Análisis numérico como estrategia didáctica para la enseñanza y el aprendizaje de la resistencia de los materiales

Autores/as
DOI:
https://doi.org/10.47456/bjpe.v11i4.49850
Palabras clave:
Educación en Ingeniería, Impresión 3D, Simulación por computadora, secuencia de enseñanza, FreeCAD
Resumen

La enseñanza a través de clases expositivas y dialogadas de conceptos abstractos utilizando únicamente pizarras y tizas sigue siendo muy común en las carreras de ingeniería. Para la disciplina Resistencia de Materiales, presente en los cursos de Ingeniería Civil, esta realidad no es diferente. Cambiar a un enfoque más concreto puede fomentar la participación de los estudiantes y desarrollar la comprensión de estos conceptos. Este trabajo tiene como objetivo presentar una propuesta pedagógica que integra la simulación mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF) con el software libre FreeCAD, como estrategia didáctica para la enseñanza práctica de conceptos mecánicos. Para ello se utilizaron como referencia los datos obtenidos mediante ensayos mecánicos de probetas cúbicas (CP) de 20 mm de arista, impresas en 3D con material PLA utilizando diferentes patrones de llenado y conocimientos teóricos. Los resultados teóricos y simulados fueron comparados y mostraron una buena aproximación para los valores de tensión y deformación, dos conceptos fundamentales en la disciplina, destacando la importancia de la metodología como herramienta de enseñanza y aprendizaje. Además, la propuesta promueve una metodología accesible y participativa que agrega conocimiento tecnológico y fomenta prácticas pedagógicas innovadoras a las carreras de ingeniería.

 

Biografía del autor/a
  1. Elton Brasil Linhares, Universidade Federal de Catalão

    Possuo Graduação em Matemática pela Universidade Salgado de Oliveira(GO) (2005), Graduação em Engenharia Civil pela PUC GO (2016), Pós-Graduação(Lato Sensu) em Matemática pela UFG(2010) e estou cursando o Mestrado em Modelagem e Otimização na UFCAT. Sou professor efetivo categoria IV na rede de ensino SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO, onde atualmente estou como Professor de Matemática no ensino Fundamental II e Médio. Também sou professor efetivo nível B da UEG, onde atualmente trabalho as disciplinas de Introdução à Engenharia , Estruturas de Madeira e Resistência dos Materiais II no curso de Engenharia Civil do Campus Central em Anápolis. Também possuo experiência nas disciplinas EDO, Álgebra Linear, Cálculo Diferencial e Integral, Cálculo Numérico, REMA I, Teoria das Estruturas I e II, MACO I e Isostática.

  2. Gabriel Percival Stoppa, Universidade Federal de Catalão

    Graduação em Engenharia Mecatrônica. Tem experiência em Robótica, Mecatrônica, Automação, Modelagem, Impressão 3D e Pesquisa Operacional

  3. Marcelo Henrique Stoppa, Universidade Federal de Catalão

    Graduado em Engenharia Mecatrônica pela Universidade Federal de Catalão (2024), possui graduação em Licenciatura Plena em Matemática pela Universidade Federal de Goiás (1991), mestrado em Matemática Pura pela Universidade Federal de Goiás (1996), doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Uberlândia (2003) e Pós-Doutorado em Mecatrônica também pela Universidade Federal de Uberlândia (2015). É professor Titular da Universidade Federal de Catalão - UFCAT (criada a partir da Universidade Federal de Goiás - UFG) desde 1993. Tem experiência em áreas de Engenharias Mecânica e Mecatrônica, com ênfase em Matemática Aplicada, Vibrações de Sistemas Mecânicos, Gestão da Inovação, Robótica, Automação, Controle e Tecnologia Assistiva, em especial, próteses biônicas de mão e bucomaxilofaciais. Faz parte do corpo docente do Mestrado Acadêmico em Modelagem e Otimização (PPGMO-UFCAT).

Referencias

Antolin, G. D. C., Antolin, M. Q., Antonio, M. M. Z., da Costa, G. C., Vista, R. C., Luiz, T. F., & Freitas, M. S. da C. (2023). Ensino de resistência de materiais a partir de simulações computacionais. Observatório de la economia latino-americana, 21(11), 23340-23354. https://doi.org/10.55905/oelv21n11-257

Araújo, C. A. O., de, Pinto, E. L., Cordeiro, C. A., Souza, G., de. (2022). Use of Ansys Workbench computational tool applied to teaching in engineering course. International journal of geoscience, engineering and technology, 5(1), 11-15. https://doi.org/10.70597/ijget.v5i1.466

Ausubel, D. P. (2000). Aquisição e Retenção de Conhecimentos: Uma Perspectiva Cognitiva. Lisboa.

Bardini, V. S. S. & Spalding, M. (2017). Aplicação de metodologias ativas de ensino-aprendizagem: Experiência na área de engenharia. Revista de Ensino de Engenharia, 36(1), 49-58. https://doi.org/10.5935/2236-0158.20170005

Brasil. Ministério da Educação. MEC. Conselho Nacional de Educação. CNE/Câmara de Educação Superior. CES. (2019). Resolução CNE/CES Nº 2, de 24 de abril de 2019. Diário Oficial da União: Seção 1, Brasília, DF, ano 157, n. 80, p. 43-44.

Brasil. Ministério da Educação. MEC. Conselho Nacional de Educação. CNE/Câmara de Educação Superior. CES. (2018). Resolução CNE/CES Nº 7, de 18 de dezembro de 2018. Diário Oficial da União: Seção 1, Brasília, DF, ano 156, n. 243, p. 49-50.

Hibbeler, R. C. (2010). Resistência dos materiais. 7ª ed. São Paulo. Pearson Prentice Hall.

ISO 604 (2002). Plastics. Determination of compressive properties; ISO: Geneva, Switzerland.

Kasturi, K., Rahadian P, R., Akhiriyanto, N., Hafiz, M. (2025). Open-source modeling and structural deformation analysis of a solar-powered charging station using freeCAD. Journal Polimesin, 23(1). http://dx.doi.org/10.30811/jpl.v23i1.5958

Kraemer, F. A. & Kieckow, F. (2021). Experimentação como estratégia didática no ensino de mecânica dos sólidos na engenharia. Revista de ensino de engenharia, 40, 181-188. Recuperado de https://revista.abenge.org.br/index.php/abenge/article/view/1591.

Nakao, O. S., Filho, J. A. A. G., & Monteiro, C. O. (2003). Os modelos físicos e o laboratório didático de resistência dos materiais. Anais do XXXI Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia. COBENGE, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 9p. https://admin.abenge.org.br/cobenge/legado/arquivos/16/artigos/NMT225.pdf

Oliveira, M. S. (2008). Modelo estrutural para pré-avaliação do comportamento de estruturas metálicas (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, MG, Brasil.

Paz, G. L. G. & Ruas, S. R. C. (2019). Elaboração de modelos físicos para resistência dos materiais: uma experiência didática. Revista de Ensino de Engenharia, 39(2), 48-54. Recuperado de https://www.researchgate.net/publication/335697387

Pazin, A. F. & Scarpelini, S. (2007). Simulação: definição. Medicina, Ribeirão Preto, 40(2), 162-166. https://doi.org/10.11606/issn.21767262.v40i2p162-166

Santos, E. M. F., et al. (2020) Aprendizagem ativa como principal estratégia para atendimento das novas diretrizes curriculares nacionais de engenharia. In: XLVIII Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia, Caxias do Sul. Anais. Recuperado de https://www.researchgate.net/publication/346573942

Schiontek, C. M. & Koide, R. M. (2019). Utilização de software livre na modelagem da flambagem de placas de materias compósitos. Caderno PAIC, 20(1), 297-314. Recuperado de https://cadernopaic.fae.emnuvens.com.br/cadernopaic/article/view/349

Tseng, T. F. (2003). Applications of Computer simulation in mechanism teaching. Computer Applications in Engineering Education, 11, 156-165. https://doi.org/10.1002/cae.10043

Wenglinski, H. (2005). Using technology wisely: the keys to success in schools. New York: Teachers College Press, 112p.

Cover Image
La imagen muestra un teclado de computadora portátil sobre el que se apoya un libro negro, un diploma enrollado con cinta y un birrete de graduación con borla dorada. En la parte superior se lee el título: “Análisis Numérico como Estrategia Didáctica para la Enseñanza y el Aprendizaje de la Resistencia de los Materiales”, seguido de los autores “Linhares, E. B., Stoppa, G. P., & Stoppa, M. H. (2025)” y el logotipo de la Brazilian Journal of Production Engineering en la esquina inferior derecha.
Descargas
Publicado
2025-10-07
Número
Vol. 11 Núm. 4 (2025): Edición regular (octubre - diciembre) *Publicación de artículos de flujo continuo
Sección
EDUCACIÓN EN INGENIERÍA
Licencia

Derechos de autor 2025 Elton Brasil Linhares, Gabriel Percival Stoppa, Marcelo Henrique Stoppa (Autor)

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.

Todas las obras publicadas en la Revista Brasileña de Ingeniería de Producción (BJPE) están bajo la licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional (CC BY 4.0). Esto significa que: Cualquier persona puede copiar, distribuir, exhibir, adaptar, remezclar e incluso utilizar comercialmente el contenido publicado en la revista; Siempre que se reconozca debidamente a los autores y a BJPE como fuente original; No se requiere permiso adicional para la reutilización, siempre que se respeten los términos de la licencia. Esta política cumple con los principios de acceso abierto, promoviendo la amplia difusión del conocimiento científico. 🔗 Haga clic aquí para acceder a la licencia completa.

Cómo citar

Linhares, E. B., Stoppa, G. P., & Stoppa, M. H. (2025). Análisis numérico como estrategia didáctica para la enseñanza y el aprendizaje de la resistencia de los materiales. Brazilian Journal of Production Engineering, 11(4), 01-15. https://doi.org/10.47456/bjpe.v11i4.49850