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UANL - FIME Aeroelasticidad y Laboratorio 1

IT-8-ACM-02-R03

Revisión: 3 VIGENTE A PARTIR DEL: 13 de Enero del 2017

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROGRAMA ANALÍTICO FIME

Nombre de la unidad de aprendizaje: Aeroelasticidad y Laboratorio 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: 3 incluyendo el laboratorio Fecha de elaboración: 03/08/2015 Fecha de la última actualización: 31/10/16 Responsables del diseño: Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez, M.C. José de Jesús Villalobos Luna

Presentación:

Aeroelasticidad se define como el estudio del efecto de oscilaciones mecánicas debidas a cargas aerodinámicas en estructuras. Su aplicación es particularmente importante en el diseño de sistemas aeroespaciales ya que estas están sujetas a este tipo de cargas y otras más que producen oscilaciones en vuelo y en tierra, por ejemplo, impactos, cargas aleatorias debidas a los sistemas de propulsión, efectos aerodinámicos, etc. Debido a esto es de vital importancia diseñar adecuadamente las estructuras para garantizar su correcto funcionamiento y la seguridad de los pasajeros. La unidad de aprendizaje se divide en seis fases. La primera fase contempla una introducción a los fundamentos de la aeroelasticidad. En la segunda fase el estudiante aplicará los conceptos de modelaje matemático para estudiar la respuesta en tiempo y frecuencia de sistemas de un grado de


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libertad bajo distintos tipos de cargas variables. La tercera etapa extiende el análisis previo a sistemas de varios grados de libertad. La cuarta etapa presenta el análisis dinámico de sistemas continuos. Posteriormente en la quinta etapa, el estudiante aplicará los fundamentos previos para realizar análisis modales de estructuras simples. Por último, los casos particulares de fenómenos aeroelásticos se presentan y analizan en la última etapa.

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 estructuras mecánicas sujetas a diferentes tipos de carga cíclica, para predecir su respuesta, y prevenir condiciones de oscilación que puedan poner en riesgo la integridad de la estructura o de sus ocupantes.

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:

• 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.

Competencias personales y de interacción social


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• 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

• Construye propuestas innovadoras basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los retos del ambiente global interdependiente.

b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje:

Aplica métodos de modelaje matemático para analizar la respuesta en tiempo y en frecuencia de estructuras, con el fin de implementar métodos de control, aislamiento, monitoreo, y diseño.


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Representación gráfica

Aplica métodos de modelaje matemático para analizar la

respuesta en tiempo y en frecuencia de estructuras, con el fin de implementar métodos de

control, aislamiento, monitoreo, y diseño.

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

IntegradorasConstruye propuestas innovadoras

basadas en la comprensión holística de la realidad para contribuir a superar los

retos del ambiente global interdependiente.


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Unidad temática 1: Conceptos Fundamentales Competencias particulares: Comprender las principales aplicaciones y fundamentos teóricos de las causas y efectos de las oscilaciones en la respuesta dinámica de las estructuras.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje Criterios de desempeño Actividades de

aprendizaje Contenidos Recursos

Identifica casos de aplicación del estudio de la dinámica de estructuras y sus fundamentos teóricos aplicados a sistemas aeronáuticos y aeroespaciales.

Presentación de caso de estudio sobre aeroelasticidad y dinámica estructural en aeronáutica.

Reporte escrito y presentación oral sobre el caso de estudio. Puntos a evaluar • Fecha de entrega. • Presentación y claridad del

reporte. • Calidad de la presentación

oral.

Caso de estudio de aplicación de los fundamentos de dinámica estructural y aeroelasticidad.

I.- Conceptos básicos II.- Aplicaciones

Libros de apoyo Pintarron Salón de clase PC Proyector


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Unidad temática 2: Vibración libre y forzada de sistemas de 1 grado de libertad Competencias particulares: Aplicar los modelos matemáticos de sistemas de 1 grado de libertad en vibración libre y con diferentes tipos de cargas dinámicas, para encontrar y analizar la respuesta en tiempo y frecuencia.


Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Aplicar los modelos matemáticos de sistemas de 1 grado de libertad, bajo diferentes tipos de carga dinámica, por ejemplo, vibración libre, armónica, aleatoria e impacto para identificar su respuesta en tiempo y frecuencia.

Simulaciones por computadora de la respuesta de sistemas de 1 grado de libertad bajo diferentes condiciones.

Reporte escrito sobre simulaciones por computadora sobre la respuesta de sistemas de 1 grado de libertad. Puntos a evaluar • Fecha de entrega • Calidad del reporte

escrito. • Calidad de los

resultados. • Discusión de los

resultados.

Encontrar y simular la respuesta libre y forzada usando software de análisis numérico o simbólico de un sistema de 1 grado de libertad, bajo diferentes condiciones de carga dinámica.

I.- Vibraciones libres de sistemas de un grado de libertad. II.- Vibración forzada armónica de sistemas de un grado de libertad y análisis en frecuencia. III.- Respuesta al impacto. IV.- Cargas aleatorias.

Libros de apoyo Pintarron Salón de clase PC Proyector


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Unidad temática 3: Vibración de sistemas discretos de varios grados de libertad Competencias particulares: Obtener la respuesta en tiempo y frecuencia de sistemas de varios grados de libertad, para determinar frecuencias naturales, modos de vibración, y estudiar la respuesta forzada aplicando los principios de descomposición modal.




Encontrar las frecuencias naturales, matriz modal, y efectuar la descomposición modal aplicando los principios de ortogonalidad. Realizar el estudio de respuesta en frecuencia en base a la descomposición modal.

Estudio completo de un sistema de varios grados de libertad.

Reporte escrito sobre el estudio del sistema de varios grados de libertad. Puntos a evaluar • Fecha de entrega • Análisis e interpretación

del problema. • Calidad del reporte

escrito. • Calidad de los resultados. • Discusión de los

resultados.

Resolver de manera analítica y numérica, usando software de análisis numérico como apoyo, para la respuesta libre y forzada de un sistema de varios grados de libertad aplicando descomposición modal.

I. Vibración libre. II. Frecuencias naturales y

modos de vibración. III. Descomposición modal. IV. Vibración forzada. V. Respuesta en frecuencia por

descomposición modal.

Libros de apoyo Pintarrón Salón de clase PC Proyector


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Unidad temática 4: Sistemas continuos Competencias particulares: Derivar los modelos matemáticos de sistemas continuos y aplicarlos para encontrar su respuesta modal.




Derivar los modelos matemáticos de sistemas continuos como cuerdas y vigas, para aplicarlos en el análisis de su respuesta modal.

Desarrollo del modelo matemático de un caso particular de sistema continuo de forma analítica y numérica.

Reporte escrito con el desarrollo del modelo designado. Puntos a evaluar • Fecha de entrega • Análisis e interpretación

del problema. • Calidad del reporte

escrito. • Calidad de los resultados. • Discusión de los

resultados.

Resolver de manera analítica y numérica, usando software de análisis numérico como apoyo, encontrando la ecuación de movimiento, su ecuación característica, solución, y formas modales.

I.- Vibración lateral, torsional y longitudinal de cuerdas y barras. II.-Vibración flexural de vigas delgadas.

Libros de apoyo Pintarron Salón de clase PC Proyector.


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Unidad temática 5: Análisis modal Competencias particulares: Identificar las técnicas teóricas y experimentales usadas en el análisis modal de estructuras.




Identificar los diferentes métodos, instrumentación, técnicas y aplicaciones del análisis modal.

Investigación teórica sobre caso práctico de análisis modal en una estructura aeronáutica.

Reporte escrito y presentación oral sobre el caso de estudio. Puntos a evaluar • Fecha de entrega. • Presentación y claridad

del reporte. • Calidad de la presentación

oral.

Reporte teórico en base a fuentes de información confiable sobre caso práctico de análisis modal.

I.- Conceptos sobre análisis modal. II.-Instrumentación y técnicas de medición, análisis y procesamiento.



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Unidad temática 6: Aeroelasticidad Competencias particulares: Identificar fenómenos específicos de vibraciones debidas a cargas aerodinámicas, los modelos matemáticos correspondientes, y métodos generales de control.




Identificar fenómenos aeroelásticos típicos como flutter, divergencia, etc.

Investigación teórica sobre caso práctico de un fenómeno aeroelástico.

Reporte escrito y presentación oral sobre el caso de estudio. Puntos a evaluar • Fecha de entrega. • Presentación y claridad

del reporte. • Calidad de la presentación

oral.

Reporte teórico en base a fuentes de información confiable sobre caso práctico de un fenómeno aeroelástico.

I.- Conceptos de aeroelasicidad y fenómenos comunes. II.-Modelos matemáticos y técnicas de control.+.



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Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación 1. Reporte sobre caso de estudio de aplicación de los fundamentos de dinámica estructural y aeroelasticidad. 5% 2. Reporte escrito sobre simulaciones por computadora sobre la respuesta de sistemas de 1 grado de libertad. 10% 3. Reporte escrito sobre el estudio del sistema de varios grados de libertad. 10% 4. Reporte del desarrollo del modelo matemático de un caso particular de sistema continuo de forma analítica y numérica. 10% 5. Investigación teórica sobre caso práctico de análisis modal en una estructura aeronáutica. 5% 6. Investigación teórica sobre caso práctico de un fenómeno aeroelástico. 5% 7. Evaluación de medio curso. 25% 8. Evaluación ordinaria. 20%

Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 10%

Compendio de problemas resueltos y ejercicios de los temas cubiertos por el programa.

Fuentes de apoyo y consulta:

& Libro: Fundamentals of Mechanical Vibrations (2nd edition, 2000). Autor: Kelly Graham S.

Editorial: Mc Graw Hill.


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& Libro: Mechanical Vibrations (4th edition, 1995).

Autor: Rao Singiresu S. Editorial: Prentice Hall

& Libro: Fundamentals of structural dynamics (2nd edition, 2006). Autor: Dewsey H. Hodges, Alvin Pierce.

Editorial: Wiley

& Libro: Introduction to Structural Dynamics (1st edition, 2006).

Autor: Bruce K. Donaldson. Editorial: Cambridge University Press.

o Tema: Aisladores vibratorios Liga: http://www.vibrationmounts.com

Fecha última revisión: 04 de octubre 2015

o Tema: Análisis de señales de vibración

Liga: http://www.dataphysics.com/resources/library-data-physics-center/signalcalc.html Fecha última revisión: 04 de octubre 2015

o Tema: Tópicos aplicados del estudio del sonido y vibraciones Liga: http://www.sandv.com/home.htm

Fecha última revisión: 04 de octubre 2015


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& Revista: Procedia Engineering, International Conference On Modelling Optimization And Computing Año: 2012

# de revista: 38 Mes:

Nombre del artículo: Review of Aeroelasticity Testing Technology Autor: M. Sundresan, D. Raja Joseph, R. Karthick , J.C. Sherlin Shibi Joe.

& Revista: Ingeniare, Revista Chilena De Ingeniería Año: 2006

# de revista: 14 (3) Mes:

Nombre del artículo: Noise And Vibration Of Spacecraft Structures Autor: JP Arenas, RN Margasahayam 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 Ficha bibliográfica del profesor: Dr. Diego Francisco Ledezma Ramirez Ingeniero Mecánico Electricista Doctorado en Dinámica Esturctural Profesor de tiempo completo en Dinámica Estructural desde 2008


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JEFATURA DE ACADEMIA

_______________________________________

JEFATURA DE DEPARTAMENTO

__________________________________ COORDINACION DE LA DIVISIÓN DE

_________________________________ SUBDIRECCION ACADEMICA


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CONTROL DE CAMBIOS

Página Decía Dice Motivo del Cambio Fecha

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