Trabajos Prácticos 5 Realización de Trabajos 5 Preparación de Presentaciones Orales y Debates 6,75

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Metodologías docentes

Actividades presenciales:

 Clases teórico – prácticas:

Las clases teóricas serán sesiones que se utilizarán para explicar los contenidos del programa de la materia y guiar al alumno a través del material teórico, utilizando los aspectos especialmente relevantes y las relaciones entre los diferentes contenidos.

Las actividades prácticas, se podrán desarrollar tanto en el aula como en el Laboratorio de Ingeniería Civil, en las Aulas de Informática o, eventualmente, en cualquier empresa con que la Universidad Católica tiene desarrollados convenios a tal efecto

 Tutorías académicas:

Se realizarán tutorías, individualizadas y en grupos reducidos, con el objetivo de aclarar dudas y problemas planteados en el proceso de aprendizaje, dirigir trabajos, revisar y discutir los temas presentados en clase, afianzar conocimientos y comprobar la evolución en el aprendizaje de los alumnos.

 Evaluación:

Se realizarán todas las actividades necesarias para evaluar a los alumnos en clase a partir de los resultados de aprendizaje en que se concretan las competencias adquiridas por el alumno en la materia.

Actividades no presenciales:

 Estudio personal:

Teórico y práctico, del alumno, con el fin de asimilar los materiales y temas presentados en las clases, preparando posibles dudas a resolver en las tutorías, así como cualquier materia objeto de examen.  Lecturas recomendadas y búsqueda de información:

Lectura y síntesis de las lecturas recomendadas por los profesores y de aquellas que el alumno pueda buscar por su cuenta. Este proceso resultará vital para una correcta preparación de los ejercicios, casos y trabajos propuestos en clase, y para que el alumno acceda a fuentes de información relevante en el mundo de la Ingeniería Civil.

 Resolución de Ejercicios y Casos Prácticos:

Resolución de ejercicios y casos prácticos propuestos, tanto individualmente como en grupo.  Realización de Trabajos:

Realización de Trabajos prácticos y teóricos propuestos, tanto individualmente como en grupo.  Preparación de Presentaciones Orales y Debates:

Preparación de presentaciones orales y debates a realizar en el aula, tanto individualmente como en grupo, sobre diferentes formas de cómo abordar un problema de Ingeniería Civil.

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Temario

Programa de la enseñanza teórica

 Tema 1. Fundamentos del Método de los Elementos Finitos. Breve repaso de los fundamentos del

método de los Elementos Finitos. Método de los residuos ponderados. Formulación débil. Aplicación a problemas de campo en ingeniería civil. Transmisión de calor. El método de los elementos finitos aplicado al análisis estructural. Método de los desplazamientos.

 Tema 2. Elementos unidimensionales. Barra articulada. Flexión de vigas. Estructuras reticuladas.

 Tema 3. Elasticidad bidimensional y tridimensional. Funciones de interpolación. Elemento

triangular. Elemento rectangular. Elementos tetraédricos. Elementos hexaédricos. Sólidos de revolución. Estimación del error en el MEF.

 Tema 4. Placas y láminas. Flexión de placas y láminas. Teorías de Kirchhoff y de Reinssner-Mindlin.

Elementos transformados e integración numérica. Láminas.

 Tema 5. Introducción al análisis dinámico por elementos finitos. Equilibrio dinámico. Matrices de

inercia. Amortiguamiento. Ecuaciones de movimiento.

 Tema 6. Introducción al análisis no lineal por elementos finitos. Bases de la programación de

modelos no-lineales. Introducción al cálculo no-lineal geométrico. Introducción al cálculo plástico.

Programa de la enseñanza práctica

 PRÁCTICAS 01.- Resolución de ecuación de Poisson (flujo calórico estacionario) mediante MEF.

 PRÁCTICAS 02.- Análisis de estructura celosía-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 03.- Análisis de estructura tipo viga-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 04.- Análisis de estructura tipo pórtico-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 05.- Análisis de estructura tipo placa-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 06.- Análisis de estructura en tensión plana-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 07.- Análisis de estructura en deformación plana-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 08.- Análisis de estructura con simetría axial-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 09.- Análisis de estructura volumétrica-carga estática mediante MEF.

 PRÁCTICAS 10.- Análisis de estructura tipo celosía-carga dinámica axial mediante MEF.

 PRÁCTICAS 11.- Análisis de estructura tipo pórtico-carga dinámica axial mediante MEF.

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10  PRÁCTICAS 13.- Análisis de estructuras con cables mediante MEF.

 PRÁCTICAS 14.- Análisis de estructuras con nacimiento y muerte de elementos (MEF).

 PRÁCTICAS 15.- Control dinámico de estructuras (MEF).

Relación con otras asignaturas del Plan de Estudios

 ANÁLISIS MATRICIAL DE ESTRUCTURAS.

 TIPOLOGÍA DE ESTRUCTURAS

 CÁLCULO AVANZADO DE ESTRUCTURAS  PUENTES

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Sistema de evaluación

Convocatoria Ordinaria

El sistema de evaluación estará conformado por los siguientes hitos:

 Primera Prueba Parcial (40%): Prueba escrita consistente en resolución de una parte teórica (test y

alguna pregunta de desarrollo de mediana extensión) y una parte práctica (problemas a resolver). Se realizará aproximadamente a mitad del cuatrimestre.

o Se valorará:

 Claridad de conceptos y capacidad de razonamiento demostrados.  Metodología seguida.

 Resolución correcta de los ejercicios prácticos.

o Prueba compensatoria bajo la condición de superar la nota de corte, establecida en cuatro (4) puntos sobre diez (10).

 Segunda Prueba Parcial (40%): Con los mismos criterios que la primera prueba parcial, cubrirá la

segunda mitad de la asignatura y se realizará al final del cuatrimestre.

 Trabajos y Prácticas (20%): Forman parte de este item las tareas asignadas a los alumnos para su

entrega en fecha. o Se valorará:

 Claridad de conceptos y capacidad de razonamiento demostrados.  Metodología seguida.

 Resolución correcta de los ejercicios prácticos planteados.

o Condición de superar la nota de corte, establecida en cuatro (4) puntos sobre diez (10). Para poder superar la asignatura será necesario obtener, al menos, una nota de cuatro (4) puntos en cada uno de los ítems anteriores y un cinco (5) en la media ponderada de la totalidad de las calificaciones.

Se efectuará una prueba Final, posterior a los dos parciales, a aquellos alumnos que no hayan superado alguno de los criterios comentados anteriormente, extendiéndose dicha evaluación a aquellos que, voluntariamente, tengan aspiraciones a mejorar nota.

En el apartado de “Trabajos y Prácticas”, la no superación se habrá de solventar con la superación de una prueba práctica presencial.

Convocatoria de Septiembre:

Se evaluará, de forma análoga a la descrita para la Convocatoria Ordinaria, con una prueba en que el alumno será evaluado de los ítems que no hubiera superado en el régimen de Convocatoria Ordinaria.

En todos los casos:

Para la superación de las pruebas de exigirá adecuada expresión y redacción, así como corrección ortográfica.

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Bibliografía y fuentes de referencia

Bibliografía básica

 Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L. (1994) El método de los Elementos Finitos. Volumen 1: las Bases, CIMNE, Barcelona.

 Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L. (1994) El método de los Elementos Finitos. Volumen 2: Mecánica de sólidos, CIMNE, Barcelona.

Bibliografía complementaria

 Oñate Ibáñez, E. (1991) Cálculo de estructuras por el método de los elementos finitos: análisis estático lineal, CIMNE, Barcelona.

 Ariza Moreno, P., Sáez Pérez, A. (2004) Método de los elementos finitos: introducción a ANSYS, Universidad de Sevilla

Web relacionadas

 http://www.cimne.com/  http://www.mecanica.upm.es/  Campus Virtual de la asignatura

 Se aconseja el uso de los textos disponibles en Ingebook a través de la página web de la biblioteca virtual de UCAM.

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Recomendaciones para el estudio y la Docencia

Para un adecuado aprovechamiento de la asignatura se recomienda:

 Participar en las clases de forma activa.

 Estudiar la asignatura diariamente, realizando los ejercicios propuestos y llevando un horario de estudio regular desde el inicio de curso.

 Utilizar el Campus Virtual.

 Orientar el estudio al razonamiento argumentado de los contenidos de la asignatura.  Consultar la Bibliografía.

 Acudir a Tutorías individuales, sin esperar a la proximidad de los exámenes

Asimismo, tanto

para un mejor aprovechamiento académico como para fomentar los valores de

respeto y excelencia acordes con el espíritu universitario y con el ideario de UCAM, para las clases se exigirá:

 Asistencia (según Normativa interna de la Universidad).  Puntualidad.

 Prescindir del uso de teléfonos móviles.

 Vestir con el decoro acorde al entorno académico (no se admite acudir en ropa de deporte o de playa…)

Las excepciones que sean pertinentes en cada caso, respecto a los puntos anteriores, serán reguladas por el profesor de la asignatura y su Coordinador de Materia; siempre dentro del marco normativo establecido por la Universidad.

Material didáctico necesario

En las convocatorias de exámenes de la asignatura (que se publicarán tanto en el campus virtual como en el tablón de anuncios del departamento de ingeniería civil) el profesor/es responsable/s de la asignatura indicarán el tipo de material necesario y permitido.

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Tutorías

Las tutorías tienen el fin de consolidar los conocimientos, habilidades y destrezas impartidos en las clases de la asignatura, a la vez que ayudarán en la resolución de cuestiones y dudas planteadas por los alumnos. Las horas dedicadas a tutorías se dedicarán también a la realización, seguimiento y valoración de trabajos que faciliten la comprensión de la metodología y sistemas de evaluación de la misma.

Sesiones de Tutoría en Grupo

Las sesiones de tutoría grupales se dedicarán a actividades que potencien el aprendizaje de los contenidos y procedimientos propios de la asignatura.

Los objetivos formativos planteados para la tutoría son:

 Ayudar al alumno a asimilar la metodología para la resolución de problemas.  Orientar la realización de las prácticas y trabajos.

 Proporcionar perspectivas sobre la aplicación de los contenidos de la asignatura.  Resolver dudas sobre los contenidos y ejercicios de la asignatura.

Para cubrir estos objetivos se planificarán las siguientes actividades formativas:  Sesiones sobre la metodología para la resolución de problemas.

 Seminarios complementarios relacionados con la asignatura.

 Sesiones de refuerzo para aclaración de dudas y repaso de los conceptos importantes para la inmediata preparación de exámenes.

Sesiones de Tutoría Individual

Las sesiones de tutoría individual se centrarán en:  Orientación del estudio personal.

 Aclaración de las dudas, tanto conceptuales como metodológicas, a nivel personal.  Seguimiento de las prácticas y ejercicios evaluables.

Para ello, el cauce general será la entrevista personal presencial. Para dichas sesiones conviene reservar cita con anterioridad, vía correo electrónico, con el fin de evitar solapamientos. El horario preferente será el de oficial de atención a los alumnos pero pueden habilitarse otros horarios previa cita.

Otros aspectos de la Tutoría.

La Universidad dispone de un Cuerpo Especial de Tutores que realiza tutoría personal con los estudiantes matriculados en la Titulación. El tutor/a personal acompaña a los estudiantes durante toda la etapa universitaria. Se puede consultar el siguiente enlace: