مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک ابتدا در طی انقلاب صنعتی در اروپا در قرن ۱۸ میلادی به عنوان یک شاخهٔ مجزا شناخته شد؛ با این وجود این شاخهٔ دانش در طی هزاران سال توسعه پیدا کرده است. دانش مهندسی مکانیک در قرن ۱۹ میلادی درنتیجهٔ پیشرفت‌های فیزیک نشأت گرفت. این شاخه به طور پیوسته‌ای تکامل یافته تا پیشرفت‌های فناوری را به‌کار گیرد و امروزه مهندسان مکانیک به دنبال گسترش دانش در رشته‌هایی چون مواد مرکب، مکاترونیک و نانوتکنولوژی هستند. مهندسی مکانیک به میزان زیادی، هم‌پوشانی‌هایی با مهندسی هوافضا، مهندسی دریا، مهندسی خودرو،مهندسی راه آهن (ماشینهای ریلی)، مهندسی کشاورزی (ماشینهای کشاورزی)، مهندسی پزشکی (بیومکانیک)، مهندسی مکاترونیک و به میزان کمی با مهندسی رباتیک، مهندسی صنایع،مهندسی معدن، مهندسی متالورژی، مهندسی عمران، مهندسی برق، مهندسی هسته‌ای، مهندسی شیمی و مهندسی نفت دارد.

مهندسان مکانیک معروف

چند تن از مهندسان مکانیک معروف که پیش از این می‌زیسته‌اند، عبارت‌اند از:

• جیمز وات (۱۷۳۶-۱۸۱۹): تکمیل کننده موتور بخار و پدر انقلاب صنعتی.
• گوتلیب دایملر (۱۸۳۴-۱۹۰۰): مهندس و طراح صنعتی، به همراه می باخ مخترع اولین موتور سیکلت (دوچرخه موتور دار) و پیشرو در گسترش موتورهای احتراق داخلی، پدر بزرگ موتورهای احتراق داخلی.
• کارل بنز (۱۸۴۴-۱۹۲۹): مخترع موتورهای دیزلی و بنیان‌گذار موتورهای احتراق داخلی (هم دوره با دایملر و می باخ) و سازنده اولین خودروی تجاری، مبدع پدال گاز در خودرو و سیستم جرقه زنی با استفاده از شمع و باتری، مخترع کلاچ و مکانیزم تعویض دنده، کاربراتور و رادیاتور نیز از اختراعات اوست.
• ویلهلم می باخ(۱۸۴۶-۱۹۲۹): مهندس و طراح صنعتی، صاحب نشان میباخ، همکاری با دایملر در ساخت موتورهای احتراق داخلی و موتورهای چهار زمانه، دارنده دکترای افتخاری از دانشگاه اشتوتگارت، عضو افتخاری انجمن مهندسین آلمان.
• فردیناند پورشه (۱۸۷۵-۱۹۵۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی پورشه.
• فرانتس جوزف پوپ (۱۸۸۶-۱۹۵۴): یکی از سه بنیان‌گذار شرکت خودروسازی ب ام و.
• آگوست هورش (۱۸۶۸-۱۹۵۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی آئودی.
• آدام اوپل (۱۸۳۷-۱۸۹۵): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی اوپل.
• انزو فراری (۱۸۹۸-۱۹۸۸): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی فراری.
• فروچیو لامبورگینی (۱۹۱۶-۱۹۹۳): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی لامبورگینی.
• اتوره بوگاتی (۱۸۸۱ -۱۹۴۷): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی بوگاتی.
• آرماند پژو (۱۸۴۹-۱۹۱۵): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی پژو.
• آندره سیتروئن (۱۸۷۸-۱۹۳۵): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی سیتروئن.
• لوئی رنو (۱۸۷۷-۱۹۴۴): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی رنو.
• ویلیام سی. دورانت (۱۸۶۱-۱۹۴۷): بنیان‌گذار شرکت جنرال موتورز.
• هنری فورد (۱۸۶۳-۱۹۴۷): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی فورد.
• لوئیس شورولت (۱۸۷۸-۱۹۴۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی شورولت.
• دیوید دانبار بیوک (۱۸۵۴-۱۹۲۹): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی بیوک.
• والتر کرایسلر (۱۸۷۵-۱۹۴۰): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی کرایسلر.
• هنری ام. لیلند (۱۸۴۳-۱۹۳۲): بنیان‌گذار شرکتهای خودروسازی کادیلاک و لینکلن.
• کیشیرو تویودا (۱۸۹۴-۱۹۵۲): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی تویوتا.
• یوشیسوکه آیکاوا (۱۸۸۰-۱۹۶۷): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی نیسان.
• جوجیرو ماتسودا (۱۸۷۵-۱۹۵۲): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی مزدا.
• سوییشیرو هوندا (۱۹۰۶-۱۹۹۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی هوندا.
• چستر کارلسون (۱۹۰۶-۱۹۶۸): دستگاه زیراکس از نوآوری‌های اوست.
• ساموئل کولت (۱۸۱۴-۱۸۶۲): سازندهٔ اسلحهٔ کولت.
• آیزاک سینگر (۱۸۱۱-۱۸۷۵): سازندهٔ نخستین چرخ خیاطی خانگی.
• آلفرد برنارد نوبل (۱۸۳۳-۱۸۹۶): پایه‌گذار اندیشهٔ جایزهٔ نوبل.
• رودولف دیزل(۱۸۵۸-۱۹۱۳): سازندهٔ موتورهای معروف دیزل که با گازوئیل کار می‌کنند.
• نیکلاس اتو(۱۸۳۲-۱۸۹۱): مهندس ومخترع اولین موتور احتراق داخلی با بازدهی مطلوب، تعمیم دهنده مفهوم چهار زمانه به موتورهای احتراق داخلی.
• فلیکس وانکل(۱۹۰۲-۱۹۸۸): مخترع موتور دورانی وانکل.
• ویلیس کریر(۱۸۷۶-۱۹۵۰): مخترع تهویه مطبوع

زمینه‌های فعالیّت در مهندسی مکانیک

موتور یک خودرو (بوگاتی)

توربین گاز سری H ساخت شرکت جنرال الکتریک

زمینه‌های فعالیّت مهندسی مکانیک به طور جامع‌تر عبارت‌اند از:

در زمینهٔ طراحی:

• ماشین‌ها و دستگاه‌هایی که هر نوع محصولی را ساخت و تولید می‌کنند
• تجهیزات دوار مانند توربوماشین‌ها (توربین‌ها، پمپ‌ها، کمپرسورها، دمنده‌ها و ...)
• موتورهای درون‌سوز، موتور جت و موتور موشک
• مخزن‌های تحت فشار، رآکتورهای شیمیایی و رآکتورهای هسته‌ای
• مبدلهای حرارتی (بویلرها، کندانسورها، اواپراتورها و ...)
• سامانه‌های لوله‌کشی
• وسیله‌های نقلیه مانند خودرو، کامیون، اتوبوس، هواپیما، کشتی (شناور)، قطار و ...
• تجهیزات حمل مواد مانند تسمه‌نقّاله‌ها، رباتها و ...
• طراحی کنترلر برای سیستمهای دینامیکی
• طراحی سیستم‌های اچ‌وی‌ای‌سی، تهویه مطبوع، گرمایش و سرمایش در ساختمان‌ها

تصویر یک کشتی

در زمینهٔ تحلیل:

• خستگی، خزش و شکست دستگاه‌ها
• روش اجزاء محدود و دینامیک سیالات محاسباتی
• انتقال گرما، مکانیک سیالات
• ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک

یک میل‌لنگ CAD

در زمینهٔ آزمایش:'

• آزمایش کیفیت، بهبود عملکرد و قابلیّت اطمینان فراورده‌ها، دستگاه‌ها و فرایندها
• آزمون‌های غیرمخرب

دایره مور

در زمینه فرایندهای ساخت و تولید:

• فرایندهای ماشینکاری سنتی
• فرایندهای ماشینکاری غیر سنتی
• فرایندهای شکل‌دهی شامل شکل‌دهی ورقی و حجمی
• طراحی و ساخت قالبها و قیود
• روشهای اتصال و جوشکاری
• عملیات حرارتی
• روشهای ریخته گری
• مترولوژی و سیستم‌های اندازه‌گیری

یک دستگاه ماشینکاری

زمینه‌های نوین:

• فناوری نانو
• سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی و سیستم‌های نانو الکترومکانیکی (حسگری و عملگری)
• سیستم‌های دارو رسانی در ابعاد نانو
• سیستم‌های میکرو و نانو سیالاتی
• نانو کامپوزیتها، نانوکریستالها، نانولوله‌های کربنی
• نانو روباتها

کامپوزیت فیبر کربن

• همکاری با مهندسان دیگر رشته‌ها (مانند مهندسی عمران، برق، شیمی و ...) به منظور طراحی واحدهای تولیدکنندهٔ انواع گوناگون فراورده‌ها

آینده شغلی مهندسی مکانیک

چشم‌انداز شغلی مهندسان مکانیک، امیدبخش و بااستحکام است. برای مثال، در ایالات متحد آمریکا، رشد شغل‌ها و حرفه‌های مربوط به مهندسی مکانیک، هر سال حدود ۱۶٪ (۳۵ هزار شغل) است و انتظار می‌رود این آهنگ رشد تا سالهای آینده حفظ شود. مهندسان مکانیک از روزگاران گذشته تا به امروز، اغلب در بخش‌های صنعتی زیر نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند:
هوا فضا، خودروسازی، واحدهای شیمیایی، فناوری نانو، رایانه و الکترونیک، ساختمان‌سازی، انواع فراورده‌های مصرفی، انرژی، مشاوره مهندسی و بخش‌های دولتی.
هم‌چنین صنعت پزشکی و داروسازی، فرصت‌های شغلی هیجان‌انگیزی را برای مهندسان مکانیک به وجود آورده‌اند تا نیروها و دانش‌های زیستی را در هم بیامیزند. همچنین فرصت شغلی این رشته در ایران نسبت به رشته‌های دیگر بسیار مناسب است.

گرایش‌های مهندسی مکانیک در دانشگاه‌های ایران

گرایش‌های عمومی

• مکانیک - طراحی جامدات (فعالیت در طراحی ماشین آلات صنعتی، خطوط تولید کارخانجات، طراحی سیستم‌های انتقال نیرو و...)
• مکانیک - حرارت و سیالات (فعالیت در زمینهٔ طراحی موتورهای احتراق داخلی، موتورهای جت، بررسی‌های آیرودینامیکی، هوافضا، طراحی سیستمهای هیدرولیکی و پنوماتیکی، نیروگاههای حرارتی، گازی و آبی، پالایشگاههای نفت و گاز، پتروشیمی و تاسیسات مکانیکی ساختمان و...)
• مکانیک - ساخت و تولید (فعالیت در کارگاههای قالب سازی، ابزارسازی، ماشین ابزار و ساخت و تولید ماشین الات صنعتی و...)

گرایش‌های خاص

• مکانیک - خودرو
• مکانیک - هوافضا
• مکانیک - دریا
• مکانیک - ماشینهای ریلی
• مکانیک - تأسیسات
• مکانیک - نیروگاه
• مکانیک - بیومکانیک
• مکانیک - مکاترونیک
• مکانیک - سیستمهای انرژی

مباحث اساسی در مهندسی مکانیک

مبحث‌ها و موضوع‌های اساسی مهندسی مکانیک عبارت‌اند از:

• ایستایی‌شناسی (استاتیک)
• پویایی‌شناسی (دینامیک)
• مکانیک مواد (مقاومت مصالح)
• طراحی اجزاء ماشین
• ترمودینامیک
• مکانیک شاره‌ها (مکانیک سیالات)
• انتقال گرما (انتقال حرارت)
• ارتعاشات مکانیکی
• دینامیک ماشین
• کنترل اتوماتیک (کنترل خودکار)

مهم‌ترین نرم‌افزارهای مورد استفاده در مهندسی مکانیک

• Catia (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
• NX (Unigraphics) (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
• Creo (Pro/Engineer) (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
• SolidWorks (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
• Autodesk inventor (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
• Autodesk Mechanical Desktop (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
• Microstation (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت دو بعدی 2D CAD)
• Autodesk Autocad (نرم‌افزار طراحی به‌صورت دو بعدی 2D CAD)

Autodesk Autocad Mechanical (نرم‌افزار طراحی مکانیکی قطعات)

Autodesk Autocad MEP (نرم‌افزار ترسیم نقشه تاسیسات ساختمان)

Autodesk Autocad P&ID (نرم‌افزار ترسیم نقشه پایپینگ و ابزاردقیق)

Autodesk Autocad Plant (نرم‌افزار طراحی پلنت)

• PowerShape (نرم‌افزار مدلسازی تولید قطعات CAD برای نرم‌افزار PowerMill)
• PowerMill (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• MasterCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• SurfCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• EdgeCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• SolidCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• ArtCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• Esprit (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• FeatureCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• SmartCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• TopCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
• TopSolid (نرم‌افزار مدلسازی تولید قطعات CAD برای نرم‌افزار TopCAM)
• Ansys (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• Abaqus (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• Comsol Multiphysics (FEMLAB) (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• MSC Nastran (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• MSC Patran (نرم‌افزاری برای مدلسازی و ایجاد مدل هندسی برای نرم‌افزار Nastran)
• Autodesk Simulation Mechanical (Algor) (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• Adina (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• CosmosWorks (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• MSC Marc (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• Nisa (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• ++CSM (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
• ++CAA (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های آیروآکوستیکی)
• MSC Actran (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های آکوستیکی)
• MSC Sinda (نرم‌افزار حل مسائل حرارتی پیشرفته به روش اجزاء محدود FEM)
• FEHT (نرم‌افزار حل مسائل حرارتی پیشرفته به روش اجزاء محدود FEM)
• Fluent (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• Gambit (نرم‌افزاری برای مدلسازی و ایجاد مدل هندسی برای نرم‌افزار Fluent)
• +Star-ccm (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• ++FLO (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• ++CFD (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• FLOW-3D (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• OpenFoam (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• fidap (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• Ansys CFX (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• Autodesk Simulation CFD (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• CosmosFlowWorks (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• MSC Adams (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD)
• Working Model 2D (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD)
• SimWise 4D (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD)
• CosmosMotion (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD)
• Visual Nastran (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD)
• LS-DYNA (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...)
• Ansys Autodyn (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...)
• MSC Dytran (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...)
• Matlab (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
• Mathcad (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
• Maple (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
• Mathematica (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
• Scilab (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
• PDMS (نرم‌افزار طراحی پلنت)
• PDS (نرم‌افزار طراحی پلنت)
• CaePipe (نرم‌افزار طراحی پایپینگ)
• AutoPipe (نرم‌افزار طراحی پایپینگ)
• AutoPlant (نرم‌افزار طراحی پلنت و پایپینگ)
• EES (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای ترمودینامیکی و حرارتی)
• CATT2 (نرم‌افزار جداول ترمودینامیکی)
• Thermo-Calc (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستمهای ترمودینامیکی و حرارتی)
• Thermoflow (نرم‌افزار طراحی و شبیه‌سازی نیروگاه‌های حرارتی)
• Carrier HAP (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع از شرکت کریر آمریکا)
• CADVent (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
• MagiCAD (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
• Aspen B-Jac (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
• Aspen HTFS (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
• Aspen HX-Net (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
• Aspen EDR (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
• HTRI (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
• CFTurbo (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
• Numeca FINE/Turbo (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
• Autodesk Alias Automotive (نرم‌افزار طراحی بدنه خودرو)
• GT Suite (نرم‌افزار طراحی موتور خودرو)
• Engine Analyzer Pro (نرم‌افزار طراحی موتور خودرو)
• CarSim (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو)
• ADVISOR (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو)
• AirCAD (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
• SpaceCAD (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
• XFLR5 (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
• RcCAD (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
• Autoship (نرم‌افزار طراحی کشتی)
• NavCAD (نرم‌افزار طراحی کشتی)
• Shipconstructor (نرم‌افزار طراحی کشتی)
• Tribon (نرم‌افزار طراحی کشتی)
• Robotics Developer studio (نرم‌افزار طراحی ربات)
• Webots (نرم‌افزار طراحی ربات)
• Automation Studio (نرم‌افزار طراحی مدارهای هیدرولیک و پنوماتیک)
• Festo Fluidsim (نرم‌افزار طراحی مدارهای هیدرولیک و پنوماتیک)
• Autodesk Simulation Moldflow (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند تزریق پلاستیک)
• FLOW-3D THERMOSET (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند تزریق پلاستیک)
• Moldex3D (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند تزریق پلاستیک)
• Deform (نرم‌افزار آنالیز فرایند شکل‌دهی)
• Autoform (نرم‌افزار آنالیز فرایند شکل‌دهی)
• Qform (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند آهنگری)
• Procast (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
• Autocast (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
• FLOW-3D CAST (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
• WeldPlanner (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند جوشکاری)
• WeldCAD (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند جوشکاری)
• COADE CADWorx (نرم‌افزار طراحی پلنت)
• COADE CAESAR II (نرم‌افزار تحلیل تنش پایپینگ)
• COADE PV Elite (نرم‌افزار طراحی مخازن تحت فشار)
• COADE TANK (نرم‌افزار طراحی مخازن ذخیره)
• Piping systems fluid flow (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
• Pipenet (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
• Pipeflow (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
• Pipesys (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
• Pipesim (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
• Pipephase (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
• Epanet (نرم‌افزار طراحی لوله کشی منطقه‌ای و شهری)
• flow master (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
• MSK Channel (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
• Flow 3D (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
• HEC-RAS (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
• Primavera (نرم‌افزار مدیریت و کنترل پروژه)
• MS Project (نرم‌افزار مدیریت و کنترل پروژه)
• Minitab (نرم‌افزار کنترل کیفیت آماری)