Resumen de 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, Diego Alexander Garzón-Alvarado

• español

  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.

• English

  This work presents the features of open-source PEFiCA software, using as tool in order to teach the finite element method in civil and mechanics engineering. To motivate, stimulate and supply the learning of the finite element method applied to problems of solid and fluid mechanics is the main objective of PEFiCA. The software allows solving the two-dimensional field differential equations of Poisson, which is applied to problems of irrotational flow, seepage of groundwater flow, heat transfer and shear stresses in bars subjected to torsion. Likewise, the software can calculate the stress and strain field in static linear elastic mechanical problem in plane stress condition and in plane strain condition. This problem type has important application on structural, mechanical and geotechnical engineering. PEFiCA allows that the user observes, understands and implements each one of the solve steps, so that, it takes an active part in the development of the main routine through the existing subroutines or by means of new subroutines make by itself. PEFiCA has been used at the classroom by students of civil engineering and structural engineering at the Universidad Nacional de Colombia during more than two years. The teachers indicate that the software provides the link between the presentation of the basic concepts of the finite element method and its application to practical problems, without regard its size. Moreover, we conclude that PEFiCA users knew the inner of finite element method, besides the simple coaching of input data and results presentation.