UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PROGRAMA ANALÍTICO FIME Nombre de la unidad de aprendizaje: Vibraciones Mecánicas
Frecuencia semanal:.3
Horas presenciales: Horas de trabajo extra-aula: 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:
Fecha de elaboración: Fecha de la última actualización:
Responsables del diseño: Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez, M. C. Fernando J. Elizondo Garza, Dr. César Guerra Torres, M. C. Adrián García Mederez, M.I. Carlos Armando Lara Ochoa.
Presentación:
La unidad de aprendizaje se divide en cinco fases, en la primera el estudiante conocerá los conceptos fundamentales y terminología necesarios para el estudio de sistemas vibratorios. En la segunda fase aplicará métodos de análisis basados en la dinámica de los cuerpos rígidos con el fin de encontrar las ecuaciones de movimiento de sistemas vibratorios en vibración libre con y sin amortiguamiento. La tercera fase contempla el estudio de sistemas en vibración forzada sinusoide, y la cuarta fase considera sistemas bajo diferentes tipos de vibración forzada y el análisis de la respuesta en tiempo y en frecuencia enfocados a casos particulares de control y aislamiento vibratorio. La quinta fase es una introducción a los sistemas de varios grados de libertad enfocado al control estructural de vibraciones.
Propósito:
La finalidad de la unidad de aprendizaje es que el estudiante aplique técnicas de modelaje dinámico para caracterizar la respuesta libre y forzada de sistemas mecánicos, para poder aplicar métodos de control y diseño para la solución de problemas reales.
Competencias del perfil de egreso: Competencias instrumentales:
• Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que permita la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional
• Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque científicos.
• Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos
Competencias personales y de interacción social
Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud científica, crítica y con un compromiso humano y profesional que permita contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable.
Competencias integradoras
Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensiónn holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.
Competencias específicasdel perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:
Definir los modelos matemáticos en base a métodos de análisis para analizar la respuesta en tiempo y en frecuencia de sistemas mecánicos, con el fin de implementar métodos de control, aislamiento, monitoreo, y diseño de sistemas vibratorios.
Representación gráfica Considerando el propósito, las competencias y el producto integrador de aprendizaje, bosquejar mediante una representación gráfica el proceso global de construcción del aprendizaje, partiendo de la problematización del objeto de estudio de la unidad de aprendizaje, para desarrollar las competencias descritas y elaborar el producto integrador de aprendizaje
Aplica métodos de modelaje matemático para analizar la respuesta en tiempo y en frecuencia de sistemas mecánicos, con el fin de implementar métodos de control, aislamiento, monitoreo, y diseño de sistemas vibratorios. Instrumentales Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que permita la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional
Utiliza 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.
Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación de conocimientos Interacción Social
Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable. Competencias integradoras Integradoras Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.
Unidad temática # 1:.Conceptos Fundamentales
Competencias particulares:
Dominar los conceptos físicos y matemáticos relacionados con el movimiento armónico simple para modelar matemáticamente los sistemas vibratorios.
Elementos de Competencia
Evidencias de
aprendizaje Criterios de desempeño
Actividades de
aprendizaje Contenidos Recursos
Definir el concepto de movimiento armónico simple y los parámetros usados para su
caracterización, así como los conceptos de masa, rigidez, amortiguamiento con base a la dinámica de los cuerpos, para encontrar las
propiedades equivalentes de sistemas de 1 grado de libertad y conceptualizar el proceso de modelaje matemático.
Problemas resueltos sobre elementos elásticos equivalentes.
Problemas resueltos sobre elementos elásticos equivalentes.
Puntos a evaluar
•Presentación y claridad del procedimiento utilizado. •Rigidez equivalente del sistema. •Frecuencia natural.
•Tiempo de entrega
Resolver problemas de simplificación de sistemas con diferentes elementos elásticos ideales en arreglos serie, paralelo o combinaciones, para encontrar la rigidez equivalente y la frecuencia natural cuando se coloca una masa en el sistema.
I.- Conceptos básicos II.-Modelaje matemático III.-Componentes de los sistemas vibratorios Libros de apoyo Pintarrón Salón de clase
Unidad temática # 2 Vibraciones libres de sistemas de 1 grado de libertad Competencias particulares:
Aplicar los métodos dinámicos de Newton y Energías para poder diseñar la vibración libre de sistemas con y sin amortiguamiento de 1 grado de libertad.
Reconocer los efectos del amortiguamiento en los sistemas vibratorios Elementos de Competencia Evidencias de
aprendizaje Criterios de desempeño
Actividades de
aprendizaje Contenidos Recursos
Aplicar los métodos de Newton y Energías para encontrar las ecuaciones de movimiento motivando el
pensamiento analítico.
Definir los casos típicos de
comportamiento dinámico según la cantidad de amortiguamiento viscoso equivalente para predecir la respuesta en tiempo y establecer métodos de medición de amortiguamiento. Problemas resueltos de diferentes tipos de sistemas vibratorios empleando los métodos de Newton Problemas resueltos de diferentes tipos de sistemas vibratorios empleando los métodos energías y el efecto del amortiguamiento viscoso. •Fecha de entrega
•Diagramas de cuerpo libre (DCL)
•Ecuaciones de movimiento •Frecuencia natural no
amortiguada.
•Fecha de entrega •Identificación del caso •Ecuaciones de movimiento •Frecuencia natural amortiguada. •Cuantificación de amortiguamiento Resolución de problemas empleando el Método de Newton de diferentes tipos de sistemas mecánicos con movimiento de traslación rectilínea curvilínea
Resolución de problemas empleando específicas para el caso correspondiente de amortiguamiento en el sistema
I.- Vibraciones libres de sistemas de un grado de libertad sin amortiguamiento. ii. Método de Newton.
iii. Método de energía.
Iv.- Vibraciones libres de sistemas de un grado de libertad con amortiguamiento viscoso.
Libros de apoyo Pintarrón Salón de clase
Unidad temática # 3 Vibración forzada de sistemas de 1 grado de libertad. Competencias particulares:.
Analizar la respuesta en tiempo y frecuencia de sistemas bajo vibración forzada verificando el efecto de los parámetros inerciales, elásticos, amortiguantes, y la relación entre la frecuencia natural y la frecuencia de excitación del sistema, así como la transmisión de vibración entre el sistema y su entorno, para proponer métodos de control y aislamiento vibratorio.
Elementos de Competencia Evidencias de
aprendizaje Criterios de desempeño
Actividades de
aprendizaje Contenidos Recursos
Aplicar la ecuación de
movimiento forzado para estudiar la respuesta en tiempo y en frecuencia de la amplitud de vibración para el control y aislamiento vibratorio.
Determinar la vibración transmitida del sistema a su entorno.
Problemas resueltos de diferentes tipos de sistemas vibratorios bajo vibración forzada
sinusoidal y por desbalance en sistemas de 1 GDL. Problemas resueltos de transmisibilidad tanto de fuerza como de movimiento en sistemas de 1 GDL. •Fecha de entrega •Análisis, interpretación y
solución de los problemas.
•Fecha de entrega. •Análisis, interpretación y
solución de los problemas.
Resolución de problemas empleando de sistemas bajo vibración forzada sinusoide y sistemas en desbalance. Resolución de problemas y aplicaciones de aislamiento vibratorio usando transmisibilidad.
I.- Ecuación diferencial que gobierna la vibración forzada. II.- Respuesta forzada en el dominio de la frecuencia relativa de un sistema con una excitación de una frecuencia simple. III.- Desbalance. IV. Transmisibilidad de vibración y aislamiento vibratorio. Libros de apoyo Pintarrón Salón de clase
Unidad temática # 4 Vibración de sistemas de varios grados de libertad.
Competencias particulares: Analizar el comportamiento de un sistema de varios grados de libertad en vibración libre, mediante el uso de modelos matemáticos de varios grados de libertad para determinar las amplitudes y frecuencias de los diferentes modos de vibración
Elementos de
Competencia Evidencias de aprendizaje Criterios de desempeño
Actividades de
aprendizaje Contenidos Recursos
Analizar un sistema de dos o más grados de libertad con base al método de Newton, para representarlas en forma matricial, calcular sus frecuencias naturales, modos de vibración y el efecto de una fuerza externa variable.
Problemas resueltos de sistemas de dos o más grados de libertad.
•Fecha de entrega •Calidad de la información •Presentación del reporte e
interpretación.
Investigación de problemas reales típicos de dos o más grados de libertad.
I.- Ecuaciones de movimiento de un sistema de dos grados de libertad.
II.-Frecuencias naturales y modos de vibración. III. Descomposición modal.
IV.- Respuesta forzada
Libros de apoyo Pintarrón Salón de clase
Evaluación integral de procesos y productos
Evidencia Ponderación
1. Problemas resueltos sobre elementos elásticos equivalentes (5).
2. Problemas resueltos de diferentes tipos de sistemas vibratorios empleando los métodos de Newton (5).
3. Problemas resueltos de diferentes tipos de sistemas vibratorios empleando los métodos energías y el efecto del
amortiguamiento viscoso (5).
4. Problemas resueltos de diferentes tipos de sistemas vibratorios bajo vibración forzada sinusoidal y por desbalance en
sistemas de 1 GDL (5).
5. Problemas resueltos de transmisibilidad tanto de fuerza como de movimiento en sistemas de 1 GDL (5).
6. Problemas resueltos de sistemas de dos o más grados de libertad (5).
7. Evaluación de medio curso (30).
8. Evaluación ordinaria (30).
Producto integrador del aprendizaje de la unidad de aprendizaje:
Al finalizar esta unidad de aprendizaje el estudiante entregará individualmente su portafolio para su evaluación que comprenderá los problemas resueltos y un proyecto de análisis de sistema vibratorio mediante herramientas de software o un prototipo de sistema vibratorio(10).
Fuentes de apoyo y consulta:
Libro: Fundamentals of Mechanical Vibrations (2nd edition, 2000). Autor: Kelly Graham S.
Editorial: Mc Graw Hill.
Libro: Mechanical Vibrations (4th edition, 1995). Autor: Rao Singiresu S.
Editorial: Prentice Hall
Libro: Teoría de Vibraciones y Aplicaciones (1ª edición, 1982). Autor: Thompson. William T.
Editorial: Pretince Hall
Libro: An Introduction to Mechanical Vibrations (3rd edition, 1989). Autor: Steidel, Jr. Robert F.
Editorial: CECSA.
Tema: Aisladores vibratorios
Liga: http://www.vibrationmounts.com Fecha última revisión: 16 de abril 2013
Tema: Análisis de señales de vibración
Liga: http://www.dataphysics.com/resources/library-data-physics-center/signalcalc.html Fecha última revisión: 16 de abril 2013
Revista: Journal of Applied Research and Technology Año: 2010
# de revista: 8(2) Mes: Agosto
Nombre del artículo: Shock Performance of Different Semiactive Damping Strategies Autor: Ledezma-Ramirez, D. F., Ferguson, N. and Brennan, M.
• Revista: Journal of Applied Research and Technology Año: 2010
# de revista: 8(2) Mes: Agosto
Nombre del artículo: Vibration Analysis Of a Self-Excited Elastic Beam Autor: Barrón-Meza, M. A.
Perfil del docente:
Maestría en Ingeniería Mecánica y/o ramas afines con habilidades prácticas en el manejo de herramientas computacionales y software especializado, deseable contar con conocimientos en la dirección de proyectos de desarrollo, investigación y/o servicios técnicos.
Fichas bibliográfica del profesorado
Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez. Ingeniero Mecánico Electricista. Doctorado en Vibraciones Mecánicas. Profesor de la materia de Vibraciones Mecánicas desde 2008
M.C. Fernando J. Elizondo Garza. Ingeniero Mecánico Electricista. Maestro en ciencias. Catedrático de la FIME por más de 40 años, Profesor Emérito de la UANL, Especialista en Acústica y Vibraciones Mecánicas.
Dr. César Guerra Torres. Maestro de la FIME con 15 años de impartir la materia de mecanismos y autor de libro afín al tema de diseño de mecanismos, perfil PROMEP. Maestría y Doctorado en Ingeniería Eléctrica especializándose en las áreas de investigación de control de sistemas dinámicos mecánicos y robóticos.
M.C. Adrián García Mederez. Maestro de FIME con 23 años de antigüedad como docente y 13 años de impartir el Laboratorio de Vibraciones Mecánicas, colaborador de edición del Instructivo del Laboratorio de Vibraciones, Formulario de Vibraciones y Problemario de Vibraciones. Perfil PROMEP, Maestría en Ingeniería Eléctrica con Especialidad en Electrónica, Investigador en el área de Acústica y Vibraciones, así como en el área de Control y Automatización. Jefe de Laboratorios del Depto. de Diseño de Sistemas Mecánicos hasta abril del 2014, actualmente Jefe de Depto. Académico de Diseño de Sistemas Mecánicos.
M. I. Carlos Armando Lara Ochoa. IME, Maestría en Ingeniería Mecánica con orientación en materiales. Fue miembro del grupo de Diseño Mecánico del CENEVAL. Fue miembro del cuerpo docente que trabajo en la generación de la carrera de Aeronáutica. Autor del instructivo del laboratorio de Dinámica para la FIME y para la editorial Mc Graw Hill. Fue Jefe de Academia de Análisis Mecánico y Jefe del Departamento de Diseño de Sistemas Mecánicos. Consultor en las áreas de Diseño Mecánico, Acústica y Vibraciones Mecánicas.
