Contenidos y programación docente

Titulación
Grado en Ingeniería de Materiales
2014-06-26
Ficha de Asignatura: COMPOSITE MATERIALS
Departamento (Escuela)
Ciencia de Materiales (ETSI de Caminos, Canales y Puertos)
Nombre de la Asignatura
Composite Materials
Créditos ECTS
Tipo
Oblig
6
Código
45000122
Curso/Semestre
3/2
Temporalidad
Semestral
Idioma
Inglés
Justificación y Objetivos
This aim of this course is to provide the students an general vision of the field of composite materials,
including processing techniques, microstructure-properties relationship, mechanical design of laminates
and behavior under service conditions.
Prerrequisitos
No one
Conocimientos Previos del Alumno
Mecánica de Materiales I y II
Coordinación Directa con otras Asignaturas
Mecánica de Materiales III
Competencias genéricas
CG1: Uso de la lengua inglesa
CG3: Comunicación oral y escrita
CG9: Capacidad de trabajo interdisciplinar
Objetivos, destrezas y competencias específicas
CE1: Saber identificar las estructuras de los diversos tipos de materiales, y conocer las técnicas
de caracterización y análisis de materiales
CE3: Saber planificar la resolución de problemas relacionados con la selección, fabricación,
procesado, utilización y reciclado de todo tipo de materiales en función de las herramientas de
que se disponga y de las restricciones de tiempo y recursos
CE6: Saber diseñar, evaluar, seleccionar y fabricar materiales según sus aplicaciones
CE7: Saber diseñar, desarrollar y controlar los procesos de producción y transformación de
materiales
CE10: Saber evaluar la seguridad, durabilidad e integridad estructural de los materiales y
componentes fabricados con ellos
Titulación
Grado en Ingeniería de Materiales
2014-06-26
Ficha de Asignatura: COMPOSITE MATERIALS
Contenidos y Distribución de Tiempo Docente
(LM: Lección Magistral, RP: Resolución de Problemas, LB: Laboratorio, TI: Trabajo Individual, TG:
Trabajo en Grupo, DB: Debate en Aula, VI: Visitas, EV: Pruebas y Evaluaciones, OT: Otros
Procedimientos)
En la tabla siguiente se muestran los contenidos de la asignatura. La docencia presencial se divide en
lecciones magistrales de teoría y problemas (LM), resolución dirigida de problemas (RP), prácticas de
laboratorio (LB), visitas a empresas y centros de investigación y pruebas de evaluación (EV). Habrá también
una prueba de evaluación final.
Sem.
1
2
3
Tema (LM)
RP
Presentation (1h)
Why composite materials?. Classification
and typology. Present and future of
composite materials
Objectives and methodology of the course.
Evaluation.
PART 1.
Fibers (3h)
Classification. Natural fibers. Organic
synthetic fibers. C, ceramic and metallic
fibers. Discontinuous reinforcements.
Structure, fabrication and properties.
Mechanical behavior of isolated fibers and
fiber bundles.
Reinforcement architecture (2h)
Particle and short fibers. Unidirectional
lamina and laminates. Woven fabrics. 3D
fabrics.
Matrices (1h)
Polymeric, metallic and ceramic materials
used as matrices.
Interphases (1h)
Adhesion mechanisms. Mechanical
characterization of interfaces.
Metal-matrix composites (1h)
Typology and applications. Solid-state and
liquid-state manufacturing techniques.
Secondary processing.
Ceramic-matrix composites (1h)
Typology and applications. Processing by
powder metallurgy, impregnation and
infiltration. C/C composites.
Polymer-matrix composites (2h)
Typology and applications. Processing of
thermosets. Selection of manufacturing
process. Consolidation of prepegs.
Infiltration methods. Pultrusion. Filament
winding. Processing of thermoplastics.
LB
EV
Visitas
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Ficha de Asignatura: COMPOSITE MATERIALS
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PART 2. Micromechanics of Composites
Constitutive equations (1h)
Anisotropic elasticity. Elastic symmetries.
Stiffness and compliance matrices.
Anisotropic strength.
Elastic behavior (3h)
Mean-field approach. Micromechanical
models
Higro-thermal stresses (1.5h)
Thermal and hygrometric expansion
coefficients. Residual stresses.
Thermal and electrical conductivity (1.5h)
2h
Strength and failure (3h)
FIber- and matrix-dominated failure models.
Micromechanical models.
PART 3. Macromechanics of Composites
Orthotropic lamina (3h)
Plane stress assumptions. Stress-strain
relations in material axis. Global-local
2h
transformations. Stress-strain relations in
arbitrary axis. Reduced stiffness and
compliance matrix.
Orthotropic lamina (1h)
Thermo-hygrometric effects. Elastic problem
formulation of the composite lamina.
Failure Criteria (2h)
Failure criteria definitions. Experimental
2h
determination of strength parameters of a
single lamina. Standards. Maximum stress
criteria. Maximum deformation criteria. TsaiHill criteria. Twai-Wu criteria. Strength
analysis of the composite lamina.
Failure Criteria (1h)
Strength analysis of the composite lamina.
Classical lamination theory (2h)
Definition of laminates. Conventions.
2h
Kirchhoff assumptions. Stress & strain
analysis of laminates. Stiffness and
compliance matrix. Classification of
laminates. Thermomechanical analysis of
laminates. Edge effects
Classical lamination theory (3h)
Strength analysis of laminates. Composite
beams, tubes and plates.
2h
PART 4. Behavior under service conditions
Composite materials in applications:
Understanding the requirements.
Certification of composite structures.
NDE and Quality procedures (4h)
Damage tolerance: fatigue and impact
behavior . Composites repair (3 h)
Practice 1:
processing of
composites
(3h)
Parcial
Evaluation parts
1 & 2 (2h)
Practice 2: Finite
Element
Simulation of
Composite
Parcial
Laminates
Evaluation part
(2h)
3 (2h)
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Grado en Ingeniería de Materiales
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Ficha de Asignatura: COMPOSITE MATERIALS
Design of bonded and bolted joints (4 h)
Visit to
research
center
(4h)
13
-
Parcial
Evaluation part
4 & final
Evaluación final
(3h)
Total carga docente presencial:
LM: 49 horas, RP: 10 horas, LB: 4 horas, DB: -- horas, VI: 5 horas, EV: 7 horas, OT: -- horas
Sistema de Tutorías y Seguimiento
Se incentivará la asistencia de los alumnos en los horarios de tutorías establecidos en la asignatura. El
seguimiento del aprendizaje de los alumnos se realizará a través de las pruebas de las clases de
problemas (RP), de los trabajos individuales y de las evaluaciones parciales.
Sistema de evaluación (Técnicas y Calificación)
- Evaluación continuada (para liberar cada parte es necesario obtener un mínimo de 3/10)
- Evaluación parcial partes 1 y 2: 20%
- Evaluación parcial parte 3: 40%
- Evaluación parcial parte 4: 20%
- Prácticas de laboratorio: 20%
- Evaluación final
Bibliografía
- Composite Materials Handbook, vol. 3. Department of Defense, USA.
- Composites for Aircraft design. M. C. Y. Niu
- Principles of Composite Materials Mechanics. R. F. Gibson
- Introduction to composite materials design, Barbero, Ever J.
Profesorado y Distribución de Tiempo Docente
Profesor Coordinador: Javier LLorca
Profesores: Carlos González, Alvaro Ridruejo