You are currently viewing مجالات بحث الهندسة الميكانيكية
مجالات بحث الهندسة الميكانيكية

مجالات بحث الهندسة الميكانيكية

يدفع المهندسون الميكانيكيون باستمرار حدود ما هو ممكن ماديا من أجل إنتاج آلات وأنظمة ميكانيكية أكثر أمان وأرخص وأعلى كفاءة. وبعض التقنيات فى طليعة الهندسة الميكانيكية مذكورة هنا.

الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)

يتم تصنيع المكونات الميكانيكية على المستوى المجهرى مثل النوابض والتروس وأجهزة نقل السوائل والحرارة من مجموعة متنوعة من مواد الركيزة مثل السيليكون والزجاج والبوليمرات مثل SU8. من أمثلة مكونات نظام MEMS مقاييس التسارع التى تُستخدم كأجهزة استشعار للوسادة الهوائية فى السيارة وهواتف خلوية حديثة  وجيروسكوبات لتحديد المواقع بدقة وأجهزة ميكروفلويديك المستخدمة فى التطبيقات الطبية الحيوية.

اللحام الاحتكاكي (FSW)

تم اكتشاف اللحام بالإحتكاك وهو نوع جديد من اللحام  فى عام 1991 من قبل معهد اللحام (TWI). تلك الطريقة المبتكرة التى تصنف ضمن طرق اللحام فى الحالة الصلبة  أى بدون صهر تمكننا من وصل مواد كانت غير قابلة للحام بالطرق التقليدية بما فى ذلك العديد من سبائك الألومنيوم. إنه يلعب دور مهم فى البناء المستقبلى للطائرا  ويحتمل أن يحل محل المسامير. تشمل الإستخدامات الحالية لهذه التقنية حتى الآن لحام طبقات الخزان الخارجى من مكوك الفضاء الخارجى من الألومنيوم  وطلاء الدروع للسفن الهجومية البرمائية  ولحام أجنحة وألواح جسم الطائرة للطائرات الجديدة.

المواد المركبة

المركبات أو المواد المركبة هى مزيج من المواد التى توفر خصائص فيزيائية مختلفة عن خواص أى مادة داخلة فى تركيبها على حدة. تركز أبحاث المواد المركبة فى الهندسة الميكانيكية عادة على تصميم (وبالتالي  إيجاد تطبيقات) مواد أقوى أو أكثر صلابة أثناء محاولة تقليل الوزن وقابلية التآكل  وعوامل أخرى غير مرغوب فيها. على سبيل المثال تم استخدام المركبات المقواة بألياف الكربون فى تطبيقات متنوعة مثل المركبات الفضائية وقضبان الصيد.

ميكاترونكس

الميكاترونكس هو مزيج تآزرى من الهندسة الميكانيكية والهندسة الإلكترونية وهندسة البرمجيات. بدأ تخصص الميكاترونكس بالجمع بين المبادئ الميكانيكية والهندسة الكهربائية. تستخدم مفاهيم الميكاترونيك فى غالبية الأنظمة الكهروميكانيكية. من التطبيقات الكلاسيكية للميكاترونيك فى مجال الحساسات ومقاييس الضغط والمزدوجات الحرارية ومحولات الضغط.

تقنية النانو

ان تقنية النانو ماهى الا الهندسة الميكانيكية عند تطبيقها على اصغر المقاييس وهى المستوى الجزيئى أو الذرى فأحد الأهداف المرجوة من تقنية النانو … هو إنشاء مُجمِّع جزيئى لبناء الجزيئات والمواد عن طريق التخليق الميكانيكى… يظل هذا الهدف ضمن الهندسة الإستكشافية. تشمل مجالات أبحاث الهندسة الميكانيكية الحالية فى مجال تكنولوجيا النانو المرشحات النانوية والأغشية النانوية والبنى النانوية من بين أمور أخرى.

تحليل العنصرالمحدودة

تحليل العناصر المحدودة هو أداة حسابية تستخدم لتقدير الإجهاد والانفعال والتشوه المرن فى الأجسام الصلبة. يستخدم تمثيلا شبكى بأحجام محددة بواسطة المصمم لقياس الكميات المادية فى العقدة. وكلما زاد عدد العقد زادت الدقة. هذا المجال ليس جديد  لأن أساس تحليل العناصر المحدودة (FEA) أو طريقة العناصر المحدودة (FEM) يعود إلى عام 1941. ولكن تطور أجهزة الكمبيوتر جعل FEA / FEM خيار قابل للتطبيق لتحليل المشاكل الهيكلية. وتستخدم العديد من الرموز التجارية مثل NASTRAN و ANSYS و ABAQUS فى الصناعة للبحث وتصميم المكونات. أضافت بعض من برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد وحزم برامج CAD وحدات FEA. فى الآونة الأخيرة  أصبحت منصات المحاكاة السحابية مثل SimScale أكثر شيوعا.

يتم استخدام تقنيات أخرى مثل طريقة الفروق المحدودة (FDM) وطريقة الحجم المحدود (FVM) لحل المشكلات المتعلقة بنقل الحرارة والكتلة وتدفق الموائع  وتفاعل سطح المائع  إلخ.

الميكانيكا الحيوية

الميكانيكا الحيوية هى تطبيق المبادئ الميكانيكية على الأنظمة البيولوجية مثل البشر والحيوانات والنباتات والأعضاء والخلايا. تساعد الميكانيكا الحيوية فى تكوين الأطراف الإصطناعية والأعضاء الإصطناعية للإنسان. ترتبط الميكانيكا الحيوية ارتباط وثيق بالهندسة لأنها تستخدم العلوم الهندسية التقليدية لتحليل الأنظمة البيولوجية. يمكن للتطبيقات البسيطة لميكانيكا نيوتن وعلوم المواد توفير التقريبات الصحيحة لميكانيكا العديد من الأنظمة البيولوجية.

وفى العقد الماضى اكتسبت الهندسة العكسية للمواد الموجودة فى الطبيعة مثل مادة العظام تمويل فى الأوساط الأكاديمية. وتم تحسين بنية مادة العظام بغرض تحمل قدر معقول من إجهاد الضغط لكل وحدة وزن. والهدف هو استبدال الحديد الخام بالمواد الحيوية للتصميم الإنشائى.

وعلى مدار العقد الماضى دخلت طريقة العناصر المحدودة (FEM) إلى قطاع الطب الحيوى لتسليط الضوء على جوانب هندسية أخرى للميكانيكا الحيوية. منذ ذلك الحين  رسخت FEM نفسها كبديل للتقييم الجراحى فى الجسم الحى وحصلت على قبول واسع من الأوساط الأكاديمية. تكمن الميزة الرئيسية للميكانيكا الحيوية الحاسوبية فى قدرتها على تحديد الإستجابة التشريحية الداخلية للجسم دون التعرض للقيود الأخلاقية. وقد أدى هذا إلى أن تصبح نماذج FE منتشرة فى كل مكان فى مجالات الميكانيكا الحيوية بينما اعتمدت الكثير من المشاريع فلسفة المفتوحة المصادر المفتوحة.

ديناميكا الموائع الحسابية

ديناميات الموائع الحسابية يتم اختصارها باسم CFD  وهى فرع من ميكانيكا الموائع تستخدم الطرق والخوارزميات العددية لحل المشكلات التي تنطوى على تدفقات الموائع وتحليلها. وتُستخدم أجهزة الكمبيوتر لإجراء حسابات مطلوبة لمحاكاة تفاعل السوائل والغازات مع الأسطح المحددة. باستخدام أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة يمكن الوصول إلى حلول أفضل. ينتج عن الأبحاث برامج تعمل على تحسين دقة وسرعة سيناريوهات المحاكاة المعقدة مثل التدفقات المضطربة. ويتم إجراء التحقق الأولى من مثل هذا البرنامج باستخدام نفق هوائى مع إجراء التحقق النهائى فى اختبار شامل  على سبيل المثال اختبارات الطيران.

هندسة الصوتيات

الهندسة الصوتية هى واحدة من العديد من التخصصات الفرعية الأخرى للهندسة الميكانيكية وهى تطبيق الصوتيات. الهندسة الصوتية هى دراسة الصوت والإهتزاز. يعمل المهندسون للحد من التلوث الضوضائى فى الأجهزة الميكانيكية والمبانى عن طريق عزل الصوت وإزالة مصادر الضوضاء غير المرغوب فيها. ويمكن أن تتراوح دراسة الصوتيات من تصميم للسمع أو الميكروفون أو سماعة الرأس أو استوديو التسجيل إلى تحسين جودة الصوت فى قاعة الأوركسترا. وتتعامل الهندسة الصوتية مع اهتزاز الأنظمة الميكانيكية المختلفة.

مجالات بحث الهندسة الميكانيكية

 

اترك رد