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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.
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UNIVERSIDADAUTÓNOMADENUEVOLEÓNFACULTADDEINGENIERÍAMECÁNICAYELÉCTRICA
PROGRAMAANALÍTICOFIME
Nombredelaunidaddeaprendizaje:BIOMECÁNICAFrecuenciasemanal:Unasesiónde3hrs.Horaspresenciales:3hrs.Horasdetrabajoextra-aula:4.5hrs.Modalidad:presencialPeríodoacadémico:semestreUnidaddeaprendizaje:(X)obligatoria ()optativaÁreacurricular,segúnelniveleducativo:Licenciatura ()Formaciónbásicaprofesional (X)Formaciónprofesional ()FormacióngeneralUniversitaria ()LibreelecciónCréditosUANL:3incluyendolaboratorioFechadeelaboración: Fechadelaúltimaactualización:Responsablesdeldiseño: Prof.Dr.FranciscoRamírezCruzPresentación:Estáunidaddeaprendizajesedivideen3unidadestemáticas,enlaprimeraunidadtemáticasepresentaelestudiodeestructurasyfuncionesdesistemasbiológicosutilizandométodosdelaingenieríamecánica.Lasegundaunidadtemáticacomprenderálametodologíaóptimaeneldiseñode componentesmecánicos fundamentados en la biomecánica. En la tercera unidad temática se sintetizarán las aplicaciones de estructurasóptimas.Propósito:.Estaunidaddeaprendizajetienecomofinalidadquelosestudiantesdeingenieríaapliquenlosconocimientosgeométricosadquiridosdeunidadesdeaprendizajeanterioresydeterminenpormediodemétodosnúmericoslasvariablesdeestadodedeformacionesyesfuerzos.DeigualformadesarrollarálahabilidaddelmanipularherramientasdesoftwaredetipoCAE(CAD/FEM)utilizadodentrodelámbitoIndustrial.Serácapazdegenerargeometrías,análisisdedeformacionesyesfuerzosdeestructurasbiológicasutilizandodiferentesherramientascomputacionales.Asímismoserácapazdevalidarlasformasbiológicasexperimentalmente.
Competenciasdelperfildeegreso:a. CompetenciasdelaFormaciónGeneralUniversitariaalasquecontribuyeestaunidaddeaprendizaje:Estaunidaddeaprendizajecontribuyealdesarrollodelassiguientescompetenciasgenerales:Competenciasinstrumentales:• Capacidadparaunaprendizajeautónomo.• Habilidadesparalautilizacióndediversoslenguajes:lógico,formal,matemático,icónico,verbalynoverbal.• Manejoefectivoenelusoygestióndelastecnologíasdelainformación.• Capacidaddecomunicarseensulenguamaterna.• Habilidadesparaeldesarrollodediversasexpresionesdelpensamiento:lógico,crítico,creativoypropositivo.
Competenciaspersonalesydeinteracciónsocial• Aceptación,compromisoyrespetoaladiversidadsocialycultural.• Compromisoprofesionalyhumanofrentealosretosdelasociedadcontemporáneaenlolocalyglobal.• EjerciciodelosvalorespromovidosporlaUANL,talescomo:verdad,solidaridad,responsabilidad,libertad,justicia,equidadyrespeto
alavida.• Capacidaddeuntrabajointer,ymultidiciplinario.• Habilidadparareconocerlasamenazasalentornosocialyecológicodesdelosámbitosprofesionalyhumano.
Competenciasintegradoras
• Habilidadesparalaaplicacióndeconocimientos.• Capacidad para promover un desarrollo sustentable a través de la comprensión holística de la realidad y la planeación e
implementacióninnovadoraycreativadesoluciones.• Capacidadparalasolucióndeproblemasylaadecuadatomadedecisiones.
b. Competenciasespecíficasdelperfildeegresoalasquecontribuyelaunidaddeaprendizaje:
• Generarydesarrollarmodelosmatemáticosgeométricos, seleccionando lametodologíaapropiada,paraquedichosmodelos seancongruentes.
• Validarmedianteherramientascomputacionalesytécnicasexperimentaleslasformasbiológicas.• Aplicarlasbasesdelestudiobiomécanicopararesolverproblemasdediseñomecánico.
Representacióngráfica
CompetenciasdelaUnidaddeAprendizaje
Instrumentales
.
InteracciónSocial
Integradoras
Unidadtemática1:EstudiodeestructurasyfuncionesdesistemasbiológicosutilizandométodosdelaingenieríamecánicaCompetenciasparticulares:Conocerlosantecedentesymarcoteóricodelamejoraestuctural.Interrelacionarlasestructurasbiológicasconsumedioambienteylascondicionesdediseñoymanufacturadelosfabricantesdecomponentesdemáquinasindustriales.Reconocerlascaracterísticasdeformayfunciónenunaestructurabiológica.
ElementosdeCompetencia
Evidenciasdeaprendizaje
Criteriosdedesempeño Actividadesdeaprendizaje Contenidos Recursos
1.-Conocerlosantecedentesymarcoteóricodelamejoraestuctural.2.-Interrelacionarlasestructurasbiológicasconsumedioambienteylascondicionesdediseñoymanufacturadelosfabricantesdecomponentesdemáquinasindustriales.3.-Reconocerlascaracterísticasdeformayfunciónenunaestructurabiológica
1.-Reportedecálculodedesplazamientosyesfuerzosempleandoelmétododeelementosfinitos
1.-Descripcióndeejemplosdeestructurasbiológicas.
2.-Identificacióndecaracterísticasyusocorrectodetérminos.
3.-Habilidadenelusodelasherramientascomputacionalesdelcurso.
1.-Esaltamenterecomiendablequesedefinanequiposdetrabajopararealizaralgunasactividadescomo:Discusióndelosconceptosatravésdedebatesgrupales,lluviasdeideasqueinvolucrenlosdiferentestiposdeestructurasbiológicas,relacionándolasconlasaplicacioneseneldiseñomecánico.
1.-DefinicióndeBiomecánica,Continuidadgeométrica,Mejoraestructural,etc.2.PrincipiodelaEnergíaPotencialMínima.3.Métododeelementosfinitos.
Pizarrón,marcadores,borrador,hojas,tintaparaimpresora.Proyectorypantalla.ProgramascomputacionalescomoRhinoceros,SolidWorksyANSYS.
Unidadtemática2:Metodologíaóptimaeneldiseñodecomponentesmecánicosfundamentadosenlabiomecánica.Competencias particulares: Desarrolla modelos de CAD para su importación en ambientes de elemento finito y su fabricación para laexperimentación.ElementosdeCompetencia
Evidenciasdeaprendizaje
Criteriosdedesempeño Actividadesdeaprendizaje Contenidos Recursos
1.-Determinalascondicionesdefronteraenunaestructurabiológica.2.-Reconocelasvariablesrequeridasparasuimplementaciónexperimentalconmodelosfísicos.
1.-Reporte:Modeladogeométricodeestructurasbiológicas2.-Reporte:Modeladoconelementosfinitosdeestructurasbiológicas
1.-AbstraccióndelosprincipaleselementosgeométricosenunaestructurabiológicaparalarepresentaciónenCAD.2.-Selecciónadecuadadematerialesymétodosparalaexperimentación.3.-Habilidadenelusodelasherramientascomputacionales
1.-Hacerunreporteconlosproblemasplanteadosylospasosdelusodeherramientascomputacionalesdelcurso.2.-Hacerunreporteconlasoluciónnúmericadelproblemaseleccionadoparaelcasodeestudio.
1.-Metodologíadediseñoóptimo.2.-Axiomadelosesfuerzosconstantesydiseñoestructuralenlosárboles.3.-Optimizacióntopológica,deformaytopográfica.
Pizarrón,marcadores,borrador,hojas,tintaparaimpresora.Proyectorypantalla.ProgramascomputacionalescomoRhinoceros,SolidWorksyANSYS.
Unidadtemática3:AplicacióndeestructurasóptimasCompetenciasparticulares:Generarydesarrollarmodelosmatemáticosgeométricos,seleccionandolametodologíaapropiada,paraquedichosmodelosseanvalidándosmedianteherramientascomputacionalesymétodosexperimentalesElementosdeCompetencia
Evidenciasdeaprendizaje
Criteriosdedesempeño Actividadesdeaprendizaje Contenidos Recursos
1.-Identificarlosdiferentesmétodosdeexperimentaciónexistentesparalavalidacióndelcasodeestudiopropuesto.2.-Compararlosresultadosobtenidospormediodelmétododeelementofinitoylatécnicaexperimentalseleccionada.
1.-Reporte:Métododevalidaciónexperimentalysumarcoteórico.2.-Presentacióndeltrabajofinalporequiposdetrabajo.
1.-Identificaciónsuficientedelascaracterísticasgeométricasdecasosplanteados.2.-Capacidaddecalcularyresolverproblemasplanteados.3.-Habilidaddeusodeprogramasdeelementofinito.
1.-Exponerelcálculoylasoluciónaproblemasplanteadosparaelmodeladoconelementosfinitos.2.-Exponerelcálculoylasoluciónaproblemasplanteadosparalavalidaciónexperimental.3.Elestudiantedemostrarálahomogeneidaddeesfuerzossobreunatrayectoriadadayexperimentalmentevalidaráelaxiomadelosesfuerzosconstantes.
1.-Analogíasentreestructurasmecánicasybiológicas2.-Aplicacionesenlaingenieríademáquinasinteligentes
Pizarrón,marcadores,borrador,hojas,tintaparaimpresora.Proyectorypantalla.ProgramascomputacionalescomoRhinoceros,SolidWorksyANSYS.
EvaluaciónintegraldeprocesosyproductosEvidenciaReportedecálculodedesplazamientosyesfuerzosempleandoelmétododeelementosfinitosReporte:ModeladogeométricodeestructurasbiológicasReporte:ModeladoconelementosfinitosdeestructurasbiológicasReporte:Métododevalidaciónexperimentalysumarcoteórico.ExamendeMediocursoExamenOrdinarioProducto Integrador: Generar modelos matemáticos geométricos, seleccionando la metodologíaapropiada, para que dichos modelos sean validados mediante herramientas computacionales ymétodosdeingenieríamecánica.
Ponderación
551010202030
Productointegradordelaprendizajedelaunidaddeaprendizaje:
Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante entregará su portafolio para su evaluación, el cuál contendrá las evidencias paraacreditarlaunidaddeaprendizaje.Ademásuntrabajofinalquelepermitadesarrollarhabilidadesdelaunidaddeaprendizaje.
Laevaluacióndelproductointegradorcontendrálossiguienteselementos:1.-Formacióndeunequipodetrabajoconhabilidadescomplementarias.(2puntos)2.Reportesobrecasodeestudiodeaplicaciónasignado.DiagramadeGantdetrabajo.(2puntos)3.Reporteescritosobrelaexperimentacióndelcasodeestudioasignado.(10puntos)4.Reporteescritodecasodeestudioenformatodeartículo.(5puntos)5.Cincominutasdetrabajodelcasodeestudioasignado.(5puntos)6.Compilaciónenpapeldelmaterialdelcurso,disponibleenformadigital.(6puntos)
Fuentesdeapoyoyconsulta:
! Libro:ComputationalModellinginBiomechanicsAutor:SuvranuDe;FarshidGuilakMohammad;R.K.Mofrad.Editorial:SpringerVerlag;ISBN:978-1-4419-1119-3
! Libro:DesigninderNatur
Autor:ClausMattheckEditorial:RombachWissenschaftISBN:3-7930-9150-3
! Libro:BiologischesDesign
Autor:WernerNachtigallEditorial:SpringerVerlagISBN:3-540-22789-X
! Revista:Ingenierias
Año:2004#derevista:http://ingenierias.uanl.mx/22/disenooptimo.PDFMes:Enero-MarzoNombredelartículo:Diseñoóptimodeelementosmecánicosusandoalgoritmosdecrecimientobiológico.Autor:FranciscoRamírezCruz,UbaldoOrtizMéndez,Fco.EugenioLópezGuerrero,RigobertoGuzmánAnaya
Perfildeldocente:
GradodeMaestríay/oDoctorado.Fichabibliográficadelprofesor:Prof.Dr.FranciscoRamírezCruz:IngenieroMecánicoElectricistaporlaFIME/UANL,MaestroenCienciasdelaMecatrónicaporlaUniversidadTécnicadeHamburgo,Alemania.DoctorenIngenieríadeMaterialesporlaFIME/UANLencooperaciónconlaUniversidadTécnicadeHamburgo,Alemania.DirigióeldepartamentodeSomatoprótesisde laFacultaddeMedicinade laUANL.Profesordetiempocompletode laDivisióndeIngenieríaMecatrónicadeFIME/UANL..MiembrodelCuerpoAcadémico“SistemasIntegradosdeManufactura”(CASIM).
