Unidad responsable: 330 - EPSEM - Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Manresa Unidad que imparte: 702 - CMEM - Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica Curso: Titulación: 2016 GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA (Plan 2009). (Unidad docente Obligatoria) Créditos ECTS: 6 Idiomas docencia: Catalán, Castellano Profesorado Responsable: MARIA DOLORES RIERA COLOM Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: 1. Conocimiento del comportamiento mecánico en servicio de los materiales. 2. Conocer los procesos básicos de conformado de los diferentes tipos de materiales de ingeniería. 3. Seleccionar el material mas adecuado para aplicaciones básicamente estructurales. Transversales: 4. COMUNICACIÓN EFICAZ ORAL Y ESCRITA - Nivel 3: Comunicarse de manera clara y eficiente en presentaciones orales y escritas adaptadas al tipo de público y a los objetivos de la comunicación utilizando las estrategias y los medios adecuados. 5. USO SOLVENTE DE LOS RECURSOS DE INFORMACIÓN - Nivel 3: Planificar y utilizar la información necesaria para un trabajo académico (por ejemplo, para el trabajo de fin de grado) a partir de una reflexión crítica sobre los recursos de información utilizados. 6. APRENDIZAJE AUTÓNOMO - Nivel 3: Aplicar los conocimientos alcanzados en la realización de una tarea en función de la pertinencia y la importancia, decidiendo la manera de llevarla a cabo y el tiempo que es necesario dedicarle y seleccionando las fuentes de información más adecuadas. Metodologías docentes Clases expositivas/participativas. Resolución de ejercicios yproblemas. Simulación numérica. Prácticas de laboratorio. Trabajo en grupo. Presentación oral. Objetivos de aprendizaje de la asignatura Al terminar la asignatura el estudiante deberá ser capaz de: a) Comprender detalladamente la relación entre la estructura y las propiedades mecánicas de los materiales. b) Conocer los mecanismos de fallo en servicio de un material de ingeniería. c) Seleccionar el material más adecuado para aplicaciones estructurales habituales en el ámbito de la ingeniería. d) Elegir o descartar procesos de conformado según el material, la geometría a inducir y los requerimientos funcionales. 1 / 13
Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 150h Horas grupo grande: 30h 20.00% Horas grupo mediano: 0h 0.00% Horas grupo pequeño: 30h 20.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 90h 60.00% 2 / 13
Contenidos 1. Los materiales de ingeniería y sus propiedades Dedicación: 2h Las propiedades de los materiales de ingeniería. A.1: El precio y la disponibilidad de los materiales. 2. Los módulos de elasticidad Dedicación: 7h Grupo pequeño/laboratorio: 4h Enlace atómico y empaquetamiento atómico en los sólidos. Bases físicas del módulo de Young. Casos prácticos de diseño basado en el módulo elástico. A.2: Ejercicios. 3. Límite elástico, resistencia a la tracción y ductilidad Dedicación: 7h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Dislocaciones y deslizamiento en cristales. Métodos de endurecimiento y deformación plástica de poli-cristales. Aspectos vinculados al flujo plástico. Casos prácticos de diseño según el límite elástico. A.3: Ejercicios. 3 / 13
4. Mecánica de Materiales Dedicación: 19h Grupo grande/teoría: 8h Grupo pequeño/laboratorio: 6h El tensor esfuerzo y el tensor deformación. Teoría de la Plasticidad. A.4: Ejercicio de cálculo numérico. 5. Fractura rápida y tenacidad Dedicación: 9h Grupo pequeño/laboratorio: 4h Fractura rápida y tenacidad de los materiales. Micromecanismos de la fractura rápida. Casos prácticos de fractura rápida. Probabilidad de fractura en los materiales frágiles. A.5: Ejercicios. 6. Fallo por fatiga Dedicación: 13h Grupo grande/teoría: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 8h Fractura por fatiga. Diseño a fatiga. Casos prácticos de diseño a fatiga. A.6: Previsión de vida a fatiga mediante cálculo numérico. 4 / 13
7. Fluencia en caliente y fractura por fluencia en caliente Dedicación: 6h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 2h Teoría cinética de la difusión. Mecanismos de fluencia y materiales resistentes a la fluencia en caliente. El álabe de una turbina: un caso práctico de diseño limitado por la fluencia a alta temperatura. A.8: Ejercicios. 8. Fricción y desgaste Dedicación: 6h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Aprendizaje autónomo: 2h Fricción y desgaste. Casos prácticos. A9: Prácticas de laboratorio. Desgaste en herramientas de conformado. A.10: Ejercicios. 9. Metales Dedicación: 22h Grupo grande/teoría: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 6h Aprendizaje autónomo: 13h Aleaciones ligeras. Aceros: I - Aceros al carbono. Aceros: II Aceros aleados. Técnicas de producción, conformado y unión de metales. A.13: Trabajo en grupo y presentación oral. A.14: Simulación de un proceso de conformado. Práctica en grupo y trabajo individual entregable. 5 / 13
10. Cerámicas y vidrios Dedicación: 6h Grupo pequeño/laboratorio: 1h Obtención, conformado y unión de cerámicos. A.13: Trabajo sobre conformado de cerámicas. 11. Polímeros Dedicación: 7h Estructura de los polímeros. Comportamiento mecánico de los materiales poliméricos. Producción, transformación y unión de polímeros. A.14: Trabajo sobre conformado de polímeros. 12. Materiales compuestos Dedicación: 6h Grupo pequeño/laboratorio: 1h Compuestos con fibras y partículas. Espumas. Conformado de compuestos. A.15: Trabajo sobre conformado de materiales compuestos. 6 / 13
Planificación de actividades A.1. SEMINARIO SOBRE "PRECIO, COSTE Y DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALES" Seminario sobre conceptos relativos al aspecto económico de los materiales de ingeniería. Apuntes de clase, o periódicos con información económica. Dar la visión económica de los materiales. Dedicación: 1h Grupo grande/teoría: 1h A.2. EJERCICIOS INDIVIDUALES SOBRE EL DISEÑO BASADO EN LA RIGIDEZ Resolución de problemas de comportamiento mecánico dentro del régimen elástico de los materiales. Se preparará un entregable con la resolución de los ejercicios. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Aplicar los conocimientos adquiridos y asentar conceptos. Dedicación: 3h A.3. EJERCICIOS INDIVIDUALES SOBRE EL DISEÑO BASADO EN LA RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS MATERIALES Resolución de problemas de comportamiento mecánico dentro del régimen elastoplástico de los materiales. Se preparará un entregable con la resolución de los ejercicios. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Aplicar los conocimientos adquiridos y asentar conceptos. Dedicación: 3h A.4. EJERCICIO DE CÁLCULO NUMÉRICO Dedicación: 5h 7 / 13
Simulación del comportamiento de componentes sometidos a estados mecánicos. Software de cálculo ABAQUS, apuntes de clase, bibliografía recomendada. Aprender la utilización de un programa comercial de cálculo mediante el método de elementos finitos. Aprender la técnica de la simulación numérica en el campo estructural. A.5. EJERCICIOS INDIVIDUALES SOBRE FRACTURA DE LOS MATERIALES.TENACIDAD Resolución de problemas de comportamiento a fractura rápida; tenacidad de los materiales. Se preparará un entregable con la resolución de los ejercicios. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Aplicar los conocimientos adquiridos y asentar conceptos. Dedicación: 3h A.6. PRÁCTICA INDIVIDUAL DE SIMULACIÓN NUMÉRICA PARA LA PREVISIÓN DE VIDA A FATIGA DE MATERIALES METÁLICOS Simulación numérica FEM para determinar el estado tensional de un componente y hacer la previsión de vida a fatiga. Programa de cálculo FEM ABAQUS, apuntes de clase, bibliografía recomendada. Se preparará un entregable con la resolución de la práctica. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Practicar la simulación numérica y los criterios de vida a fatiga. Dedicación: 8h Aprendizaje autónomo: 8h 8 / 13
A.7. PRUEBA EVALUATIVA DE PROGRESO I Dedicación: 22h Aprendizaje autónomo: 20h Prueba escrita en la que el estudiante deberá mostrar el grado de consecución de los conocimientos adquiridos sobre los temas explicados hasta ese momento. La evaluación de este junto con el de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Consolidar y demostrar los conocimientos adquiridos hasta el momento. A.8. EJERCICIOS INDIVIDUALES SOBRE FRACTURA POR FLUENCIA EN CALIENTE Resolución de problemas de comportamiento mecánico a alta temperatura. Se preparará un entregable con la resolución de los ejercicios. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Aplicar los conocimientos adquiridos y asentar conceptos. Dedicación: 2h Aprendizaje autónomo: 2h A.9. PRÁCTICA DE LABORATORIO SOBRE DESGASTE EN HERRAMIENTAS DE CONFORMADO Complemento de formación en forma de práctica de laboratorio en la que se observarán herramientas de conformado en diferentes estado de dañado. Laboratorio de Materiales. Ampliar la informació dada en la sesión teórica. Dedicación: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 2h A.10. EJERCICIOS INDIVIDUALES SOBRE FRICCIÓN Y DESGASTE Dedicación: 2h Aprendizaje autónomo: 2h 9 / 13
Resolución de problemas de comportamiento en fricción y mecanismos de desgaste en materiales. Se preparará un entregable con la resolución de los ejercicios. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Aplicar los conocimientos adquiridos y asentar conceptos. A.11. TRABAJO EN GRUPO SOBRE CONFORMADO DE MATERIALES Trabajo sobre un proceso de conformado de materiales que se deberá presentar oralmente. Aprender con detalle uno de los procesos básicos de conformado. Preparación de una presentación. Presentación oral pública del trabajo. Dedicación: 10h Aprendizaje autónomo: 10h A.12. PRÁCTICA DE SIMULACIÓN NUMÉRICA APLICADA A PROCESOS DE CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA Dedicación: 3h Simulación numérica FEM para determinar el comportamiento de una preforma durante su conformado. Programa de cálculo numérico ABAQUS, apuntes de clase, bibliografía recomendada. Se preparará un entregable con la resolución de un problema de simulación para practicar individualmente la tecnología. La evaluación de esta actividad junto con la de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Optimización de procesos de conformado mediante simulación numérica. Practicar con el programa de simulación numérica. 10 / 13
A.13. TRABAJO INDIVIDUAL SOBRE CONFORMADO DE MATERIALES CERÁMICOS Trabajo sobre un proceso de conformado de materiales que se deberá presentar por escrito. Aprender con detalle uno de los procesos básicos de conformado. Dedicación: 5h A.14. TRABAJO INDIVIDUAL SOBRE CONFORMADO DE MATERIALES POLIMÉRICOS Dedicación: 5h Trabajo sobre un proceso de conformado de materiales que se deberá presentar por escrito. Aprender con detalle uno de los procesos básicos de conformado. A.15. TRABAJO INDIVIDUAL SOBRE CONFORMADO DE MATERIALES COMPUESTOS Trabajo sobre un proceso de conformado de materiales que se deberá presentar por escrito. Aprender con detalle uno de los procesos básicos de conformado. Dedicación: 5h A. 16. PRUEBA EVALUATIVA DE PROGRESO II Dedicación: 18h Aprendizaje autónomo: 16h Prueba escrita en la que el estudiante deberá mostrar el grado de consecución de los conocimientos adquiridos sobre los tema sexplicados hasta ese momento. 11 / 13
330122 - EMA - Ingeniería de Materiales La evaluación de este junto con el de las otras actividades formará parte de la evaluación según se especifica en el apartado correspondiente de la guía docente. Consolidar y demostrar los conocimientos adquiridos hasta el momento. Sistema de calificación La nota se calculará según la fórmula: Nfinal = (NTEORIA * 0.60) + (NPRÁCTICAS * 0.30) +(NTRABAJO * 0.10) Donde NTEORIA es la nota de la parte teórica de la evaluación y que responde a la siguiente expresión: NTEORIA = (A7 *0.50 + A16 *0.50) NPRÁCTICAS es la correspondiente a la parte de ejercicios, laboratorio y seminarios y que, en términos de las actividades, se define de la siguiente manera: NPRÁCTICAS = (A1+2.A2+2.A3+4.A4+2.A5+5.A6+A8+A9+A10+2.A12+3.A13+3.A14+3.A15)/30 Y, finalmente, NTRABAJO es la nota obtenida de la presentación y defensa de un trabajo en grupo: NTRABAJO = A11 A1, A2,... son las notas de las actividades 1.2,... Normas de realización de las actividades Las actividades son individuales, excepto en aquellas en las que se especifique claramente que son en grupo. Para poder realizarlas prácticas de laboratorio es necesario haber aprobado el cuestionario previo que se publicará con anticipación en el campus digital. Todos los informes entregados deben ser en formato ISO 9000. Los informes serán originales. La copia del contenido de estos es motivo de suspender la actividad. 12 / 13
Bibliografía Básica: Ashby, M.F.; Jones, D. R. H. Materiales para ingeniería 1: introducción a las propiedades, las aplicaciones y el diseño. Barcelona: Reverté, 2008-2009. ISBN 9788429172553. Ashby, M.F.; Jones, D. R. H. Materiales para ingeniería 2: introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño. Madrid: Reverté, 2009. ISBN 9788429172560. Complementaria: Dieter, George Ellwood. Mechanical metallurgy. SI Metric. New York: McGraw Hill Higher Education, 1988. ISBN 0071004068. Anglada, M. J. [et al.]. Fractura de materiales [en línea]. Barcelona: Edicions de la, 2002 [Consulta: 25/01/2016]. Disponible a: <http://hdl.handle.net/2099.3/36175>. ISBN 8483015927. Hosford, W. F.; Caddell, R. M. Metal forming: mechanics and metallurgy. 4th ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2011. ISBN 9780521881210. Mangonon, Pat L. Ciencia de materiales: selección y diseño. México: Prentice Hall, 2001. ISBN 9702600278. Brydson, J. A. Plastics materials. 7th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1999. ISBN 0750618647. de Garmo, E. P.; Black, J. T. ; Kohser, R. A. Materials and proceses in manufacturing. 10th ed. New York: John Wiley & Sons, 2007. ISBN 047136679X. Miracle, D. B.; Donaldson, S. L., editors. ASM handbook. Vol. 21, Composites. Ohio: ASM International, 2001. ISBN 9780871707031. ASM International Handbook Comittee. Ceramics and glasses. Metal Park, Ohio: ASM International, 1991. ISBN 0871702827. Kobayashi, Shir; Oh, Soo-Ik; Altan, Taylan. Metal forming and the finite-element method. New York: Oxford Series on Advanced Manufacturing, 1989. ISBN 0195044029. Otros recursos: - Programa comercial de cálculo mediante el método de elementos finitos ABAQUS. 13 / 13