Mecánica de Materiales - Instituto Tecnológico de Matamoros

1.- DATOS DE LA ASIGNATURANombre de la asignatura : Mecánica de MaterialesCarrera : Ingeniería MecatrónicaClave de la asignatura : MTJ-1020SATCA 1 4-2-62.- PRESENTACIÓNCaracterización de la asignatura.La asignatura de Mecánica de materiales es básica en la formación de losIngenieros en Mecatrónica, ya que aporta los conocimientos básicos e iniciales parala interpretación de los conceptos de las propiedades mecánica de los materiales ysu aplicación en el diseño de componentes mecánicos de los sistemasmecatrónicos.La asignatura aporta los conocimientos necesarios para que el egresado deingeniería mecatrónica sea capaz de realizar diseños de sistemas mecatronicos,bajo parámetros de confiabilidad y seguridad de los materiales utilizados en sufabricación. Además de ser la asignatura inicial del diseño mecánico.Esta asignatura consiste en conocer, entender y saber seleccionar los materialesmás adecuados para soportar las condiciones específicas de trabajo (cargas,movimientos, etc.) a las que sean sometidos en el sistema del que sean parte.Tiene relación directa con asignaturas previas como son Dibujo, Estática, Dinámicay Ciencia e Ingeniería de los Materiales, los cuales aportan los conocimientosprevios en el campo de la mecánica relacionados con los temas de diagramas decuerpo libre, tipos de movimientos, cargas, estructuras cristalinas de los materiales ylas propiedades que de ellas se derivan; así como también aporta los conocimientosprevios para entender los temas correspondientes a las asignaturas posteriorescomo Mecanismos, Diseño de Elementos Mecánicos, Análisis de Vibraciones yManufactura avanzada.Intención didáctica.La asignatura debe ser tratada desde el punto de vista del entendimiento y lacorrecta interpretación de los conceptos aquí tratados con miras a su posterioraplicación en el diseño de sistemas completos, abordando los contenidos de unaforma sencilla que permita al estudiante un mejor entendimiento de la materia.El temario se organiza en cinco unidades. En la primera unidad se abordainicialmente la Ley de Hooke y se hace un análisis de los puntos importantesdel diagrama esfuerzo-deformación. Posteriormente se analizan sistemas1Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

sometidos a carga axial y tangencial, analizando los esfuerzos normales ycortantes simples. En la última parte de esta primera unidad se analizanproblemas hiperestáticos en donde se involucran los esfuerzos ydeformaciones de origen térmico.En la segunda unidad se hace referencia a elementos estructuralessometidos a torsión, en los cuales se analiza los esfuerzos cortantesproducidos por un torque, así como los efectos en la variación de la forma desu sección transversal. En la última parte se trata la transmisión de potenciamediante barras cilíndricas, para terminar con ejes estáticamenteindeterminados.En la tercera unidad se trata a los elementos estructurales sometidos aflexión. En esta parte se analizan a las vigas en cuanto a su esfuerzo ydeformación. Para lo anterior se abordan tres de las metodologías máscomunes para su análisis: el método de doble integración, de superposición yel de área de momentos. También se hace énfasis en la determinación delmomento de inercia de áreas así como en la selección del perfil adecuado. Enla última parte de se analizan las vigas estáticamente indeterminadas.En la cuarta unidad se trata a los elementos estructurales sometidos aesfuerzos combinados. En esta parte se aborda el análisis mediante el círculode Mohr de esfuerzos, en el cual se determinan los esfuerzos normales ycortantes máximos, así como los planos en los que se encuentran talesesfuerzos. En la última parte se analizan las deformaciones mediante elcírculo de Mohr y se hace una introducción a las rosetas de deformación.La quinta unidad se aborda los elementos estructurales, como las armaduras,las columnas. En esta parte se pretende identificar y diferenciar la formacomo trabaja los elementos estructurales, principalmente entre flexión ypandeo. En la última parte se analiza los elementos curvos, de los cuales sedetermina los esfuerzos máximos a tensión y compresión

3.- COMPETENCIAS A DESARROLLARCompetencias específicas:• Conoce e identifica los principalestipos de cargas (tensión,compresión, torsión flexión, etc.) alos que son sometidos loselementos mecánicos.• Calcula y determina los efectosresultantes (esfuerzo y deformación)en un componente mecánico alestar sometido a uno o varios tiposde cargas.• Selecciona los materiales ygeometrías adecuadas parasoportar las condiciones de carga yefectos resultantes y calcula losfactores de seguridad respectivos.Competencias genéricas:Competencias instrumentales• Establece la relación entre cargaaplicad y efecto resultante (esfuerzoy/ó deformación)• Conoce y aplica procedimientospara el cálculo de esfuerzos ydeformaciones en elementosmecánicos.• Caracteriza materiales mediantepruebas destructivas de tensión ycompresión.• Conoce las técnicas deextensometría y fotoelasticidad paradeterminar la magnitud y distribuciónde esfuerzos en componentesmecánicos.• Elabora reportes técnicos deprácticas e investigacionesrealizadas.• Entiende la terminología básica enIngles de la mecánica de materiales.• Capacidad de análisis y síntesis deproblemas de mecánica demateriales.• Realiza proyectos en equipo sobrela aplicación de los conocimientosvistos en mecánica de materiales.• Realiza búsquedas einvestigaciones de las aplicacionesde la mecánica de materiales y surelación con otros campos de laingeniería.Competencias interpersonales• Aquí van las competenciasinterpersonales.Competencias sistémicas• Aquí van las competencias sistémicas.

4.- HISTORIA DEL PROGRAMALugar y fecha deParticipanteselaboración o revisiónRepresentantes de los InstitutosTecnológicos de:Apizaco, Celaya, CiudadCuauhtémoc, Cuautla, Durango,Instituto TecnológicoSuperior de Irapuato del24 al 28 de agosto de2009.Desarrollo de Programasen CompetenciasProfesionales por losInstitutos Tecnológicosdel 1 de septiembre al 15de diciembre de 2009.Instituto Tecnológico deMexicali del 25 al 29 deenero de 2010.Guanajuato, Hermosillo,Huichapan, Irapuato, Jilotepec,Jocotitlán, La Laguna, Oriente delEstado de Hidalgo, Pabellón deArteaga, Parral, Reynosa, Saltillo,San Luis Potosí, Tlalnepantla,Toluca y Zacapoaxtla.Academias de IngenieríaMecatrónica de los InstitutosTecnológicos de:Apizaco, Zacapoaxtla,JocotitlánRepresentantes de los InstitutosTecnológicos de:Apizaco, Celaya, CiudadCuauhtémoc, Cuautla, Durango,Guanajuato, Hermosillo,Huichapan, Irapuato, Jilotepec,Jocotitlán, La Laguna, Mexicali,Oriente del Estado de Hidalgo,Pabellón de Arteaga, Reynosa,Saltillo, San Luis Potosí, Toluca yZacapoaxtla.EventoReunión Nacional deDiseño e InnovaciónCurricular para elDesarrollo y Formación deCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieríaMecatrónica.Elaboración del programade estudio propuesto en laReunión Nacional deDiseño Curricular de laCarrera de IngenieríaMecatrónica.Reunión Nacional deConsolidación de losProgramasenCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieríaMecatrónica.

5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO- Identificar los efectos de los elementos mecánicos al ser sometidos acargas de torsión, flexión, axial y combinados- Elaborar diagramas de fuerza cortante y momento flexionante paradeterminar los esfuerzos a que son sometidos los elementos mecánicos6.- COMPETENCIAS PREVIAS- Interpretar y aplicar los diferentes sistemas de unidades- Determinar propiedades geométricas de áreas planas- Calcular fuerzas mediante el análisis de diagramas de cuerpo libre.- Leer, interpretar y esquematizar dibujos de elementos mecánicos- Interpretar y aplicar los conceptos de derivación e integración- Conocer las propiedades mecánicas y estructura molecular de losmateriales- Interpretar, manejar y seleccionar información de catálogos ymateriales7.- TEMARIOUnidad Temas Subtemas1 Esfuerzo y deformación1.1 Esfuerzo normal y deformación axial1.2 Diagramas de esfuerzo- deformación (Leyde Hooke)1.3 Esfuerzo cortante y deformación angular1.4 Esfuerzos de aplastamiento.1.5 Esfuerzo biaxial (Esfuerzo en planosinclinados)1.6 Sistemas hiperestáticos y esfuerzostérmicos2 Torsión.2.1 torsión en barras prismáticas.2.2 Esfuerzo y deformación en barrascilíndricas.2.3 Transmisión de potencia por medio debarras cilíndricas.2.4 Ejes estáticamente indeterminados.3 Flexión3.1 Esfuerzo normal en vigas3.2 Esfuerzo cortante transversal3.3 Deflexión en vigas.3.3.1 Método de la doble integración.3.3.2 Método de superposición.3.3.3.Método del área de momentos3.4 Vigas estáticamente indeterminadas4 Esfuerzos combinados y 4.1 Circulo de Mohr para esfuerzo plano(ecuaciones de transformación)

deformaciones 4.2 Análisis de esfuerzo bajo cargascombinadas4.3 Circulo de Mohr para deformaciones4.4 Rosetas de deformación5 Elementos especiales5.1 Armaduras5.2 Columnas5.3 Vigas curvas

8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS• Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información endistintas fuentes.• Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, elintercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y lacolaboración de y entre los estudiantes.• Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales deinducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia lainvestigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas.• Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo dehabilidades para la experimentación, tales como: observación,identificación manejo y control de variables y datos relevantes,planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo.• Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de losconceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en eldesarrollo de la asignatura.• Proponer problemas que permitan al estudiante la integración decontenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis ysolución.• Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medioambiente; así como con las prácticas de una ingeniería con enfoquesustentable.• Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campoocupacional.• Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan deestudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.

9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN• Examen escrito• Desarrollo de las prácticas y/o prototipos• Investigación (Reporte y presentación de resultados)• Actividades complementarias (Manejo y análisis de resultados aplicandosoftware)• Presentación de informes y exposiciones de para complementar oprofundizar en temas específicos.• Proyecto final (Análisis de esfuerzos y deformaciones en elementosmecánicos bajo combinación de cargas en alguna aplicación práctica en laindustria, en laboratorios e instalaciones de la propia institución)10.- UNIDADES DE APRENDIZAJEUnidad 1: Esfuerzo y deformación.Competencia específica a desarrollarConocer los conceptos deesfuerzo y deformación y sercapaz de identificar la condiciónde trabajo (esfuerzo ydeformación) a la que estásometido un componentemecánico bajo carga.Actividades de Aprendizaje• Analizar los conceptos de: esfuerzonormal y cortante, deformación total yunitaria, y deformación por cortante.• Buscar ejemplos reales de elementossometidos a esfuerzos y deformación,y realizar una clasificación de estos• Analizar la ley de Hooke y describir lascaracterísticas del diagrama deesfuerzo deformación para distintostipos de materiales.• Calcular esfuerzos y deformacionespor carga axial y cortante.Unidad 2: Torsión.Competencia específica a desarrollarEstablecer la relación de esfuerzocortante y deformación angularcon el momento torsional para ejeso árboles utilizados en sistemas detransmisión de potencia; ademásde determinar las característicasgeométricas de dichos elementosbasándose en los criterios deresistencia.Actividades de Aprendizaje• Establecer la relación entre momentotorsional aplicado y desplazamientoangular en elementos circulares.• Calcular el esfuerzo cortante y elángulo de torsión en barras cilíndricassólidas y huecas.• Resolver problemas de transmisión depotencia por medio de barrascilíndricas.• Determinar las reacciones en sistemastorsionalesestáticamente

indeterminados.Unidad 3: FlexiónCompetencia específica a desarrollarAnalizar y evaluar los esfuerzos ydeflexiones en vigas sometidas acargas y así como seleccionar elperfil más adecuado.Actividades de Aprendizaje• Construir y analizar los diagramas defuerza cortante y momento flexionanteen vigas estáticamente determinadas.• Describir y utilizar las relaciones entrecarga - fuerza cortante, fuerzacortante-momento flexionante en laelaboración de diagramas.• Calcular esfuerzos normales ycortantes en vigas.• Calcular deflexiones y pendientes envigas, aplicando el método de la dobleintegración, área – momento yecuaciones de singularidad.• Diseñar el perfil de una viga.Unidad 4: Esfuerzos combinados y deformacionesCompetencia específica a desarrollarAnalizar y evaluar los esfuerzosresultantes en elementosmecánicos sometidos a cargascombinadas, para determinarmediante criterios de falla laresistencia del elemento y sufactor de seguridad.Actividades de Aprendizaje• Aplicar el círculo de Mohr paradeterminar los esfuerzos principales ycortantes máximos en un elementosometido a cargas combinadas.• Determinar la distribución de esfuerzosy deformaciones en estructuras ycolumnas.

Unidad 5: Elementos especialesCompetencia específica a desarrollarConoce las característicasfuncionales y las principalesaplicaciones de elementosespeciales como armaduras,columnas y vigas curvas.Realiza cálculos de la resistenciade los elementos especiales bajocargas combinadas y determinalos efectos resultantes.Actividades de Aprendizaje• Aplicar los conceptos vistos en las 4unidades anteriores para el análisis desistemas de armaduras (cálculomanual y mediante software).• Determinar la distribución de esfuerzosy deformaciones en estructuras ycolumnas.• Elaborar un prototipo demostrativo.Haga clic aquí para escribir texto.

11.- FUENTES DE INFORMACIÓN1. James M. Gere, Barry J Goodno. Mecánica de Materiales. SeptimaEdición. Ed. Cengage Learning Editores, 20092. Singer Ferdinand L., Resistencia de Materiales, Última Edición. Ed.HARLA3. Beer And Johnston, Mecánica de Materiales, Última Edición. Ed. Mc GrawHill4. Beuham P. P. And Crawford R. J., Mechanics Of Engineering Materials,Ed. John Wiley5. Boresi A. P. And Siderbottom O. M., Advanced Mechanics Of Materials,Ed. John Wiley6. Higdon A. Ohlsen E. Stiles, W. B. Weese J. A. And Riley W., MechanicsOf Materials, Ed. John Wiley7. Riley W. F. And Zachary L. W., Introduction To Mechanics Of Materials,Ed. John Wiley8. Bowes W. H. Russel L. T. Suter G. T., Mechanics Of EngineeringMaterials, Ed. Wiley International9. Rusel Hibbeler, Mecánica de Materiales, Última Edición. Ed. Prentice Hall10. Gere James M. y Timoshenko Stephen P., Mecánica de Materiales, Ed.Grupo Editorial Iberoamerica12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS• Prueba de tensión y compresión (Ley de Hooke y esfuerzos resultantes)• Torsión en elementos circulares.• Medición de Deformación en un componente mecánico, mediante el métodode extensometría.• Determinación de la distribución de esfuerzos en un componente mecánico,mediante el método de fotoelasticidad.• Análisis de esfuerzo y deformación en componentes mecánicos, mediantesoftware.