UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

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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 Integradora s

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 Aula de clase Computadora Video Libros de texto Internet Revistas en Línea

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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

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

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

Evidencias de

aprendizaje Criterios de desempeño

Actividades de

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

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

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VIGENTE A PARTIR DEL: 13 de Enero del 2017  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.

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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

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CONTROL DE CAMBIOS