Simulació d'Enginyeria Assistida per Ordinador Aplicada al Disseny de Maquinària

Objectius de desenvolupament sostenible (ODS)

• 9. Indústria, innovació i infraestructures

Objectius

Aquesta assignatura està adreçada a persones interessades en les aplicacions computacionals per a l'anàlisi de sòlids i estructures, centrades en el disseny de màquines i mecanismes. L'objectiu de "Simulació d'Enginyeria Assistida per Ordinador Aplicada al Disseny de Maquinària" és adquirir els coneixements per al modelatge de components mecànics mitjançant l'ús de les tècniques numèriques i de programari informàtic.

Es fa una revisió bàsica dels principis de mecànica i resistència dels materials per introduir el mètode dels elements finits (FEM). Tots els coneixements es transmeten des d'un punt de vista pràctic, utilitzant un conjunt d'exemples aplicats que permeten adquirir experiència en l'ús d'eines de programari CAE.

Els conceptes explicats a l'assignatura són aplicables a l'anàlisi de mecanismes, components mecànics i peces estructurals del disseny i fabricació industrial. Es treballen les aplicacions en el camp de l'enginyeria estructural, per a l'anàlisi d'estructures, edificis i construccions. I també les aplicacions en l'àmbit mecànic per a l'enginyeria d'automoció, naval i aeroespacial.

Aquesta assignatura persegueix els objectius següents:

1. Anàlisi de mecanismes i dels seus components mecànics.
2. Capacitat per manejar el programari de simulació FEM i CAE i crítica dels resultats.
3. Capacitat per analitzar els elements d'aprenentatge autònom en l'àmbit de la simulació numèrica i el disseny mitjançant el FEM.
4. Conceptes pràctics per a l'anàlisi de sòlids en mecànica de continus.
5. Introducció a la teoria i anàlisi de simulació del mètode dels elements finits (FEM).
6. Adquisició del vocabulari tècnic específic utilitzat en el FEM i en els mètodes numèrics.
7. Comprensió i interpretació correcta de textos, figures i taules que es troben en la bibliografia tècnica relacionada amb l'àmbit de la simulació numèrica i del CAE.
8. Coneixement de les fonts d'informació, capacitat per fer cerques bibliogràfiques relacionades amb la matèria.

Continguts

Bloc teòric. Introducció a la mecànica computacional

• Tema 0. Introducció als mecanismes i als sistemes discrets
• Tema 1. Introducció al mètode dels elements finits en mecànica de sòlids
• Tema 2. Elements finits per a l'anàlisi de bieles i requisits per a la solució numèrica
• Tema 3. Formulació de sòlids bidimensionals i axisimètrics
• Tema 4. Formulació de sòlids tridimensionals i elements estructurals

(Inclou la teoria i exercicis)

Bloc pràctic. Introducció al programari d'enginyeria assistida per ordinador (CAE)

• Exercici 1. Generació de geometries i malles
• Exercici 2. Simulació i anàlisi de components sòlids en 2D
• Exercici 3. Simulació de models axisimètrics
• Exercici 4. Simulació d'exemples sòlids en 3D
• Exercici 5. Simulació de materials avançats

(Inclou la teoria i resolució de problemes amb l'ordinador)

Avaluació

Nota final = 15% de participació + 25% d'exercicis pràctics + 40% del treball final + 20% de tests

• Participació (15 %): exercicis i problemes individuals que cal resoldre durant les classes teòriques.
• Exercicis pràctics (25 %): resolució dels problemes proposats durant les sessions pràctiques.
• Projecte final (40 %): treball en grup per a l'anàlisi d'un problema utilitzant eines de simulació CAE i coneixements de mecànica.
• Test (20 %): examen final per a l'avaluació dels conceptes teòrics i pràctics impartits a l'assignatura. (En aquest examen es requereix una puntuació mínima de 3,5 sobre 10)

Prova de recuperació: amb les mateixes condicions de la prova anterior, substitueix la puntuació obtinguda en l'examen anterior.

Metodologia

L'assignatura combina tres metodologies diferents:

• Classes teòriques: introducció de les parts fonamentals de mecànica i matemàtiques per a les tècniques numèriques objecte d'aquesta assignatura. Aquestes classes inclouen exercicis i altres activitats pràctiques per millorar la comprensió de la teoria.
• Classes pràctiques: s'utilitza el programari computacional per fer càlculs i simulacions numèriques. Es preveuen activitats pràctiques en grup per afavorir la interpretació i el debat sobre els resultats obtinguts.
• Aprenentatge per projectes en grup: resolució d'un treball en grup d'un problema que inclou la modelització numèrica amb el MEF.

*Requisits: els alumnes han de portar un ordinador portàtil per a ús personal a classe. Aquest ordinador ha de tenir connexió a internet per wifi.

Bibliografia

Bàsica

• Belytschko T., Liu W.K., Moran B., Elkhodary K. (2013). Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures (2 ed.). John Wiley & Sons.
• Hughes, T.J.R. (2012). The finite element method: linear static and dynamic finite element analysis. Courier Corporation.
• O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor (1993). El Método de Los Elementos Finitos: Formulación Básica y Problemas Lineales (4 ed.). McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.
• O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor (1994). El Método de Los Elementos Finitos: Mecánica de Sólidos y Fluidos. Dinámica y No Linealidad (4 ed.). McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.
• Oñate E. (2016). Cálculo de Estructuras por el Método de los Elementos Finitos: Análisis Estático Lineal. CIMNE.

Complementària

El professorat facilita les referències de la bibliografia complementària i de lectura obligatòria en el transcurs de l'assignatura a través del Campus Virtual.