ANEXO II. Datos Descriptivos CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES. Créditos Europeos: 3 ECTS Código UPM: GRADUADO EN INGENIERÍA AEROESPACIAL

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1 ANEXO II Guía de Aprendizaje Información al estudiante Datos Descriptivos ASIGNATURA: Nombre en Inglés: MATERIA: MATERIALES COMPUESTOS COMPOSITE MATERIALS CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES Créditos Europeos: 3 ECTS Código UPM: CARÁCTER: TITULACIÓN: OBE GRADUADO EN INGENIERÍA AEROESPACIAL CURSO: 3º ESPECIALIDAD: VEHÍCULOS AEROESPACIALES DEPARTAMENTOS: MATERIALES Y PRODUCCIÓN AEROESPACIAL CURSO ACADÉMICO Curso PERIODO IMPARTICION IDIOMA IMPARTICIÓN Septiembre- Enero Febrero - Junio Sólo castellano Sólo inglés Ambos X 1

2 DEPARTAMENTOS: Materiales y Producción Aeroespacial NOMBRE Y APELLIDOS (C=Coordinador) Antonio Fernández López (C) Alfredo Güemes Gordo José Manuel Menéndez Martin José María Pintado Sanjuanbenito PROFESORADO DESPACHO Lab. Química D1. ETSIA Lab. Química D4. ETSIA Lab. Química D1. ETSIA Lab. Química D1. ETSIA Correo electrónico antonio.fernandez.lopez@upm.es alfredo.guemes@upm.es Josemanuel.menendez@upm.es josemaria.pintado@upm.es CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA ASIGNATURAS SUPERADAS OTROS RESULTADOS DE APRENDIZAJE NECESARIOS Ciencia de Materiales 2º curso Resistencia de materiales y Elasticidad 2º curso Fabricación Aeroespacial 3º curso Objetivos de Aprendizaje COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Código COMPETENCIA NIVEL CG3 Capacidad para identificar y resolver problemas aplicando, con creatividad, los conocimientos adquiridos Aplicación CG4 Capacidad para integrarse y formar parte activa de equipos de trabajo Aplicación CE31- EA10 Comprensión de las propiedades y comportamiento de los materiales utilizados en los vehículos aeroespaciales. Comprensión 2

3 Código RA01 RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA TEMA 1: Introducción Entender las diferenciar entre los materiales compuestos y los materiales tradicionales Comprender la aplicación de los materiales compuestos en las aeronaves Conocer la situación de la industria de materiales compuestos a nivel nacional e internacional TEMA 2: Fibras y Matrices Entender la función de la fibra y de la matriz Conocer los tipos de fibras, sus propiedades y su aplicación Comprender la fabricación de fibras continuas de carbono RA02 Conocer los diferentes tipos de matriz y sus aplicaciones: polimérica, metálica y cerámica Entender los criterios para la selección de fibra y matriz Conocer los métodos de fabricación de preimpregnados y su definición Conocer la problemática asociada a la porosidad del material Comprender el método para el cálculo del volumen de poros TEMA 3: Teoría del laminado Comprender la problemática asociada a la direccionalidad del material Comprender la teoría del laminado. RA03 Comprender la influencia de los esfuerzos residuales debidos al curado. Comprender los criterios de tolerancia al daño Comprender el prediseño de estructuras de material compuesto Tema 4: Diseño de uniones. Reparaciones Entender el comportamiento de una unión adhesiva RA04 Entender el comportamiento de una unión remachada Conocer las normativas de diseño asociadas a las uniones remachadas y adhesivas 1. Tema 5: Procesos de fabricación con fibra seca 2. Entender las diferencias entre los métodos de fabricación basados en fibra seca y los RA05 métodos de fabricación con preimpregnados 3. Conocer los métodos de fabricación con fibra seca más comunes 4. Comprender las etapas de fabricación de los métodos de inyección de resina. 5. Tema 6: Procesos de fabricación con preimpregnados y autoclave 6. Entender las razones para el uso de materiales preimpregnados y del autoclave en la fabricación de materiales compuestos de calidad aeronáutica 7. Conocer los métodos de fabricación con preimpregnados más comunes 8. Entender la aplicación de estos métodos dentro de la industria aeronáutica RA06 9. Conocer los sistemas de un autoclave, su función y su problemática 10. Entender la realización de una bolsa de vacío y la función de cada uno de sus componentes 11. Entender los métodos de fabricación de geometrías aeronáuticas para la realización de geometrías monolíticas. 3

4 Tema 7: Utillaje y operaciones auxiliares 1. Entender la influencia del utillaje en las calidades, geometrías y esfuerzos residuales de la pieza a fabricar 2. Conocer las propiedades de los materiales empleados en la fabricación de utillaje más RA07 utilizados 3. Entender la influencia de las propiedades del material de utillaje en la pieza final 4. Conocer los tipos de utillaje utilizados para la fabricación de materiales compuestos 5. Conocer y comprender las particularidades del mecanizado de materiales compuestos Tema 8: Calidad-Certificación 12. Entender el método de certificación de estructuras de material compuesto 13. Entender el objetivo de cada uno de los niveles de la pirámide de certificación 14. Conocer los ensayos mecánicos más comunes para la obtención de propiedades RA08 mecánicas: Tracción, compresión, cortadura interlaminar, CAI 15. Conocer los ensayos físico-químicos utilizados para el control de calidad de materiales compuestos: DSC, DMA, IR RA09 RA10 Tema 8: Calidad-Ensayos no destructivos Entender las necesidades para la utilización de técnicas no destructivas con materiales compuestos Conocer la defectología típica presente en la fabricación y la operación de los materiales compuestos Entender los fundamentos del método de inspección por ultrasonidos Conocer los componentes de un sistema de ultrasonidos y la función de los mismos Conocer los fundamentos de los otros métodos de inspección no destructivas utilizados en la industria aeroespacial: Rayos X, Tap-Coin, Emisión acústica, termografía, tomografías computerizadas, etc Entender el campo de aplicación y las limitaciones de cada una de las técnicas de ensayos no destructivos Tema 10: Comportamiento en servicio Conocer la influencia de las condiciones de servicio en las propiedades de los materiales Entender el diseño de un ciclo de mantenimiento Entender las lecciones aprendidas de diseño y fabricación recogidas en el MIL Handbook (ver bibliografía recomendada) 4

5 Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) TEMA / CAPITULO Tema 1. Introducción Tema 2. Fibras y matrices Tema 3. Teoría del laminado Tema 4. Diseño de uniones. Reparaciones Tema 5. Procesos de fabricación con fibra seca APARTADO 1.1 Introducción a los materiales compuestos 1.2 Evolución de la aplicación de los materiales compuestos en la industria aeronáutica 1.3 Situación actual de la industria de los materiales compuestos en España 1.4 Situación actual de la industria de los materiales compuestos a nivel mundial 2.1 Función de la fibra en el material compuesto 2.2 Tipos de fibras. Fabricación de fibras 2.3 Criterios de selección de fibras 2.4 Función de la matriz en el material compuesto 2.5 Tipos de Matriz. Aplicaciones de composites de matriz metálica y cerámica 2.6 Criterios de selección de matrices 2.7 Volumen de fibra y poros 2.8 Preimpregnados. Definición y fabricación. 3.1 Introducción a la teoría del laminado y a su aplicación 3.2 Ejes principales. Nomenclatura 3.3 Rigidez equivalente 3.4 Resistencia de láminas UD. Criterios de fallo 3.5 Degradación de propiedades por efectos ambientales. Comportamiento higrotérmico 3.6 Delaminaciones y fractura interlaminar 4.1 Uniones Adhesivas 4.2 Modelización de uniones adhesivas 4.3 Uniones mecánicas 4.4. Modos de fallo de uniones mecánicas 4.5 Reparaciones. Diseño y cálculo de repararaciones 5.1 Introducción. Diferenciación de la fabricación mediante preimpregnados 5.2 Fabricación de preformas. Braiding y stiching. 5.3 Resin Transfer Moulding (RTM) 5.4 Infusión de resina (RLI) 5.5 Otros métodos de fabricación con fibra seca. 5

6 TEMA / CAPITULO Tema 6. Procesos de fabricación con preimpregnados y autoclave Tema 7. Utillaje y operaciones auxiliares 6.1 Introducción. APARTADO 6.2. Tipos de estructuras fabricadas con materiales compuestos. Tipos de integración. 6.3 Etapas en la fabricación mediante preimpregnados 6.4 Fabricación con preimpregnados. Apilado manual. 6.5 Fabricación con preimpregnados. Apilado automático: FP y ATL 6.6 Otros métodos de fabricación con preimpregnados. Aplicaciones 6.7 Bolsa de vacío. Fabricación y motivos para su uso 6.8 Autoclave. Definición y necesidad de uso 6.9 Ciclo de curado en autoclave de material polimérico Integración de geometrías complejas 7.1 Utillaje. Introducción 7.2 Características del utillaje para la fabricación de materiales compuestos 7.3 Materiales utilizados en el utillaje de materiales compuestos. Características 7.4 Tipos de utillaje 7.5 Mecanizado de materiales compuestos 7.6 Montaje. Limitaciones a la integración. Tema 8. Calidad-Certificación 8.1 Certificación de una estructura aeronáutica de material compuestos: pirámide de certificación 8.2 Certificación de materiales: Propiedades mecánicas. Admisibles y ensayos mecánicos normalizados 8.4 Control de calidad. Ensayos físico-químicos. Tema Introducción a los ensayos no destructivos 8.6 Defectogía típica de los materiales compuestos 8.7 Tecnicas de ensayos no destructivos: Ultrasonidos Calidad-Ensayos no destructivos 8.8 Otras técnicas de ensayos no destructivos: Rayos X, Emisión acústica, tomografía computerizada, termografía Tema 10. Comportamiento en servicio 9.1 Problemática del la operación de una aeronave. Escenario 9.2 Mantenimiento de estructuras de material compuesto 9.3 MIL Handbook: lecciones aprendidas 6

7 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS CLASES DE TEORIA CLASES PROBLEMAS PRACTICAS TRABAJOS EN GRUPO TUTORÍAS INDIVIDUALES Se considera adecuado impartir 2 horas de clases de teoría a la semana sobre un total de 15 semanas presenciales (30 en total). En ellas el profesor ofrecerá una visión global del tema a tratar basándose en material (powerpoint, apuntes, etc.) que se facilitará a los alumnos, y se incidirá en aquellos conceptos clave para una mejor comprensión. En ciertos temas de la asignatura se considera adecuado destinar algunas horas de teoría a la impartición de clase de problemas. En estas clases se le explicará al alumno una serie de problemas de aplicación directa de la fabricación y del cálculo con materiales compuestos, con los que aprenderá a identificar los puntos esenciales que le permitan abordar el planteamiento y resolución de problemas similares. En estas clases el profesor se dirigirá al grupo completo de manera similar, en lo que se refiere al procedimiento, a las clases expositivas de teoría. Las sesiones de laboratorio se desarrollarán en grupos cuyo número de integrantes se fijará oportunamente. Cada práctica comenzará con una explicación del profesor de los conceptos básicos necesarios para la comprensión y manipulación de resultados experimentales que realizarán posteriormente los alumnos. Tras la realización de cada práctica, los alumnos deberán elaborar y presentar un informe a partir del trabajo llevado a cabo. Los alumnos tendrán que trabajar en grupo en las sesiones de laboratorio dado que en algunas de ellas será necesaria la aportación del conjunto del grupo para la realización de los informes correspondientes y conseguir los resultados de la experiencia realizada. Los estudiantes serán atendidos de manera individual por los profesores que imparten la asignatura en las horas programadas a tal fin y que serán publicadas a principio de curso. 7

8 RECURSOS DIDÁCTICOS BIBLIOGRAFÍA FUNDAMENTAL Título: Composite Materials for Aircraft Structures Autor: Allan Baker, Stuart Dutton, Donald Kelly Editorial: AIAA Educational Series EIBN: Título: Composite Airframe Structures Autor: Michael C.Y. Niu Editorial: Technical Book Company, Los Angeles, 1992 ISBN: BIBLIOGRAFÍA ESPECÍFICA Título: MIL Handbook 17-3F Polymer Matrix Composites Vol4 Autor: Varios autores Editorial: U.S. Department of Defense ISBN: RECURSOS WEB Plataforma de teleenseñanza B-learning en Politécnica Virtual; 8

9 Cronograma de trabajo de la asignatura Semana Actividades Aula Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades Evaluación Otros Sem 1 Tema 1 teóricos de los temas 1 Tema 2 Preparación Informe Práctica 1 Sem 2 teóricos del tema 2 Preparación Informe Práctica 2 Sem 3 Tema 2 teóricos del tema 2 Preparación Informe Práctica 1 Preparación Informe Práctica 2 Sem 4 Tema 3 teóricos del tema 3 Sem 5 Tema 3 teóricos del tema 3 Realización práctica de cálculo 9

10 Semana Actividades Aula Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades Evaluación Otros Sem 6 Tema 4 teóricos del tema 4 Realización práctica de cálculo Sem 7 Tema 4 Práctica 4 teóricos del tema 4 Realización práctica de cálculo Examen parcial Sem 8 Tema 5 teóricos del tema 5 Sem 9 Tema 5 teóricos del tema 5 Realización práctica de cálculo Realización de la práctica de simulación de procesos Resultados práctica de cálculo Sem 10 Tema 6 teóricos del tema 6 Realización de la práctica de simulación de procesos Sem 11 Tema 6 teóricos del tema 6 Realización práctica de fabricación - Patente Sem 12 Tema 7 teóricos del tema 7 Realización práctica de fabricación - Patente Resultados práctica de simulación de procesos Sem 13 Tema 8 teóricos del tema 8 Realización práctica de fabricación - Patente 10

11 Semana Actividades Aula Laboratorio Trabajo Individual Trabajo en Grupo Actividades Evaluación Otros Sem 14 Tema 9 teóricos del tema 9 Resultados informe práctica de fabricación-patente Sem 15 Tema 10 teóricos de los tema 10 Examen teórico *TP = Explicación de la teoría de la práctica correspondiente. Fechas orientativas pendientes de confirmación en la Ordenación Académica del Centro. Consultar en la página web de la ETSIAE. 11

12 Sistema de evaluación de la asignatura EVALUACION Ref Evaluación continua del aprendizaje Prácticas de laboratorio Trabajos Evaluación final INDICADOR DE LOGRO Se considerará como indicador de logro el obtener una calificación igual o superior a cinco en una escala de 10 puntos. Obtener una calificación igual o superior a cinco en la media de las calificaciones correspondientes a la corrección de los informes de. Obtener una calificación igual o superior a cinco en la media de las calificaciones correspondientes a la corrección de los informes de. Se considerará como indicador de logro el obtener una calificación igual o superior a cinco en una escala de 10 puntos. Relacionado con RA: RA01, RA02 RA03, RA04, RA05, RA06, RA07,RA08 RA09, RA10 RA04, RA09 RA03,RA05 EVALUACION SUMATIVA PESO EN LA BREVE DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES MOMENTO LUGAR CALIFICACIÓN Prácticas de laboratorio Informes 10% Tareas no presenciales (Trabajos) Informes 15% Prueba final objetiva convocatoria ordinaria Se indicará en su momento 75% Prueba final objetiva convocatoria Se indicará en extraordinaria su momento 75% 12

13 DESCRIPCION GENERAL DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES y DE LOS CRITERIOS DE CALIFICACIÓN Evaluación del aprendizaje La evaluación de los alumnos se estructura en dos partes, una parte teórica y otra de prácticas de laboratorio. Evaluación de los contenidos teóricos de la asignatura Para la evaluación de los contenidos teóricos se realizará un examen parcial a mitad de cuatrimestre y otro examen al finalizar la impartición de las clases de teoría. Ambos exámenes constarán de dos partes, una primera parte del examen con preguntas tipo test y una segunda parte a desarrollar, ambas evaluadas con una puntuación máxima de 10 puntos. El temario correspondiente a cada examen parcial puede ser liberado con una calificación por encima del 4.0, aunque se requerirá una media entre los dos parciales superior a 5.0. El peso de la calificación de la teoría de la asignatura en la nota final será del 75%. El resto de la nota vendrá dada por las notas de los informes de prácticas de laboratorio y trabajos, suponiendo el trabajo de aproximación a los métodos numéricos aplicados al diseño de materiales compuestos un 10% de la nota final de la asignatura, y las dos prácticas de laboratorio y el otro trabajo de simulación de procesos un 5% Examenes parcial y final: El examen final constará de dos partes correspondientes a los temarios del primer parcial y del final, y a su vez cada parte constará de preguntas tipo test y de preguntas a desarrollar, ambas evaluadas con una puntuación máxima de 10 puntos La parte de desarrollo únicamente se tendrá en cuenta para la evaluación siempre que la parte tipo test del examen se evalúe por encima de 4.0 sobre La nota final de cada parte del examen será la nota media del test y de las preguntas de desarrollo. La nota final Para liberar los contenidos teóricos de la asignatura se deberá obtener una nota por encima de 4,0 en cada parcial, requiriéndose una nota igual o superior a cinco entre los dos parciales. La nota de los parciales se respetará hasta el examen extraordinario de julio. En el supuesto de que el alumno no supere el examen tendrá la opción de recuperar esta parte en el examen final. El peso de la calificación de la teoría de la asignatura en la nota final será del 75% Evaluación del trabajo práctico de laboratorio y de los trabajos Se evalúa el trabajo realizado en las prácticas corrigiendo los informes del alumno sobre el trabajo práctico realizado. La nota del trabajo práctico de laboratorio tendrá en cuenta las notas de los informes y la calificación de la prueba escrita. Además, se propondrán dos trabajos que el alumno podrá realizar en grupo. Uno será la aproximación a los métodos numéricos aplicados al diseño de materiales compuestos, y el otro una aproximación a la simulación de un proceso de fabricación por inyección de resina. La calificación del laboratorio y trabajos tendrá un peso del 25% en la nota final obtenida en la asignatura. Es necesario aprobar con una nota mayor o igual a 5 el laboratorio para superar la asignatura. 13