Dinámica de Sistemas Mecánicos
Dinámica de Sistemas Mecánicos (IMEC-2540) es el segundo curso en el área de Sistemas Mecánicos de Ingeniería Mecánica en la Universidad de los Andes. Se enfoca en el estudio del comportamiento dinámico relacionado con el movimiento de partículas y cuerpos rígidos bajo la acción de fuerzas.
El curso permite interiorizar las leyes fundamentales para implementar el análisis dinámico de sistemas de dos dimensiones, tanto en un instante como en el tiempo. Para esto se profundiza en el manejo de Python simbólico como herramienta computacional para la modelación y simulación de mecanismos con sus variables cinemáticas y cinéticas.
Objetivos de aprendizaje
Al final del curso, los estudiantes serán capaces de:
- Calcular variables cinemáticas y cinéticas relacionadas con el movimiento de partículas y cuerpos rígidos en dos dimensiones a través de modelos analíticos.
- Analizar el movimiento de sistemas mecánicos tanto en un instante como en el tiempo apoyándose en modelos de simulación.
- Conducir experimentos, calcular incertidumbres, analizar datos experimentales y elaborar conclusiones basadas en los datos y modelos disponibles.
Contenido del curso
Módulo 1 — Cinemática
Repaso de conceptos prerrequisito, derivación e integración simbólica y numérica en Python, movimiento absoluto, rotación de eje fijo, velocidad y aceleración relativa entre cuerpos rígidos.
Módulo 2 — Cinética
Masa y momento de inercia, leyes de Newton, Newton-Euler (movimiento rectilíneo y general), dinámica inversa, ODE y dinámica directa, trabajo y energía.
Módulo 3 — Vibraciones
Vibración de partículas: movimiento libre, movimiento libre amortiguado, movimiento forzado y movimiento forzado amortiguado. Vibraciones de cuerpo rígido.
Laboratorios interactivos
Además del trabajo en clase magistral, los estudiantes aplican los conceptos aprendidos en laboratorios interactivos y aplicaciones prácticas. Estas actividades demuestran el rol de la dinámica en la ingeniería mecánica y fomentan el desarrollo de competencias en la conducción de experimentos, el análisis de datos y la elaboración de conclusiones.
Pre-Laboratorios
- Lab 1 — Cinemática RR: Robot RR (SCARA 2D): FK, IK, Jacobiano, perfiles de posición, velocidad y aceleración.
- Lab 2 — Clasificación de movimientos: Acelerómetro, filtrado de señales, integración numérica, MLPClassifier para clasificar movimientos.
- Lab 3 — Pata de Robot: Análisis de fuerzas en pata de robot con drivers variables. Carga de CAD y cálculo de fuerzas.
- Lab 4 — Vibraciones: Sistema masa-resorte-amortiguador. Transmisibilidad, diseño de aislamiento, 1 y 2 GDL.
Banco de Laboratorios
Laboratorios adicionales que cubren temas como mecanismo de 4 barras, manivela-corredera, robot serial 3R, ecuaciones de movimiento, impacto y colisiones, sistemas multicuerpo, métodos energéticos, trabajos virtuales, oscilador de Duffing, análisis modal y FRF, absorsor de vibraciones y vibraciones de vigas.
Referencias
- Meriam, J. L., Kraige, L. G., Bolton, J. Engineering Mechanics: Dynamics, 7th Ed., Wiley, 2012.
- Bedford, A., Fowler, W. Engineering Mechanics: Statics and Dynamics, 5th Ed., Prentice Hall, 2006.
- Hibbeler, R. C. Engineering Mechanics: Principles of Statics and Dynamics, 11th Ed., Pearson, 2006.
- Rao, S. Mechanical Vibrations, 6th Ed., Pearson Prentice-Hall, 2017.
- Rodríguez, C. F., Camargo, J. Dinámica Mecánica, 2da Ed., Ediciones Uniandes, 2023.
Software
- Python — modelación simbólica y simulación numérica
- Autodesk Inventor — diseño y análisis de mecanismos
- Tracker — análisis de video para experimentos de dinámica