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Introducción a la Dinámica Estructural y al Análisis de Vibraciones.

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 Presentación


El curso le brindará al alumno el manejo de los conceptos básicos necesarios para formular y resolver problemas asociados a sistemas discretos de uno o varios grados de libertad y a sistemas continuos.


Se presentan aquí las metodologías que se aplican habitualmente para obtener las ecuaciones de movimiento del sistema según sea el caso y se estudiarán los procedimientos para calcular las frecuencias naturales y los modos propios de vibración de la estructura analizada.


En consecuencia, el enfoque comprende el estudio analítico de los sistemas dinámicos, su implementación y resolución numérica en los casos más sencillos como así también la aplicación de programas profesionales en el caso de sistemas complejos.


Las aplicaciones prácticas incluyen el estudio de la respuesta dinámica general de estructuras para los casos de vibraciones libres y forzadas con y sin amortiguamiento estructural o externo. Por otra parte, se estudian los conceptos básicos de aislación de vibraciones y de transmisibilidad entre estructuras o diferentes partes de una misma estructura.

   

El curso es profundo y directo, sin dejar de lado la practicidad y la agilidad requerida por los tiempos actuales. Se trata de una instancia donde cada tema teórico encuentra su aplicación directa a muchos de los problemas que a diario deben resolver el técnico especializado y el ingeniero.


 Objetivo general 

 

Que los participantes:


  • Obtengan sólidos conocimientos teórico-prácticos en los temas de Dinámica de Estructuras y Análisis de Vibraciones.


Objetivos específicos

 

Que los participantes:

 

  • Logren modelar los fenómenos de vibraciones mecánicas en sistemas discretos y continuos.


  • Aprendan a caracterizar el comportamiento dinámico de diferentes tipos de estructuras y componentes estructurales. 


  • Adquieran los criterios básicos para aplicar los conceptos y las metodologías desarrolladas en el curso a diferentes problemas de ingeniería.

 

Destinatarios

 

Alumnos de las carreras de ingeniería con conocimientos de álgebra y análisis matemático, Ingenieros de todas las especialidades, técnicos especializados con experiencia en diseño, dimensionamiento y/o verificación de componentes estructurales, arquitectos y proyectistas.


 Requisitos previos

 

Haber cursado y aprobado el curso El Método de los Elementos Finitos como Herramienta de Cálculo y Diseño en Ingeniería – Nivel Introductorio. 


 Metodología de enseñanza-aprendizaje

 

Lectura crítica y estudio del material didáctico por parte de los alumnos. Resolución analítica de problemas y ejercicios. Aplicación de herramientas computacionales de cálculo simbólico y numérico como así también de programas computacionales de uso frecuente en ingeniería y ciencias para la resolución de problemas aplicados. Consultas e intercambios en los foros, dirigidos y coordinados por el profesor-tutor. Asistencia a clases virtuales. Resolución de ejercicios prácticos y evaluaciones sobre la base de análisis de situaciones presentes en contextos laborales y profesionales. Evaluaciones y cuestionarios de tipo multiple choice en casos específicos. Realización de trabajos prácticos basados en la resolución de problemas utilizando códigos de desarrollo propio y de uso libre. 

 

 MODALIDAD EDUCATIVA

 

La modalidad es totalmente mediada por tecnologías a través del Campus Virtual FRBA. Las actividades que se realizarán serán:


·         Foros de discusión semanal propuestos por el docente (un foro por unidad).

·         Consulta al docente a través de e-mail o chat.

·         Dictado de clases en tiempo real mediante un Aula Virtual Sincrónica (AVS)[1]

·         Material de lectura semanal y por unidad temática

·         Actividades individuales y/o grupales de aplicación práctica semanal y por unidad temática.

·         Evaluaciones semanales y por unidad temática sobre la base de trabajos prácticos de aplicación de los conocimientos adquiridos.


Se trata de una modalidad básicamente asincrónica con el complemento del AVS, que supera la instancia de autoestudio por la implementación de foros proactivos coordinados por el profesor-tutor y dictado de clases en tiempo real. Los foros cumplen cuatro funciones pedagógico-didácticas fundamentales: 1) Son el lugar para la presentación de las dudas, consultas y opiniones críticas de los alumnos; 2) Son el principal espacio para la generación de retroalimentación (feed back) entre profesores-tutores y alumnos y alumnos entre sí; 3) Es el lugar específico para la discusión, coordinada por el profesor-tutor, de todos los temas tratados en los módulos de la especialidad o curso y 4) Es el lugar para el aprendizaje entre pares de los alumnos. A su vez, el AVS permite complementar todas aquellas instancias pedagógico-didácticas que le señalan límites a la modalidad puramente asincrónica. 

 

 Modalidad de evaluación y acreditación


Resolución de problemas y ejercicios seleccionados por el profesor (dentro de estos habrá ejercicios opcionales, de autoevaluación y obligatorios). Realización de trabajos prácticos guiados en los que se aplique la metodología con programas específicos.


Existirá una Evaluación Integradora Final por Módulo, que se llevará a cabo mediante la resolución de problemas.

 

Temario


Módulo I: Vibraciones Mecánicas en Sistemas Discretos de un Grado de Libertad


Unidad 1: Introducción a la dinámica estructural y al análisis de vibraciones.

1.1. Conceptos básicos.

1.2. Revisión de los principios fundamentales de dinámica.

1.3. Clasificación de las vibraciones.

1.4. Disipación viscosa y vibración de objetos inmersos en fluidos.

Unidad 2: Vibraciones libres en sistemas de un grado de libertad.

2.1. Obtención de las ecuaciones de movimiento por medio de la 2da ley de Newton (diagramas de cuerpo libre).

2.2. Obtención de las ecuaciones de movimiento a través de coordenadas generalizadas (ecuaciones de Euler-Lagrange).

2.3. Análisis de vibraciones libres (no forzadas) en sistemas de un grado de libertad.

2.4. Amortiguamientos por fricción viscosa y seca (de Coulomb) y por lazos de histéresis asociados a materiales con disipación.

2.5 Resolución de casos típicos y ejemplos.

Unidad 3: Vibraciones forzadas por fuentes armónicas en sistemas de un grado de libertad.

3.1. Respuesta forzada en sistemas no amortiguamiento excitados por una fuente de frecuencia simple.

3.2. Respuesta forzada en sistemas con amortiguamiento viscoso excitados por una fuente de frecuencia simple.

3.3. Estudio de otras fuentes de excitación armónica (rotación desbalanceada, desprendimiento de vórtices alrededor de cilindros, etc.).

3.4. Respuesta forzada en sistemas con amortiguamiento de Coulomb y de histéresis. Excitación multifrecuencia.

3.5 Resolución de casos típicos y ejemplos.


Unidad 4: Vibraciones forzadas por fuentes no armónicas en sistemas de un grado de libertad


4.1. Integral de convolución.

4.2. Respuestas forzadas debidas a fuentes generales de excitación.

4.3. Métodos numéricos.

4.4. Resolución de casos típicos y ejemplos.


Módulo II: Vibraciones Mecánicas en Sistemas Discretos de Varios Grados de Libertad


Unidad 1: Ecuaciones de movimiento para sistemas de varios grados de libertad.

2.1. Aplicación de la 2da Ley de Newton y de coordenadas generalizadas (ecuaciones de Euler-Lagrange).

2.2. Formulación matricial de las ecuaciones de movimiento.

2.3. Matrices de masa y de amortiguamiento.

2.4. Resolución de casos típicos y ejemplos.

Unidad 2: Vibraciones libres en sistemas de varios grados de libertad.

2.1. Frecuencias naturales y modos normales de vibración del sistema.

2.2. Propiedades de las frecuencias y de los modos normales de vibración. Normalización de las formas modales.

2.2. Determinación de las frecuencias naturales y de los modos propios de vibración de un sistema de varios grados de libertad. Factor de participación modal.

2.3. Amortiguamiento proporcional y viscoso.

2.4. Resolución de casos típicos y ejemplos.

Unidad 3: Vibraciones forzadas en sistemas de varios grados de libertad.

3.1. Excitaciones armónicas.

3.2. Análisis modal de sistemas sin amortiguamiento y con amortiguamiento proporcional. 

3.3. Análisis modal de sistemas con amortiguamiento general.

3.4. Soluciones numéricas.

3.5. Resolución de casos típicos y ejemplos. 

Unidad 4: Control de Vibraciones

            4.1. Teoría de aislación de vibraciones.

4.2. Aislación de vibraciones con excitación armónica.

            4.3. Absorción dinámica de vibraciones. Amortiguadores.

            4.4. Aspectos prácticos del análisis de vibraciones.


Módulo III: Vibraciones Mecánicas en Sistemas Continuos


Unidad 1: Análisis de vibraciones en sistemas simples.

1.1. Oscilaciones torsionales en ejes.

1.2. Vibraciones transversales en vigas.

1.3. Aplicación de métodos energéticos.

1.4. Resolución de algunos casos típicos y ejemplos.

Unidad 2: Aplicación del MEF en problemas de 1D.

2.1. Problemas de vibraciones libres y forzadas en estructuras de barras y vigas.

2.2. Obtención de frecuencias y modos propios de vibración.

2.3. Reducción y simplificación de problemas.

2.4. Resolución de casos típicos y ejemplos. 

Unidad 3: Aplicación del MEF en problemas de 2D.

            3.1. Problemas de vibraciones libres y forzadas en estructuras de placas.

3.2. Obtención de frecuencias y modos propios de vibración.

            3.3. Reducción y simplificación de problemas.

            3.4. Resolución de casos típicos y ejemplos (superposición modal e integración directa). 

Unidad 4: Aplicación del MEF en problemas de 3D.

            4.1. Problemas de vibraciones libres y forzadas en estructuras de geometría simple.

            4.2. Resolución de casos típicos y ejemplos (superposición modal e integración directa)


 Duración


3 meses.

 

Carga horaria

 

120 hs

 

Certificación

 

A todos los participantes que hayan aprobado el curso cumpliendo con todos los requisitos establecidos, se les extenderá un certificado de la Secretaría de Cultura y Extensión Universitaria, FRBA, UTN. Aquellos que aun habiendo participado activamente en los foros y realizado las actividades prácticas no cumplimentaran los requisitos de evaluación, recibirán un certificado de participación en el curso.

 

 Dirección y cuerpo docente

 

Coordinador:


Mi nombre es Juan Marcelo Barreto y soy ingeniero en Materiales de la CNEA (Carrera de Ingeniería en Materiales; Instituto Sábato (Comisión Nacional de Energía Atómica 2002 - 2006). Además, tengo una MBA (MBA - Master of Business Administration– Facultad Regional Buenos Aires, Escuela de Posgrado UTN.


Soy docente de numerosos cursos de informática y programación en la Facultad Regional Buenos aires de la Universidad Tecnológica Nacional y me he desempeñado y desempeño como ingeniero en empresas de nuestro país.

 

Profesor-tutor:

Mi nombre es Carlos González Ferrari y soy Ingeniero Mecánico especializado en métodos numéricos (UADE -2001). Cuento con una maestría (Master en Métodos Numéricos – UPC – 2003 -Barcelona-España-) y un doctorado sobre aplicaciones tecnológicas del método de los elementos finitos (Doctorado en Ingeniería (Análisis Estructural) – UPC – 2007 -Barcelona-España-).


Soy profesor del curso online del Centro de e-learning de la FRBA UTN: El Método de los Elementos Finitos como Herramienta de Cálculo y Diseño en Ingeniería –Nivel Introductorio (2014) y Profesor Adjunto Interino de varias materias en la Extensión Áulica Bariloche de la UTN-FRBA, desde el 2008 hasta la actualidad. Asimismo, soy Director Académico de la Extensión Áulica Bariloche de la UTN-FRBA (desde el 2013 a la actualidad).


Me desempeñé como Ingeniero analista de estructuras y componentes mecánico-nucleares, en INVAP S.E, desde el 2007 al 2012 y me desempeño como Ingeniero de cálculo y de verificación de componentes mecánicos y nucleares en el proyecto CAREM, CNEA, del 2012 a la actualidad.


He escrito numerosos artículos y capítulos de libros sobre esta temática y desarrollé una metodología computacional para el cálculo del calentamiento-enfriamiento de cuerpos sólidos por conducción, convección y radiación (2011-2012). Actualmente estoy desarrollando modelos numéricos (MEF) para llevar a cabo la simulación numérica de procesos de llenado de moldes, transporte de material y compactación de pulvimetales.


 BIBLIOGRAFÍA


[1] Kelly, G., Fundamentals of Mechanical Vibrations, 2nd Edition, Ed. Mc Graw Hill, 2000.

[2] Thomson, W., Teoría de Vibraciones - Aplicaciones, Ed. Prentice Hall, 1982.

[3] Bathe, K. J., Finite Element Procedures, Ed. Prentice Hall, 2006.

[4] Clough, R. W., Dynamics of Structures, McGraw – Hill, 1993.

[7] Department of Aerospace Engineering Science University  of Colorado at Boulder, Introduction to Finite Element Methods:  http://www.colorado.edu/engineering/cas/courses.d/IFEM.d/

[8] Bathe, K., MIT-OpenCourseWare, Finite Element Analysis of Solids and Fluids I, http://ocw.mit.edu/courses/mechanical-engineering/2-092-finite-element-analysis-of-solids-and-fluids-i-fall-2009/.




[1] El Centro de e-learning de la FRBA, en su programa de mejora continua ha decidido incorporar, como un complemento de la modalidad asincrónica, las clases en tiempo real, mediante el uso de un Aula Virtual Sincrónica (AVS). Por lo tanto, todos los cursos y especialidades deberán incorporar obligatoriamente las clases en tiempo real. De acuerdo a sus posibilidades y necesidades, los responsables de los cursos y especialidades decidirán su utilización en una frecuencia mínima de una clase por módulo (mensual) y máxima de ocho clases por módulo.

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