Enseñanza del método de los elementos finitos en ingeniería civil y mecánica utilizando el programa de computador a código abierto PEFiCA

  • Dorian Luis Linero Segrera Universidad Nacional de Colombia, Bogotá
  • Diego Alexander Garzón Alvarado Universidad Nacional de Colombia, Bogotá

Resumen

Este trabajo presenta las características del programa a código abierto PEFiCA, utilizado como herramienta para la enseñanza del método de los elementos finitos en ingeniería civil y mecánica. PEFiCA tiene como objetivo principal motivar, estimular y facilitar el aprendizaje del método de los elementos finitos aplicado a problemas específicos de mecánica de sólidos y de fluidos. El programa permite resolver la ecuación diferencial de campo bidimensional de Poisson que tiene aplicación a problemas de flujo irrotacional, infiltración del agua en suelos permeables, transferencia de calor y distribución de esfuerzos cortantes en barras sometidas a torsión.  Asimismo, el programa puede calcular el campo del esfuerzo y la deformación en un problema mecánico elástico lineal estático en condición plana de esfuerzos y en condición plana de deformaciones. Este tipo de problemas tienen gran aplicación ingeniería estructural, ingeniería mecánica y geotecnia. PEFiCA permite que el usuario observe, entienda e implemente cada una de las etapas de cálculo, tal que participe activamente en la elaboración del procedimiento principal a partir de las subrutinas prexistentes o mediante nuevas rutinas creadas por él mismo. PEFiCA ha sido utilizado en el aula de clase, por estudiantes de Ingeniería Civil y de Maestría en Ingeniería – Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia, durante más de dos años. Los profesores indican que el programa facilita el vínculo entre la exposición de los conceptos básicos del método de los elementos finitos y su aplicación a problemas prácticos sin importar su tamaño. Además se concluyó que los usuarios de PEFiCA conocieron el interior del método de los elementos finitos, más allá del simple entrenamiento de introducir datos y observar resultados.

Biografía del autor/a

Dorian Luis Linero Segrera, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá
Ingeniero Civil y Magister en Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia. Doctor en Análisis Estructural de la Universidad Politécnica de Calaluña (Barcelona, España). Profesor Asociado de la Universidad Nacional de Colombia.
Diego Alexander Garzón Alvarado, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá
Ingeniero Mecánico de la Universidad Nacional de Colombia, Magister en Materiales de la Universidad de los Andes, Doctor en Mecánica Computacional de la Universidad de Zaragoza (España). Profesor Titular de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia, Bogotá (Colombia)

Referencias

Caicedo, M. A. (2010). Modelación numérica con elementos finitos del concreto reforzado con fibras cortas mediante un modelo constitutivo de daño - plasticidad. Tesis de Maestría en Ingeniería- Estructuras. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

Cardona, L. F. (2008). Simulación numérica del proceso de transferencia de calor en cables sometidos a corriente eléctrica. Tesis de pregrado en Ingeniería Civil. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

Corredor, C. (2009). Simulación numérica y comparación analítica y experimental de la distribución de esfuerzos en láminas con orificios sometidas a tensión. Tesis de pregrado en Ingeniería Civil. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

De Souza, E. A., Peric, D., & Owen, D. (2008). Computational methods for plasticity: John Wiley and Sons.

Herrera, L. A. (2007). Simulación del comportamiento elástico del concreto reforzado sometido a torsión pura mediante el método semi-inverso de Saint-Venant y el método de los elementos finitos. Tesis de pregrado en Ingeniería Civil. Bogotá, Universidad Nacional de Colombia.

Herrera, L. A. (2011). Modelación numérica del concreto simple con elementos finitos usando un modelo constitutivo de daño. Tesis de Maestría en Ingeniería- Estructuras. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

Hughes, T. J. R. (2000). The finite element method. New York: Dover.

Lamus, F., Caicedo, M. A., & Linero, D. (2011). Simulación numérica del comportamiento elástico del concreto reforzado con fibras cortas de acero en condición plana de esfuerzos. Revista Ingeniería e Investigación, 31(1), 26 - 38.

Linero, D. (1999). Euler. Programa didáctico de elementos finitos. Bogotá: Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia.

Linero, D. (2009). PEFiCA - Programa de elementos finitos a código abierto (Version versión 1.0). Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

Linero, D. L., & Garzón, D. A. (2010). Elementos de la mecánica del medio continuo para cuerpos sólidos. Volumen 1: Temas Básicos. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

Puerto, S. (2008). Automatización del proceso de generación de mallas en el método de los elementos finitos para el cálculo de esfuerzos en túneles y su validación mediante el método de las capas múltiples.

Tesis de pregrado en Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.

Reddy, J. N. (2005). An introduction to the finite element method (third edition ed.): McGrall-Hill.

Reddy, J. N. (2008). An introduction to continuum mechanics. Cambridge: Cambridge University Press.

Rodríguez, L. E. (2011). Modelación numérica del concreto simple con elementos finitos usando un modelo constitutivo de plasticidad. Tesis de Maestría en Ingeniería - Estructuras, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.

Taylor, R. (2008). FEAP - A Finite Element Analysis Program (Version 8.2). Berkeley: Department of Civil and Environmental Engineering - University of California.

Zienkiewicz, O., Taylor, R., & Zhu, J. (2005). The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals (6th ed. Vol. 1): Butterworth-Heinemann.

Publicado
2012-12-15
Cómo citar
Linero Segrera, D. L., & Garzón Alvarado, D. A. (2012). Enseñanza del método de los elementos finitos en ingeniería civil y mecánica utilizando el programa de computador a código abierto PEFiCA. Revista Educación En Ingeniería, 7(14), 35-46. https://doi.org/10.26507/rei.v7n14.242
Sección
Sección Ingeniería y Desarrollo