معرفی مهندسی مکانیک

[.Ghazal.]

در ایالات متحده آمریکا، پس از تأسیس انجمن مهندسان عمران آمریکا در سال ۱۸۵۲ و مؤسسه مهندسان معدن آمریکا در سال۱۸۷۱، انجمن مهندسان مکانیک آمریکا بعنوان سومین انجمن مهندسی آمریکا در سال ۱۸۸۰ تشکیل گردید. نخستین دانشگاه هائی که در این کشور دوره‌های مهندسی ارائه دادند، عبارت بودند از آکادمی نظامی ایالات متحده آمریکا در سال ۱۸۱۷، دانشگاه نورویچ در سال ۱۸۱۹ و مؤسسه پلی تکنیک رنسلر در سال ۱۸۲۵.

 

[.Ghazal.]

مهندسی مکانیک رشته ای دانشگاهی است که به بررسی تاثیر نیرو بر وضعیت حالت های مختلف ماده می پردازد. اگر ماده، از نوع جامد باشد، اعمال نیرو می تواند سبب حرکت جسم شود و یا سبب تغییر شکل جسم شود. علمی که به بررسی ارتباط نیرو با حرکت می پردازد، دینامیک نام دارد و علمی که به بررسی ارتباط نیرو و تغییر شکل، می پردازد، مقاومت مصالح نام دارد. بنابراین هدف دسته ای از مهندسان مکانیک این است که با استفاده از اصول دینامیک به طراحی، تحلیل و ساخت مکانیزم های مکانیکی، ربات ها و همچنین تحلیل سینماتیکی و دینامیکی انواع ماشین ها بپردازند. بررسی سینماتیک ماشین ها (نظیر محاسبه موقعیت، شتاب و سرعت مکانیزم های مختلف) و دینامیک ماشین ها (نظیر محاسبه نیروهای دینامیکی، وجود نابالانسی و روش های بالانس کردن) از دیگر اهداف مهندسان مکانیک است.، هدف دیگری که در مهندسی مکانیک دنبال می شود، این است که با استفاده از اصول علم مقاومت مصالح دریابد که یک سازه یا ماشین تحت نیروهای اعمال شده، چه طور تغییر شکل می یابد و یا به این سؤال جواب دهد که آیا این جسم، تحت نیروهای اعمال شده، می شکند یا خیر؟ اصولا از آنجا که تحلیل شکست در مواد به خواص درونی آن ها ارتباط دارد، هدف دیگر مهندسان مکانیک فراگیری علم مواد و استفاده از اصول آن برای تحلیل خواص فیزیکی و مکانیکی مواد و تاثیر آن ها در تحمل نیروهای مختلف و همچنین چگونگی فرایندهای ساخت و چگونگی تشکیل آلیاژهای مختلف مواد است.

 

[.Ghazal.]

هدف دیگر مهندسان مکانیک، تحلیل تاثیر نیرو بر حالت های غیر جامد مواد یا سیالات است. به علمی که به تحلیل سینماتیکی و دینامیکی جریان های سیال می پردازد، مکانیک سیالات می گویند. مکانیک سیالات کاربردهای بسیاری دارد. از سیستم های میکروبیولوژی در بدن انسان (خون خود یک سیال است و قلب به مانند یک پمپ عمل می کند.) تا نیروی پیشرانش فضاپیماها به این علم مرتبط می شود. هدف مهندسان مکانیک از تحلیل سیالات این است که بتوانند جریان های داخلی (مانند جریان در لوله های انتقال آب، جریان خون در رگ ها)، جریان های خارجی، (مانند جریان هوا در هواپیما که باعث تعادل آن می شود)، جریان های پتانسیل (مانند جریان هوای مکیده شده توسط جارو برقی)، جریان کانال باز (مانند جریان سیال در رودخانه ها و کانال های انتقال آب)، جریان مافوق صوت (مانند جریان سیال در هواپیماهای مافوق صوت) سیال در حالت ایستا (مانند جریان سیال پشت سدها) و در نهایت ماشین های آبی یا توربوماشین ها (پمپ ها، توربین ها، کمپرسورها و فن ها) را تحلیل کنند.

 

[.Ghazal.]

هدف دیگر مهندسان مکانیک، بررسی ارتباط تغییرات دما با خواص سیالات است که به علم ترمودینامیک مرتبط می شود. علم ترمودینامیک، یکی از بنیادی ترین، قوانین حاکم بر طبیعت است. با استفاده از قوانین اول و دوم ترمودینامیک، می توان بسیاری از سیستم ها رو تحلیل نمود و حتی برای بیشترین کاری که می توان از سیستم گرفت کران مشخص نمود. هدف مهندسان مکانیک از فراگیری علم ترمودینامیک، فراگیری چرخه های گازی (به مانند چرخه های استفاده شده در هواپیماها)، چرخه های بخار (که در نیروگاه های بخار برای تولید برق کاربرد دارند) ، چرخه های تبرید (به مانند یخچال ها و فریزرها)، تحلیل فریند ترکیب گازها، موتورهای احتراق داخلی و تهویه مطبوع (که اصول کار وسایل خنک کننده (مانند کولرهای آبی و گازی) و وسایل گرم کننده (مانند بخاری ها) و همچنین محاسبه بار سرمایش و گرمایش ساختمان را توضیح می دهد.) است.

 

[.Ghazal.]

هدف دیگر مهندسان مکانیک بررسی فرایندهای انتقال حرارت است. فرایندهای انتقال حرارت، عمدتا به سه دسته رسانش، همرفت و تابش تقسیم می شوند. هدف اصلی مهندسان مکانیک از فراگیری این علم، طراحی مبدل های حرارتی (که برای خنک سازی استفاده می شوند.) طراحی عایق حراراتی، طراحی پره های انتقال حرارت با توجه به مکانیزم های اصلی انتقال حرارت است. علم انتقال حرارت، در تهویه مطبوع، تحلیل و بهره برداری از انرژی خورشیدی و مهندسی پزشکی کاربرد بسیاری دارد. معادلات حاکم بر انتقال حرارت رسانش، در حالت پایدار، یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی و حالت گذرا، شبیه سازی مسائل انتقال حرارت با مقاومت های حرارتی، روش های عددی برای حل معادله انتقال حرارت رسانایی دوبعدی پایدار، انتقال حرارت رسانش گذرا و روش های عددی برای حل معادلات حاکم بر آن، انتقال حرارت همرفت اجباری در جریان های داخلی و خارجی، انتقال حرارت همرفت آزاد در جریان های خارجی، جوشش و چگالش، انتقال حرارت تشعشعی از مفاهیمی هستند که مهندسان مکانیک در این علم فرا می گیرند

 

[.Ghazal.]

عموما هنگامی که سیستم های مکانیکی در حالت تعادل قرار نداشته باشند، می توانند حول نقطه تعادل ارتعاش کنند. یکی از اهداف اصلی دیگر مهندسان مکانیک، تحلیل ارتعاشات سیستم های مکانیکی است. ارتعاشات، عمدتا پدیده ای نامطلوب است. مثلا هنگامی که در ماشین نشسته اید، ارتعاشات زیاد ماشین، سبب ناخرسندی و عدم آسایش شما می شود. بنابراین، وظیفه سیستم تعلیق اتومبیل این است که ارتعاشات را تا حد ممکن نرم کند. بنابراین یکی از اهداف اصلی مهندسان مکانیک این است که این ارتعاشات را تحلیل کند و به علمی که این ارتعاش را تحلیل می کند، ارتعاشات مکانیکی می گویند. هدف اصلی مهندسان مکانیک از فراگیری این علم، این است که ارتعاشات را تا حد ممکن با توجه به منبع اصلی آن، نرم کنند. همچنین بسیاری از سیستم های مکانیکی، در صورتی که نیروی تحریک کننده با فرکانس مشخصی به آن وارد شود، دامنه ارتعاشات بسیار بزرگی خواهند داشت و عملا نابود می شوند. (به این فرکانس، فرکانس طبیعی می گویند) . بنابراین یکی دیگر از اهداف علم ارتعاشات این است که ماشین های مکانیکی، طوری طراحی شوند که فرکانس نیروی تحریک، فاصله زیادی از فرکانس طبیعی داشته باشد. (این موضوع در طراحی پل ها، زیردریایی ها، هواپیماها، تیرها و بسیاری از ماشین ها مهم است.) روش های مختلف محاسبه فرکانس های طبیعی سیستم های یک درجه آزادی، ارتعاشات آزاد با میرایی، مدل سازی ارتعاشاتی سیستم ها، ارتعاشات اجباری سیستم های یک درجه آزادی، ارتعاشات گذرای سیستم های یک درجه آزادی و مفهوم ضربه و شاک، ارتعاشات سیستم های چند درجه آزادی، ارتعاشات سیستم های پیوسته، معادلات لاگرانژ برای سیستم های چند درجه آزادی، خواص ارتعاشاتی سیستم های خطی از مفاهیم اصلی این علم است.

 

[.Ghazal.]

هدف دیگر مهندسان مکانیک این است که بتوانند متغیرهای حالت اصلی سیستم خود را به صورت اتوماتیک، دلخواه تغییر دهند و یا سیستم را در هر وضعیتی، به حالت تعادل خود بازگردانند (مثلا یک آونگ). به علمی که این موارد را بررسی می کند، علم کنترل اتوماتیک می گویند. علم کنترل نه تنها در مهندسی مکانیک مهم است، بلکه در بسیاری دیگر از شاخه های مهندسی نظیر برق، هوافضا، شیمی نیز دارای اهمیت است. بررسی پاسخ زمانی سیستم با اعمال کنترلر، محاسبه پایداری سیستم، محاسبه خطای حالت ماندگار، بررسی پاسخ فرکانسی سیستم و طراحی کنترلر از مباحث اصلی این علم است. علم کنترل، در طراحی و ساخت ربات ها، حرکت ربات ها، حفظ تعادل در ربات ها، خودروهای خودران، هدایت و ناوبری، اینترنت اشیاء کاربرد دارد.

 

[.Ghazal.]

تحلیل و طراحی مدارهای الکتریکی آنالوگ نیز، علم دیگری است که به مهندسان مکانیک این توانایی را می دهد که بتوانند، مدارهای تک حلقه، چند حلقه، سه فاز، القاکنایی متقابل، مدارهای ترانزیستوری و دیودی را تحلیل کنند. هدف مهندسان مکانیک، از فراگیری این علم این است که بتوانند کنترلر های مناسبی را با استفاده از مدارهای الکتریکی بسازند.

 

[.Ghazal.]

عموما انرژی الکتریکی و مکانیکی دوگونه انرژی متداول در زندگی بشر هستند و ماشین الکتریکی، وسیله ای است که می تواند این انرژی ها را به یکدیگر تبدیل کند. بنابراین، یکی از اهداف مهندسان مکانیک، طراحی موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و ترانسفورماتورها است. و علمی که به مهندسان مکانیک امکان فراگیری اصول تبدیل انرژی های الکتریکی و مکانیکی را فراهم می کند، ماشین های الکتریکی نام دارد.

 

[.Ghazal.]

از دیگر اهداف مهندسان مکانیک، این است که اجزای مکانیکی ماشین ها را طراحی کنند و علم طراحی اجزاء ماشین، علمی است که به طراحی پیچ ها، فنرها، جوش ها، یاتاقان های غلتشی و لغزشی، اجزاء انعطاف پذیر (نظیر تسمه ها و زنجیرها)، ترمزها و کلاچ ها، چرخ طیارها، بادامک و پیرو، کوپلینگ ها و چرخ دنده ها می پردازد