آشنایی با مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک بی­شک شاخه­ ای بسیار وسیع و گسترده از مهندسی است که به دلیل گستردگی بسیار زیاد، خود به چندین گرایشِ گسترده تقسیم شده است. این شاخه از مهندسی از قدیمی­ترین شاخه ­های مهندسی از دوران انقلاب صنعتی تاکنون می­باشد، طوری که بسیاری از بخش­های صنعت و فناوری بدون حضور مهندسان مکانیک نمی­ تواند به فعالیت خود ادامه دهد.

اساس علمی و نظری مهندسی مکانیک فیزیک مکانیک، ترمودینامیک و انتقال حرارت است. فیزیک مکانیک خود به دلیل گستردگی موضوعی و همچنین کاربردهای فراوان بسیار گسترده است. از زمینه­ های گوناگون  فیزیک مکانیک می­توان به مکانیک اجسام صلب، مکانیک محیط­های پیوسته، ارتعاشات و... اشاره نمود.

ریاضیات در مهندسی مکانیک اهمیت بسیار دارد. آنالیز حقیقی، معادلات دیفرانسیل، آنالیز مختلط و جبر خطی را می­توان زمینه­ های اصلی ریاضی دانست که مبانی علمی مهندسی مکانیک بوسیله آنها گسترش یافته ­اند.

مهندسی مکانیک طیف وسیعی از زمینه های گوناگون را در برمی­ گیرد. این زمینه­ های گوناگون امروزه تحت عنوان گرایش­های مختلف از مهندسی مکانیک شناخته و از هم متمایز می­شوند. هر کدام از این گرایش­ها چنان توسعه یافته ­اند که به واقع خود همچون یکی از شاخه­ های علوم و فنون مهندسی قابل تمایز هستند؛ به عنوان مثال مهندسی هوافضا، مهندسی خوردرو و یا مهندسی ارتعاشات.  

در زیر چند گرایش از گرایش­های اصلی مهندسی مکانیک معرفی می­شوند.

گرایش حرارت و سیالات

در مهندسی مکانیک، گرایش حرارت و سیالات برپایه شاخه­ های ترمودینامیک، انتقال حرارت و مکانیک سیالات از علم فیزیک، گسترش یافته است. این گرایشِ گسترده از مهندسی مکانیک به تحلیل و طراحی کلیه سیستم‌های صنعتی و مهندسی از جنبه­ های حرارتی و سیالاتی می­پردازد.

در این گرایش از مهندسی مکانیک، با تحلیل دقیق انواع جریان­های سیال، فرایندهای ترمودینامیکی و همچنین انتقال حرارت، مسایل مربوط به تأسیسات ساختمان، رآکتورها، سیستم­های انتقال آب، نفت و گاز، انواع نیروگاهها، انواع توربو­ماشین‌ها (ماشین‌های دوار) مانند توربین‌های بخار، توربین‌های گاز، فن‌کویل‌ها و... موردبررسی قرار گرفته، از منظر سیالاتی و حرارتی طراحی می­شوند.

 

همچنین طراحی آئرودینامیکی هواپیماها و خودروها و یا طراحی هیدرودینامیکی کشتی­ها، هاورکرافت­ها و زیردریایی­ها توسط مهندسان و محققان سیالات انجام می­شود.

گرایش حرارت و سیالات کاربردهای وسیعی در زمینه­ هایی همچون بیومکانیک و نانومکانیک دارد. به عنوان مثال مدلسازی شبکه رگ­های خونی برای بررسی انتقال دارو در خون را می­توان یکی از هزاران مثال کابردی گرایش سیالات در بیومکانیک دانست.

گرایش حرارت و سیالات در زمینه انرژی­های نوین بسیار پویاست. طراحی توربین­های بادی یا نیروگاه­های خورشیدی از زمینه­ های فعالیت مهندسان مکانیک در گرایش سیالات است.

گرایش دینامیک و کنترل

گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل یکی از پرکاربردترین و به ­روزترین گرایش­های رشته مهندسی مکانیک می­باشد. در این گرایش به صورت کلی به حرکت­شناسی هر سازه متحرک و پیش­بینی و آنالیز حرکت آن به ویژه ارتعاشات آن و کنترل این حرکت جهت طراحی و بهره ­برداری بهینه از آن پرداخته می­شود. متخصصان تحصیل کرده در این گرایش در زمینه ­های به ­روز و گوناگونی فعالیت می­کنند که از جمله آنها می­توان به زمینه­ های زیر اشاره نمود:

 مدل­سازی و حرکت­شناسی اندام­های بدن انسان و ساخت تجهیزات مرتبط با آن مانند شیوه­ های درمان نوین و اعضای بدن مصنوعی ساخته شده مدرن

میکرو/ نانو مکانیک: مدل­سازی و بررسی سیستم­های در ابعاد میکرو و نانومتر و ساخت این تجهیزات مانند بسیاری از سنسورهای ساخت شده در تجهیزات الکترونیکی امروزی

هوافضا: طراحی، مدل­سازی و تحلیل سیستم­های پرنده و کنترل حرکت آنها

رباتیک:مدل­سازی، طراحی و تحلیل دستگاه­هایی برای ساده­ سازی و کمک به انسان جهت انجام فعالیت­ها مانند ربات­های جوشکار و یا ربات­های هوشمند انسان­ نما

رباتیک یک زمینه نسبتاً جوان از تکنولوژی مدرن است که از مرزهای مهندسی سنتی عبور می­کند. درک پیچیدگی ربات­ها و کاربردهای آن­ها نیازمند دانش مهندسی برق، مهندسی مکانیک، کنترل، بازخورد حسگرها، سیستم­ها و مهندسی صنایع، علوم رایانه، پردازش اطلاعات، اقتصاد و ریاضیات است. هدف اصلی علم رباتیک جایگزین کردن ماشین­ها به جای انسان­ها می­باشد، از این­رو طراحی ربات­ها با تقلید از رفتارهای انسان و طبیعت انجام می­شود. ربات­ها می‌توانند در هر موقعیت و برای هر منظوری به کار برده شوند، ولی امروزه بسیاری از آن‌ها در محیط‌های خطرناک (مانند تشخیص و غیرفعال‌سازی بمبها)، فرآیندهای تولید یا مکانهایی که انسان قادر به حیات نیست استفاده می‌شوند.

کنترل:

یکی از دغدغه ­های علم مهندسی شناخت و کنترل مواد و نیروهای طبیعت به نفع بشر است. مهندسین کنترل نگران درک و کنترل بخش­هایی از محیط خود هستند، اغلب به نام سیستم، برای ارائه محصولات اقتصادی سودمند برای جامعه. کنترل خودکار یا اتوماتیک نقشی حیاتی در پیشرفت فناوری داشته است به گونه ­ای که علم کنترل بخش جدایی ­ناپذیر طراحی سیستم­های فضاپیما، هدایت موشک، خطوط تولید، ربات­ها و نظایر آن­ها می­باشد. چالش کنونی برای مهندسان کنترل، مدل­سازی و کنترل سیستم­های پیچیده مانند سیستم­های کنترل ترافیک، هواپیماهای بدون سرنشین، فرایندهای شیمیایی و سیستم­های رباتیک است.

گرایش تحلیل تنش

برای طراحی و ساخت دستگاه­ها و ماشین ­آلات گوناگون لازم است اجزاء آن­ها به طور دقیق طراحی شوند. یکی از جنبه­ های مهم که در طراحی قطعات گوناگون صنعتی وجود دارد، تحلیل آن­ها از نظر تنش­هایی است که حین کار در این قطعات ایجاد می­شود.

در این گرایش همچنین تغییر شکل اجسام جامد و بارهای لازم برای ایجاد این تغییرشکل­ها بررسی می­شود. این تحلیل­ها در فرایندهای ساخت و تولید و شک ل­دهی مواد کاربرد دارند. از جمله این فرایندهای ساخت می­توان به ریخته­ گری و فرایند انجماد قطعه در قالب اشاره نمود که فرایندی بسیار پیچیده می­باشد.

مشخصات یک مهندس مکانیک خوب

یک مهندس مکانیک تازه­ کار خوب:

1- اصول و مفاهیم موردنیاز از فیزیک مکانیک، فیزیک حرارت و ریاضیات کاربردی را می­داند و معنا و مفهوم و محتوای قوانین و روابط مربوط به آن­ها را فهمیده است. نه این که الزاماً تمامی نکات و روابط را در ذهن خود داشته باشد. بلکه قدرت تفکر و تجزیه و تحلیل و استدلال دارد.

2- با هندبوک­ها و استانداردهای مهندسی مکانیک آشنایی دارد و می­داند چگونه در مواجهه با مسائل مهندسی گوناگون به سراغ آن­ها برود.

3- بر زبان انگلیسی تسلط کافی دارد. می­تواند متن­های فنی را به راحتی بخواند و بفهمد. با اصطلاحات مهندسی آشنایی دارد. می­تواند درصورت لزوم به طور روان و به راحتی به زبان انگلیسی صحبت کند.

4- بر کار با نرم افزارهای مهم و پرکاربرد تخصصی مهندسی مکانیک مسلط است.

5- می­تواند نقشه­ های صنعتی پیچیده را بخواند و بفهمد، نقشه­ های صنعتی را رسم کند و بر تمام قوانین و اصول نقشه­ کشی مسلط است.