Nombre de la asignatura : Análisis de Fallas Mecánicas MAF

1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura : Análisis de Fallas Mecánicas
Carrera : Ingeniería en Materiales
Clave de la asignatura : MAF-1002
SATCA1 3 - 2 - 5
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Materiales la capacidad de aplicar
los fundamentos científicos de la ingeniería de materiales y sus interrelaciones entre
la estructura, propiedades, procesos y aplicaciones así como los procedimientos de
evaluación, seguridad y durabilidad para las condiciones de servicio de los
materiales
Intención didáctica.
El temario está distribuido en 4 unidades, empezando con los fundamentos de la
mecánica a la fractura de los materiales así como con la teoría y evaluación de la
fatiga. Se discuten conceptos de concentración de esfuerzos y su efecto en las
propiedades mecánicas en general de los materiales, tenacidad a la fractura, tipos
de fractura y la velocidad de propagación de grietas, estos últimos temas son
discutidos en la unidad 2.
Una vez que se conocen las diferencias entre los tipos de fractura y la velocidad de
propagación de las grietas de un material, se tienen que abordar los conceptos
fundamentales de fractura, la cual es la corresponde al área de mecánica a la
fractura. Finalmente, se discute en detalle la importancia e impacto de la tribología
en el campo de la mecánica de la fractura y fatiga y se proponen diferentes
experimentos de laboratorio para reforzar los conocimientos teóricos adquiridos.
Esto también, con el fin de que se promueva el desarrollo de habilidades para
experimentar, analizar, caracterizar e interpretar las variables y datos obtenidos, así
como los cambios en el aspecto físico de los materiales mediante las diferentes
técnicas de caracterización estructural y/o microestructural que se tienen para
evaluar dichos aspectos.
Todo esto puede resumirse, en que se pretende que el alumno posea los
conocimientos suficientes, no sólo en la solución a problemas de fractura reales,
sino también le provee de medios y herramientas necesarias para leer, entender y
aplicar información del mecánica a la fractura y fatiga publicada en revistas
especializadas.
1
Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias específicas:
ƒ Conocer
y
desarrollar
el
mecanismo
de
iniciación
y
propagación de grietas en el
material con base a su forma,
localización y orientación, para
determinar los mecanismos de
falla en los materiales cuando
están sometidos a la acción
simultánea de esfuerzo y un
medio corrosivo.
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales
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•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Capacidad de análisis y síntesis
Conocimiento de lengua extranjera
Comunicación oral y escrita
Trabajo en equipo
Aprendizaje autónomo
Habilidades básicas de manejo de la
computadora
Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes
diversas
Solución de problemas
Toma de decisiones
Capacidad
de
aplicar
los
conocimientos en la práctica
Habilidades de investigación
Capacidad de aprender
Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad)
Competencias interpersonales
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texto.
Competencias sistémicas
4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
Participantes
elaboración o revisión
Representantes de los Institutos
Tecnológicos de:
Instituto Tecnológico de Superior de Calkiní, Chihuahua,
Estudios Superiores de Superior de Irapuato, Morelia,
Ecatepec del 9 al 13 de Saltillo, Superior de Tlaxco y
Zacatecas.
noviembre de 2009.
Desarrollo de Programas
en
Competencias
Profesionales por los
Institutos Tecnológicos
del 16 de noviembre de
2009 al 26 de mayo de
2010.
Academias de Ingeniería en
Materiales de los Institutos
Tecnológicos de:
Chihuahua,
Saltillo,
Morelia,
Zacatecas, Irapuato, Calkiní y
Tlaxco
Representantes de los Institutos
Tecnológicos de:
Instituto Tecnológico de Superior de Calkiní, Chihuahua,
Zacatecas del 12 al 16 Superior de Irapuato, Morelia,
Saltillo, Superior de Tlaxco y
de abril de 2010.
Zacatecas.
Evento
Reunión
Nacional
de
Diseño
e
Innovación
Curricular
para
el
Desarrollo y Formación de
Competencias
Profesionales
de
la
Carrera de Ingeniería en
Materiales.
Elaboración del programa
de estudio propuesto en la
Reunión
Nacional
de
Diseño Curricular de la
Carrera de Ingeniería en
Materiales.
Reunión
Nacional
Consolidación
de
Programas
Competencias
Profesionales
de
Carrera de Ingeniería
Materiales.
de
los
en
la
en
5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Conocer y desarrollar el mecanismo de iniciación y propagación de grietas en el
material con base a su forma, localización y orientación, para determinar los
mecanismos de falla en los materiales cuando están sometidos a la acción
simultánea de esfuerzo y un medio corrosivo.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
•
•
•
•
•
•
Reconocimiento de defectos estructurales y microestructurales
Conocer cálculo diferencial e integral
Conocer física del estado sólido
Aplicar los métodos numéricos en la solución de ecuaciones
Manejo y uso de microscopia óptica y electrónica
Asociación de un comportamiento de variables con una representación gráfica
y una representación analítica
7.- TEMARIO
Unidad
1
2
3
Temas
Subtemas
Introducción a la mecánica 1.1. Introducción
de la fractura
1.1.1. Resistencia teórica
1.1.2. Modos de carga
1.1.3. Factor de concentración de esfuerzos
1.2. Principios de la mecánica de fractura
1.3. 1.2.1Aspectos metalúrgicos
1.4. Análisis de esfuerzos alrededor de grietas
1.5. Tenacidad de fractura
1.5.1. Teoría de Griffith
1.6. Determinación y aplicación del factor de
concentración de esfuerzos (KIC).
1.7. Tipos de fractura
Fatiga
Termofluencia
2.1. Esfuerzos cíclicos
2.2. Curvas S-N
2.3. Iniciación y propagación de la grieta
2.4. Velocidad de propagación de la grieta
2.5. Factores que afectan la vida de fatiga de los
materiales
2.6. Fatiga térmica
2.7. Fatiga higrotérmica
2.8. Mecanismos de fatiga
2.9. Pruebas de fatiga
3.1. Comportamiento bajo condiciones de
termofluencia
3.2. Influencia de la tensión y de la temperatura
3.3. Pruebas de termofluencia
4
Tribología
5
Análisis de casos prácticos
4.1. Generalidades y equipos
4.2. Topografía de superficies.
4.3. Contacto de sólidos.
4.4. Fricción.
4.5. Efecto del deslizamiento entre superficies.
4.6. Desgaste inicial.
4.7. Desgaste por adherencia.
4.8. Desgaste por abrasión.
4.9. Métodos de Control
4.10. Lubricación
5.1. Casos de fatiga y termofluencia
5.2. Casos de fragilización por Hidrógeno
5.3. Casos de recristalización en polímeros
5.4. Casos Industriales de Lubricación
5.5. Atlas de fractografía ASM
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
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•
Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en
distintas fuentes.
Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos
de la asignatura.
Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre
los estudiantes.
Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de
inducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la
investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas.
Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de
habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación
manejo y control de de variables y datos relevantes, planteamiento de
hipótesis, de trabajo en equipo.
Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los
conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo
de la asignatura.
Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científicotecnológica
Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos
de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.
Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente;
así como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable.
Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo
ocupacional.
Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de
estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.
Aplicar la creatividad y el espíritu emprendedor para el desarrollo de productos
y procesos.
9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Reporte de Investigación documental.
Reporte de proyectos.
Reporte de visitas industriales.
Ensayo de la asistencia a foros y conferencias.
Exámenes escritos.
Portafolio de evidencias.
Reportes de prácticas de laboratorio y productos obtenidos.
10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Introducción a la mecánica de la fractura
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje
Comprender el concepto de •
fractura y como se propaga
además de los fenómenos que lo •
producen.
Unidad 2: Fatiga
Competencia específica a desarrollar
Realizar una revisión de las teorías que se
relacionan directamente con la fractura.
Relacionarlos
desde
el
concepto
microestructural.
Actividades de Aprendizaje
Saber identificar los distintos tipos •
fatiga.
•
Entender el uso de los ensayos de
•
los materiales.
•
•
Unidad 3: Termofluencia
Competencia específica a desarrollar
Conocer los principios y las condiciones
que producen falla por fatiga en los
materiales.
Graficar e interpretar correctamente la
curva S-N.
Determinar el tiempo de vida de los
materiales sometidos a cargas cíclicas.
Reconocer las fallas por termofluencia.
Diferenciar el concepto de agrietamiento
por causas mecánicas de la falla y por
corrosión.
Actividades de Aprendizaje
Conocer y analizar las fallas de los •
materiales
producidas
por
termofluencia.
•
•
Analizar el comportamiento de los
materiales sometidos a condiciones de
termofluencia.
Reconocer los efectos producidos por la
termofluencia.
Analizar la superficie de fractura por
temofluencia.
Unidad 4: Tribología
Competencia específica a desarrollar
Conocer los diferentes fenómenos •
y
ensayos
mecánicos
que
producen y miden niveles de •
desgaste superficial.
•
Unidad 5: Análisis de casos prácticos
Competencia específica a desarrollar
Conocer y analizar algunos casos •
prácticos de estudio.
•
Actividades de Aprendizaje
Comprender la topografía de superficies y
como se mide.
Reconocer los efectos producidos por
fricción.
Analizar el estudio del desgaste por
contacto e impacto.
Actividades de Aprendizaje
Investigar casos prácticos de fallas de
materiales.
Identificar y clasificar los tipos de falla
11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Dieter, George E. Mechanical Metallurgy. McGraw –Hill, Third edition, Series in
Materials Science and Engineering.
2. Popov, Egor P. Mecánica de Materiales. LIMUSA, Segunda edición.
3. Callister, William D. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Reverté,
S. A.
4. Askeland, R. Donald y Phulé, Pradeep P. Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
Thomson Editores, Cuarte edición.
5. Mangonon, Pat L. Ciencia de los Materiales: Selección y Diseño. Prentice – Hall
6. Sarkar, A. D. Desgaste de Metales. LIMUSA.
7. Meyers, A. M., Krishau Kumar, Chawla. Mechanical Metallurgy: Principles and
Applications Prentice – Hall, 1988.
8. Introduction to Tribology, Bharat Bhushan, August 2002
9. Fractografy ASM Metals Handbook Vol 4
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
•
•
•
•
•
Ensayo de tenacidad a la fractura
Identificación de fallas a través de microscopía óptica y/o electrónica de
barrido
Identificación de fallas a través de emisión acústica
Ensayo de fatiga
Pruebas de desgaste por fricción.