102331 - MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN

Tipo de asignatura: obligatoria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

trimestre: Tercer trimestre

Créditos: 6

El idioma de impartición será Catalán/Castellano. Algunos materiales, terminología y bibliografía son en Inglés, por lo que conviene tener un mínimo nivel.

1. Introducción a la Modelización y Simulación en Ingeniería Mecánica. Tipos de modelos. Modelos físicos, modelos matemáticos analíticos, modelos matemáticos numéricos. "Lenguaje" de modelización.

2. Métodos matriciales para estructuras de barras. El Método de la Rigidez (Direct Stifness Method): Conceptos de matrices de rigidez, fuerzas y desplazamientos nodales. Conceptos de sistemas de coordenadas locales y globales. Conceptos de acoplamiento de matrices. Condiciones de contorno y métodos de aplicación de las mismas. Programación de los métodos matriciales para simulación estática del comportamiento de estructuras de barras expuestas a cargas externas.

3. La introducción al MEF (Método de Elementos Finitos). Principio de los Trabajos Virtuales (PTV). Progamación de los modelos numéricos con elementos 1D. Programación de códigos sencillos para simulación de problemas 1D a través del MEF.

Elasticidad bidimensional (2D): hipótesis de la tensión plana y de la deformación plana. Funciones de forma lineales. Modelización de las fuerzas repartidas. Discretizació de elementos finitos: el mallado. Elementos finitos triangulares y cuadriláteros de tres y cuatro nodos. Elementos Lagrangianos de 6 y 8 nodos.

4. Elementos avanzados (beam, plate, membrane, ...). Principio de los Trabajos Virtuales (PTV) en 3D. Funciones de forma lineales en 3D. Simplificación de modelos tridimensionales por problemas simétricos.

5. Modelos híbridos y avanzados. Introducción a modelos híbridos y object-oriented. Introducción a modelos avanzados: estrategias algorítmicas evolutivas, modelos "white-box", "grey-box" y "black-box". Uso de redes neuronales.

SOFTWARE: En este curso se utilizará SolidWorks y Matlab / Python.

Esta asignatura dispone de recursos metodológicos y digitales para hacer posible su continuidad en modalidad no presencial en el caso de ser necesario por motivos relacionados con la Covidien-19. De esta forma se asegurará la consecución de los mismos conocimientos y competencias que se especifican en este plan docente.

El Tecnocampus pondrá al alcance del profesorado y el alumnado las herramientas digitales necesarias para poder llevar a cabo la asignatura, así como guías y recomendaciones que faciliten la adaptación a la modalidad no presencial

Preparar modelos para cálculo numérico (CAD) y realizar el pre-proceso de estos modelos (aplicando condiciones de contorno, cargas, propiedades del material).

Utilizar software MEF para análisis de problemas estáticos.

Entender los conceptos básicos del modelado numérico.

Encontrar fácilmente orígenes de errores en las simulaciones numéricas

Analizar resultados de las simulaciones, extraer conclusiones y tomar medidas para mejorar el diseño de componentes mecánicos

La asignatura consta de 40 horas de clases presenciales en el aula (grupo grande), donde se desarrollarán los conceptos de teoría, con ejemplos y ejercicios y 20 horas de actividades en laboratorio (grupo pequeño).

Los estudiantes disponen de toda la información necesaria para seguir las explicaciones del profesor y poder estudiar de forma autónoma. Los alumnos tendrán acceso a los apuntes de la asignatura en la página web del curso.

Las sesiones de grupo pequeño son de asistencia obligatoria. En las prácticas de laboratorio informático los estudiantes se dividirán en equipos de un máximo de 2 miembros para realizar las tareas.

Las prácticas involucran programación de algoritmos de la simulación numérica y aprendizaje del uso de software de modelización y simulación numérica (SolidWorks y Matlab / Python).

El contenido de la asignatura está dividido en 5 temas:

1. Introducción a la Modelización y Simulación en Ingeniería Mecánica.

2. Métodos matriciales por simulación numérica.

1. Métodos Matriciales: Direct Stifness Method.
2. Direct Stifness Method por elementos barra (braguero).

3. MEF (Método de Elementos Finitos)

1. Principio de los Trabajos Virtuales (PTV)
2. Programación de los modelos numéricos MEF en 1D.
3. Elementos Triangulares.
4. Elementos Cuadriláteros.
5. Elementos Lagrangianos de 6, 8 y 9 nodos.

4. MEF 3D

1. Elementos estructurales avanzados 2D y 3D (beam, plate, membrane).
2. MEF por problemas 3D.

5. Modelos Híbridos y Avanzados

1. modelos Híbridos
2. modelos Avanzados

La asignatura consta de 40 horas de clases presenciales en el aula (grupo grande), donde se desarrollarán los conceptos de teoría, con numerosos ejemplos y ejercicios y 20 horas de actividades en laboratorio (grupo pequeño).

Los estudiantes disponen de toda la información necesaria para seguir las explicaciones del profesor y poder estudiar de forma autónoma. Los alumnos tendrán acceso a los apuntes de la asignatura en la página web del curso.

Las sesiones de grupo pequeño son de asistencia obligatoria. En las prácticas de laboratorio informático los estudiantes se dividirán en equipos de un máximo de 2 miembros para realizar las tareas.

Las prácticas involucran programación de algoritmos de la simulación numérica y aprendizaje del uso de software de modelización y simulación numérica (SolidWorks y Matlab / Python).

La asignatura se aprueba realizando prácticas, dos trabajos de curso y una nota de exámenes.

Las prácticas tendrán un peso total de 20% en la nota final.

El examen escrito incluye preguntas sobre conceptos teóricos que podrán ser evaluados durante el curso y uno o más problemas prácticos que evaluarán el día y hora asignados para el examen final de la asignatura. La nota de examen tendrá un peso del 30% sobre la nota final.

Habrá dos trabajos de curso:

• El primer trabajo de curso consistirá en la modelización geométrica en CAD de un sistema, mecanismo o pieza, el planteamiento de las condiciones de contorno y cargas a las que estará sometido / a en sus condiciones de trabajo y la posterior simulación numérica y análisis de resultados, con propuestas de mejora, en su caso. Habrá también realizar los planos 2D de la o las piezas implicadas en el mecanismo. El trabajo tendrá un peso del 25% sobre la nota final de curso.
• El segundo trabajo de curso consistirá en la realización de un modelo numérico programado en Matlab o Python para la optimización y / o simulación numérica de problemas. El trabajo tendrá un peso del 25% sobre la nota final de curso.

Es necesario la obtención de una calificación mínima de 35/100 en cada uno de los conceptos evaluables para que se realice la nota media.

La asistencia a clases es obligatoria, la falta injustificada en más de 3 sesiones implica la pérdida a derecho de evaluación.

La entrega de trabajos con más de 3 días de retraso implica la pérdida a derecho de evaluación.

Introduction to Finite Element Method, lecture notas of the course by C. Felippo

Oñate, Eugenio (1992). Cálculo de Estructuras miedo el Método de los Elementos Finitos. Ed. CIMNE.

Thompson EG Introduction to the finite element method: theory, programming and applications ..

Modelling and simulation fundamentales, J. Sokolowksi, C. Banks, Wiley, 2010

Martin J. Haigh: An Introduction to computer-aided design and manufacture, Oxford, 1985.

Shigley, JE Simulation of mechanical systems: an introduction. 1967. New York: McGraw-Hill