UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA PROGRAMA ANALÍTICO FIME Nombre de la unidad de aprendizaje: BIOMECÁNICA Frecuencia semanal: Una sesión de 3 hrs. Horas presenciales: 3 hrs.horas de trabajo extra-aula: 4.5 hrs. Modalidad: presencial Período académico: semestre 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 laboratorio Fecha de elaboración: Fecha de la última actualización: Responsables del diseño: Prof.Dr. Francisco Ramírez Cruz Presentación: Está unidad de aprendizaje se divide en 3 unidades temáticas, en la primera unidad temática se presenta el estudio de estructuras y funciones de sistemas biológicos utilizando métodos de la ingeniería mecánica. La segunda unidad temática comprenderá la metodología óptima en el diseño de componentes mecánicos fundamentados en la biomecánica. En la tercera unidad temática se sintetizarán las aplicaciones de estructuras óptimas. Propósito:. Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad que los estudiantes de ingeniería apliquen los conocimientos geométricos adquiridos de unidades de aprendizaje anteriores y determinen por medio de métodos númericos las variables de estado de deformaciones y esfuerzos. De igual forma desarrollará la habilidad del manipular herramientas de software de tipo CAE (CAD/FEM) utilizado dentro del ámbito Industrial. Será capaz de generar geometrías, análisis de deformaciones y esfuerzos de estructuras biológicas utilizando diferentes herramientas computacionales. Así mismo será capaz de validar las formas biológicas experimentalmente.

2 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: Capacidad para un aprendizaje autónomo. Habilidades para la utilización de diversos lenguajes: lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal. Manejo efectivo en el uso y gestión de las tecnologías de la información. Capacidad de comunicarse en su lengua materna. Habilidades para el desarrollo de diversas expresiones del pensamiento: lógico, crítico, creativo y propositivo. Competencias personales y de interacción social Aceptación, compromiso y respeto a la diversidad social y cultural. Compromiso profesional y humano frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global. Ejercicio de los valores promovidos por la UANL, tales como: verdad, solidaridad, responsabilidad, libertad, justicia, equidad y respeto a la vida. Capacidad de un trabajo inter, y multidiciplinario. Habilidad para reconocer las amenazas al entorno social y ecológico desde los ámbitos profesional y humano. Competencias integradoras Habilidades para la aplicación de conocimientos. Capacidad para promover un desarrollo sustentable a través de la comprensión holística de la realidad y la planeación e implementación innovadora y creativa de soluciones. Capacidad para la solución de problemas y la adecuada toma de decisiones. b. Competencias específicasdel perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje: Generar y desarrollar modelos matemáticos geométricos, seleccionando la metodología apropiada, para que dichos modelos sean congruentes. Validar mediante herramientas computacionales y técnicas experimentales las formas biológicas. Aplicar las bases del estudio biomécanico para resolver problemas de diseño mecánico.

3 Representación gráfica Instrumentales. Interacción Social Competencias de la Unidad de Aprendizaje Integradoras

4 Unidad temática1: Estudio de estructuras y funciones de sistemas biológicos utilizando métodos de la ingeniería mecánica Competencias particulares: Conocer los antecedentes y marco teórico de la mejora estuctural. Interrelacionar las estructuras biológicas con su medio ambiente y las condiciones de diseño y manufactura de los fabricantes de componentes de máquinas industriales. Reconocer las características de forma y función en una estructura biológica. Elementos de Competencia 1.-Conocer los antecedentes y marco teórico de la mejora estuctural. 2.-Interrelacionar las estructuras biológicas con su medio ambiente y las condiciones de diseño y manufactura de los fabricantes de componentes de máquinas industriales. Evidencias de aprendizaje 1.- Reporte de cálculo de desplazamientos y esfuerzos empleando el método de elementos finitos Criterios de desempeño 1.-Descripción de ejemplos de estructuras biológicas. 2.- Identificación de características y uso correcto de términos. 3.- Habilidad en el uso de las herramientas computacionales del curso. Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 1.- Es altamente recomiendable que se definan equipos de trabajo para realizar algunas actividades como: Discusión de los conceptos a través de debates grupales, lluvias de ideas que involucren los diferentes tipos de estructuras biológicas, relacionándolas con las aplicaciones en el diseño mecánico. 1.- Definición de Biomecánica, Continuidad geométrica, Mejora estructural, etc. 2. Principio de la Energía Potencial Mínima. 3. Método de elementos finitos. Pizarrón, marcadores, borrador, hojas, tinta para impresora. Proyector y pantalla. Programas computacionales como Rhinoceros, SolidWorks y ANSYS. 3.- Reconocer las características de forma y función en una estructura biológica

5 Unidad temática 2: Metodología óptima en el diseño de componentes mecánicos fundamentados en la biomecánica. Competencias particulares: Desarrolla modelos de CAD para su importación en ambientes de elemento finito y su fabricación para la experimentación. Elementos de Competencia 1.- Determina las condiciones de frontera en una estructura biológica. 2.- Reconoce las variables requeridas para su implementación experimental con modelos físicos. Evidencias de aprendizaje 1.- Reporte: Modelado geométrico de estructuras biológicas 2.- Reporte: Modelado con elementos finitos de estructuras biológicas Criterios de desempeño 1.- Abstracción de los principales elementos geométricos en una estructura biológica para la representación en CAD. 2.- Selección adecuada de materiales y métodos para la experimentación. Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 1.- Hacer un reporte con los problemas planteados y los pasos del uso de herramientas computacionales del curso. 2.- Hacer un reporte con la solución númerica del problema seleccionado para el caso de estudio. 1.- Metodología de diseño óptimo. 2.- Axioma de los esfuerzos constantes y diseño estructural en los árboles. 3.- Optimización topológica, de forma y topográfica. Pizarrón, marcadores, borrador, hojas, tinta para impresora. Proyector y pantalla. Programas computacionales como Rhinoceros, SolidWorks y ANSYS. 3.- Habilidad en el uso de las herramientas computacionales

6 Unidad temática 3: Aplicación de estructuras óptimas Competencias particulares: Generar y desarrollar modelos matemáticos geométricos, seleccionando la metodología apropiada, para que dichos modelos sean validándos mediante herramientas computacionales y métodos experimentales Elementos de Competencia 1.- Identificar los diferentes métodos de experimentación existentes para la validación del caso de estudio propuesto. 2.- Comparar los resultados obtenidos por medio del método de elemento finito y la técnica experimental seleccionada. Evidencias de aprendizaje 1.- Reporte : Método de validación experimental y su marco teórico. 2.- Presentación del trabajo final por equipos de trabajo. Criterios de desempeño 1.- Identificación suficiente de las características geométricas de casos planteados. 2.- Capacidad de calcular y resolver problemas planteados. 3.- Habilidad de uso de programas de elemento finito. Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos 1.- Exponer el cálculo y la solución a problemas planteados para el modelado con elementos finitos. 2. -Exponer el cálculo y la solución a problemas planteados para la validación experimental. 3. El estudiante demostrará la homogeneidad de esfuerzos sobre una trayectoria dada y experimentalmente validará el axioma de los esfuerzos constantes. 1.- Analogías entre estructuras mecánicas y biológicas 2.- Aplicaciones en la ingeniería de máquinas inteligentes Pizarrón, marcadores, borrador, hojas, tinta para impresora. Proyector y pantalla. Programas computacionales como Rhinoceros, SolidWorks y ANSYS.

7 Evaluación integral de procesos y productos Evidencia Reporte de cálculo de desplazamientos y esfuerzos empleando el método de elementos finitos Reporte: Modelado geométrico de estructuras biológicas Reporte: Modelado con elementos finitos de estructuras biológicas Reporte : Método de validación experimental y su marco teórico. Examen de Medio curso Examen Ordinario Producto Integrador: Generar modelos matemáticos geométricos, seleccionando la metodología apropiada, para que dichos modelos sean validados mediante herramientas computacionales y métodos de ingeniería mecánica. Ponderación Producto integrador del aprendizaje de la unidad de aprendizaje: Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante entregará su portafolio para su evaluación, el cuál contendrá las evidencias para acreditar la unidad de aprendizaje. Además un trabajo final que le permita desarrollar habilidades de la unidad de aprendizaje. La evaluación del producto integrador contendrá los siguientes elementos: 1.- Formación de un equipo de trabajo con habilidades complementarias. (2 puntos) 2. Reporte sobre caso de estudio de aplicación asignado. Diagrama de Gant de trabajo. (2 puntos) 3. Reporte escrito sobre la experimentación del caso de estudio asignado. (10 puntos) 4. Reporte escrito de caso de estudio en formato de artículo. (5 puntos) 5. Cinco minutas de trabajo del caso de estudio asignado. (5 puntos) 6. Compilación en papel del material del curso, disponible en forma digital. (6 puntos)

8 Fuentes de apoyo y consulta:! Libro: Computational Modelling in Biomechanics Autor: Suvranu De; Farshid Guilak Mohammad; R.K. Mofrad. Editorial: Springer Verlag; ISBN: ! Libro: Design in der Natur Autor: Claus Mattheck Editorial: Rombach Wissenschaft ISBN: ! Libro: Biologisches Design Autor: Werner Nachtigall Editorial: Springer Verlag ISBN: X! Revista: Ingenierias Año: 2004 # de revista: Mes: Enero-Marzo Nombre del artículo: Diseño óptimo de elementos mecánicos usando algoritmos de crecimiento biológico. Autor: Francisco Ramírez Cruz, Ubaldo Ortiz Méndez, Fco. Eugenio López Guerrero, Rigoberto Guzmán Anaya Perfil del docente: Grado de Maestría y/o Doctorado. Ficha bibliográfica del profesor: Prof. Dr. Francisco Ramírez Cruz: Ingeniero Mecánico Electricista por la FIME/UANL, Maestro en Ciencias de la Mecatrónica por la Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania. Doctor en Ingeniería de Materiales por la FIME/UANL en cooperación con la Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania. Dirigió el departamento de Somatoprótesis de la Facultad de Medicina de la UANL. Profesor de tiempo completo de la División de Ingeniería Mecatrónica de FIME/UANL.. Miembro del Cuerpo Académico Sistemas Integrados de Manufactura (CASIM).