Ingeniería mecánica

La ingeniería mecánica es una disciplina de la ingeniería que aplica los principios de la física y la ciencia de los materiales para el análisis, diseño, fabricación y mantenimiento de mecánico sistemas. Es la rama de la ingeniería que consiste en la producción y el uso de calor y energía mecánica para el diseño, la producción y operación de máquinas y herramientas. Es uno de los más antiguos y más amplia disciplinas de la ingeniería.

El campo de la ingeniería requiere una comprensión de los conceptos básicos incluidos mecánica, cinemática , termodinámica , ciencia de los materiales , análisis estructural, y la electricidad . Los ingenieros mecánicos utilizan estos principios fundamentales, junto con herramientas como ingeniería asistida por ordenador y la gestión del ciclo de vida del producto para diseñar y analizar las plantas de fabricación, equipos industriales y maquinaria, sistemas de calefacción y refrigeración, transporte sistemas, aviones , motos acuáticas, robótica, dispositivos médicos, y otros.

Mecánica surgió como un campo durante la revolución industrial en Europa en el siglo 18; Sin embargo, su desarrollo se remonta a varios miles de años en todo el mundo. Ciencias de la ingeniería mecánica surgió en el siglo 19 como consecuencia de la evolución en el campo de la física . El campo ha evolucionado continuamente para incorporar los avances en la tecnología, y los ingenieros mecánicos de hoy se continúa con el desarrollo en campos como materiales compuestos, mecatrónica, y nanotecnología. Mecánica superpone con ingeniería aeroespacial, Servicios de Ingeniería de Edificación, Ingeniería Metalúrgica , ingeniería naval, ingeniería civil , ingeniería eléctrica , ingeniería de petróleo, ingeniería de fabricación, y ingeniería química en cantidades variables. Los ingenieros mecánicos también trabajan en el campo de Ingeniería biomédica, específicamente con biomecánica, fenómenos de transporte, biomecatrónica, bionanotecnología y modelado de sistemas biológicos, como la mecánica de los tejidos blandos.

Desarrollo

Diseño de los ingenieros mecánicos y de construcción motores, plantas de energía ...

... estructuras, y vehículos de todos los tamaños.

Aplicaciones de la ingeniería mecánica se encuentran en los registros de muchas sociedades antiguas y medievales en todo el mundo. En la antigua Grecia , las obras de Arquímedes (287 aC-212 aC) profundamente influenciados mecánica en la tradición occidental y Herón de Alejandría (c. 10-70 dC) creó la primera máquina de vapor. En china , Zhang Heng (78-139 dC) mejoró un reloj de agua e inventó un sismómetro, y Ma Jun (200-265 dC) inventó un carro con engranajes diferenciales. El relojero chino medieval e ingeniero Su Song (1020-1101 dC) incorporó un mecanismo de escape en su astronómico torre del reloj dos siglos antes de cualquier escape se puede encontrar en los relojes de la Europa medieval, así como la primera conocida infinita potencia de transmisión del mundo transmisión por cadena.

Durante los años del 7 al siglo 15, la era llamada la Islámico del Siglo de Oro, hubo notables contribuciones de Inventores musulmanes en el campo de la tecnología mecánica. Al-Yazari, que era uno de ellos, escribió su famoso libro del conocimiento de dispositivos mecánicos ingeniosos en 1206, y presentó muchos diseños mecánicos. También se considera que es el inventor de tales dispositivos mecánicos que ahora forman la muy básico de mecanismos, tales como la cigüeñal y árbol de levas.

Los progresos importantes en los fundamentos de la ingeniería mecánica se produjeron en Inglaterra durante el siglo 17, cuando Sir Isaac Newton tanto formuló las tres leyes del movimiento de Newton y desarrollaron cálculo , la base matemática de la física. Newton era reacio a publicar sus métodos y leyes durante años, pero finalmente fue persuadido a hacerlo por sus colegas, como Sir Edmund Halley , para el beneficio de toda la humanidad.

Durante el siglo 19 en Inglaterra , Alemania y Escocia , el desarrollo de máquinas herramientas llevó ingeniería mecánica para desarrollarse como un campo independiente dentro de la ingeniería, proporcionando máquinas de fabricación y los motores para poder ellos. La primera asociación profesional británica de ingenieros mecánicos se formó en 1847 Institución de Ingenieros Mecánicos, treinta años después de que los ingenieros civiles formó la primera sociedad profesional Institución de Ingenieros Civiles. En el continente europeo, Johann Von Zimmermann (1820-1901) fundó la primera fábrica de máquinas de rectificar en Chemnitz, Alemania en 1848.

En el Estados Unidos , la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) se formó en 1880, convirtiéndose en la tercera sociedad de ingeniería profesional, después de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (1852) y el Instituto Americano de Ingenieros de Minas (1871). Las primeras escuelas en los Estados Unidos para ofrecer una educación de ingeniería fueron los Academia militar de Estados Unidos en 1817, una institución hoy se conoce como Universidad de Norwich en 1819, y Rensselaer Polytechnic Institute en 1825. La educación en ingeniería mecánica se ha basado históricamente en una base sólida en matemáticas y ciencias.

Educación

Grados en ingeniería mecánica se ofrecen en las universidades de todo el mundo. En Brasil, Irlanda, Filipinas, Pakistán, China, Grecia, Turquía, América del Norte, Asia del Sur, India, República Dominicana y el Reino Unido, los programas de ingeniería mecánica suelen tardar cuatro o cinco años de estudio y dan lugar a un Licenciatura en Ingeniería (B. Eng), Licenciado en Ciencias (B.Sc), Licenciado en Ciencias de la Ingeniería (B.ScEng), Licenciado en Tecnología (B.Tech), o Licenciado en Ciencias Aplicadas (BASC) grado, en o con énfasis en ingeniería mecánica. En España, Portugal y la mayor parte de América del Sur, donde se han adoptado ni BSc ni programas BTech, el nombre formal de la medida es "ingeniero industrial", y el trabajo del curso se basa en cinco o seis años de entrenamiento. En Italia, el trabajo del curso se basa en cinco años de entrenamiento, pero con el fin de calificar como un ingeniero que tiene que pasar un examen de estado al final del curso.

En Australia, la ingeniería mecánica se otorgan como Licenciatura en Ingeniería (Mecánica) o nomenclatura similar, aunque hay un creciente número de especializaciones. El grado lleva cuatro años de estudio a tiempo completo para lograr. Para garantizar la calidad en carreras de ingeniería, Ingenieros Australia acredita carreras de ingeniería otorgados por las universidades australianas de conformidad con lo global Acuerdo de Washington. Antes de que el grado puede ser otorgado, el estudiante debe completar por lo menos 3 meses de experiencia laboral en el puesto de trabajo en una empresa de ingeniería. Sistemas similares están presentes también en Sudáfrica y son supervisadas por el Consejo de Ingeniería de Sudáfrica (ECSA).

En los Estados Unidos, la mayoría de los programas de pregrado de ingeniería mecánica son acreditado por la Junta de Acreditación de Ingeniería y Tecnología (ABET) para garantizar los requisitos del curso y estándares similares entre universidades. El sitio web ABET enumera 276 programas de ingeniería mecánica acreditados a partir del 19 de junio de 2006. Los programas de ingeniería mecánica en Canadá están acreditados por el Consejo de Acreditación de Ingeniería de Canadá (CEAB), y la mayoría de otros países que ofrecen carreras de ingeniería tienen las sociedades de acreditación similares.

Algunos ingenieros mecánicos van a obtener un título de postgrado, como un Master de Ingeniería, Maestría en Tecnología, Maestría en Ciencias, Master en Gestión de Ingeniería (MEng.Mgt o MEM), un Doctor en Filosofía en Ingeniería (EngD, PhD) o un un título de ingeniero. El ingeniero grados de maestría y de pueden o no incluir investigación. El Doctor en Filosofía incluye un importante componente de investigación y es a menudo visto como el punto de entrada a academia. Existe un título de El Ingeniero en unas pocas instituciones en un nivel intermedio entre el máster y el doctorado.

Cursos

Las normas establecidas por la sociedad de acreditación de cada país están destinadas a proporcionar uniformidad en el material fundamental tema, promover la competencia entre los ingenieros que se gradúan, y para mantener la confianza en la profesión de la ingeniería en su conjunto. Los programas de ingeniería en los EE.UU., por ejemplo, se requieren por ABET para demostrar que sus estudiantes puedan "trabajar profesionalmente tanto en las zonas térmicas y sistemas mecánicos." Los cursos específicos requeridos para graduarse, sin embargo, pueden diferir de un programa a otro. Universidades y Institutos de la tecnología se suelen combinar varios sujetos en una sola clase o dividir un objeto en varias clases, dependiendo de la facultad disponibles y el área principal de la universidad (s) de la investigación.

Los temas fundamentales de la ingeniería mecánica por lo general incluyen:

• Matemáticas (en particular, cálculo , ecuaciones diferenciales y álgebra lineal )
• Estática y dinámica
• Resistencia de materiales y mecánica de sólidos
• Ingeniería de Materiales , Composites
• Termodinámica , transferencia de calor, conversión de energía, y HVAC
• Combustibles, de combustión, Motor de combustión interna
• La mecánica de fluidos (incluyendo estática de fluidos y dinámica de fluidos)
• Mecanismo y Diseño de la máquina (incluyendo la cinemática y dinámica)
• Instrumentación y medición
• Fabricación de ingeniería, tecnología o procesos
• La vibración, la teoría de control y ingeniería de control
• Hidráulica y neumática
• Mecatrónica, y robótica
• Diseño de ingeniería y Diseño de producto
• Ingeniería de diseño, Redacción, diseño asistido por ordenador (CAD) y fabricación asistida por ordenador (CAM)

También se espera que los ingenieros mecánicos para comprender y ser capaz de aplicar los conceptos básicos de la química, la física, ingeniería química, ingeniería civil y la ingeniería eléctrica . Todos los programas de ingeniería mecánica incluyen varios semestres de cálculo , así como los conceptos matemáticos avanzados, incluyendo ecuaciones diferenciales , ecuaciones diferenciales parciales , álgebra lineal , álgebra abstracta , y la geometría diferencial , entre otros.

Además del plan de estudios básico de ingeniería mecánica, muchos programas de ingeniería mecánica ofrecen programas y clases más especializadas, tales como robótica, transporte y logística , criogenia, tecnología de combustible, ingeniería automotriz, biomecánica, vibración, la óptica y otros, si un departamento separado no existe para estos temas.

La mayoría de los programas de ingeniería mecánica también requieren cantidades variables de proyectos de investigación o de la comunidad para ganar experiencia para resolver problemas prácticos. En Estados Unidos es común que los estudiantes de ingeniería mecánica para completar uno o más prácticas mientras estudiaba, aunque esto no suele ser un mandato de la universidad. La educación cooperativa es otra opción. Investigación habilidades de trabajo futuro pone la demanda en los componentes del estudio que alimentan la creatividad y la innovación de los estudiantes.

Licencia

Los ingenieros pueden buscar licencia por un gobierno estatal, provincial o nacional. El propósito de este proceso es asegurar que los ingenieros poseen los conocimientos necesarios técnica, experiencia del mundo real, y el conocimiento del sistema jurídico local para practicar la ingeniería a nivel profesional. Una vez certificado, el ingeniero se le da el título de Ingeniero Profesional (en los Estados Unidos, Canadá, Japón, Corea del Sur, Bangladesh y Sudáfrica), Chartered Engineer (en el Reino Unido, Irlanda, India y Zimbabwe), ingeniero colegiado Profesional (en Australia y Nueva Zelanda) o Ingeniero Europeo (gran parte de la Unión Europea) Ingeniero registrada o Ingeniero Profesional en Filipinas y Pakistán . El ingeniero colegiado y Euroingeniero no son licencias para la práctica - que son las calificaciones.

En los EE.UU., para convertirse en un ingeniero profesional licenciado, ingeniero debe pasar la FE integral (Fundamentos de Ingeniería) examen, trabajar un número determinado de años como pasante de Ingeniería (EI) o Ingeniero en Entrenamiento (EIT), y, finalmente, pasar los "Principios y Práctica" o PE (ingeniero practicante o ingeniero profesional) exámenes.

En los Estados Unidos, los requisitos y los pasos de este proceso son establecidas por la Consejo Nacional de Examinadores de Ingeniería y Agrimensura (NCEES), un compuesto de ingeniería y agrimensura juntas de licencias que representan todos los estados y territorios de Estados Unidos. En el Reino Unido, los graduados actuales requieren un Beng más una maestría apropiada o un sistema integrado Grado Meng, un mínimo de 4 años de postgrado en el desarrollo de competencias de empleo, y un informe sobre el proyecto revisado en el área de especialidad de los candidatos para conseguir ser fletado a través de la Institución de Ingenieros Mecánicos.

En la mayoría de los países modernos, ciertas tareas de ingeniería, tales como el diseño de puentes, centrales eléctricas y plantas químicas, deben ser aprobados por un Ingeniero Profesional o un Ingeniero colegiado. "Sólo un ingeniero con licencia, por ejemplo, puede preparar, firmar, sellar y presentar planes de ingeniería y dibujos a una autoridad pública, para su aprobación, o para sellar el trabajo de ingeniería para clientes públicos y privados." Este requisito se puede escribir en la legislación estatal y provincial, como en las provincias de Canadá, por ejemplo la Ley de Ingeniero de Quebec Ontario o.

En otros países, como Australia, no existe tal legislación; Sin embargo, prácticamente todos los organismos de certificación mantienen una código de ética independientes de la legislación que esperan que todos los miembros a que cumplan o expulsión riesgo.

Los salarios y las estadísticas de la fuerza laboral

El número total de ingenieros empleados en los EE.UU. en 2009 fue de aproximadamente 1,6 millones. De ellos, 239.000 eran ingenieros mecánicos (14,9%), el segundo más grande de disciplina por tamaño detrás civil (278.000). Se proyecta que el número total de puestos de trabajo de ingeniería mecánica en 2009 a crecer un 6% durante la próxima década, con el salario promedio de partida siendo 58,800 dólares con un título de licenciatura. El ingreso promedio anual de los ingenieros mecánicos en la fuerza laboral de Estados Unidos fue de aproximadamente $ 74.900. Este número fue mayor cuando se trabaja para el gobierno ($ 86.250), y la más baja en la educación ($ 63.050).

En 2007, los ingenieros canadienses realizaron un promedio de CAD $ 29,83 por hora, con 4% de desempleados. El promedio de las ocupaciones era $ 18.07 por hora, con un 7% de desempleados. El doce por ciento de estos ingenieros eran trabajadores por cuenta propia, y desde 1997 la proporción de mujeres ingenieras había aumentado a 6%.

Las herramientas modernas

Una vista oblicua de un cigüeñal de cuatro cilindros con pistones

Muchas empresas de ingeniería mecánica, especialmente los de los países industrializados, han comenzado a incorporar programas de ingeniería asistida por ordenador (CAE) en sus procesos de diseño y análisis existentes, incluyendo 2D y 3D modelado de sólidos diseño asistido por ordenador (CAD). Este método tiene muchos beneficios, incluyendo la visualización más fácil y más exhaustiva de productos, la capacidad de crear conjuntos virtuales de partes, y la facilidad de uso en el diseño de interfaces de apareamiento y tolerancias.

Otros programas CAE comúnmente utilizados por los ingenieros mecánicos incluyen la gestión del ciclo de vida del producto (PLM) herramientas y herramientas de análisis utilizados para realizar simulaciones complejas. Las herramientas de análisis pueden utilizarse para predecir la respuesta producto a cargas esperadas, incluyendo resistencia a la fatiga y capacidad de fabricación. Estas herramientas incluyen análisis de elementos finitos (FEA), dinámica de fluidos computacional (CFD), y fabricación asistida por ordenador (CAM).

El uso de programas CAE, un equipo de diseño mecánico puede iterar rápidamente y barato el proceso de diseño para desarrollar un producto que satisfaga mejor costo, rendimiento y otras limitaciones. No prototipo físico necesita ser creado hasta que el diseño acerca a la terminación, lo que permite cientos o miles de diseños para ser evaluados, en lugar de unos pocos relativa. Además, los programas de análisis CAE pueden modelar los fenómenos físicos complejos que no se pueden resolver con la mano, como viscoelasticidad, contacto compleja entre las partes acopladas, o flujos no newtonianos.

Como ingeniería mecánica comienza a fusionarse con otras disciplinas, como se ve en mecatrónica, optimización del diseño multidisciplinar (MDO) se utiliza con otros programas CAE para automatizar y mejorar el proceso de diseño iterativo. Herramientas MDO envuelven procesos CAE existentes, lo que permite la evaluación del producto para continuar incluso después de que el analista se va a casa para el día. También utilizan sofisticados algoritmos de optimización para explorar de forma más inteligente posibles diseños, a menudo la búsqueda de mejores e innovadoras soluciones a difíciles problemas de diseño multidisciplinarios.

Subdisciplinas

El campo de la ingeniería mecánica puede ser pensado como una colección de muchas disciplinas de las ciencias de ingeniería mecánica. Varias de estas subdisciplinas que se imparten normalmente a nivel de pregrado se enumeran a continuación, con una breve explicación y la aplicación más común de cada uno. Algunas de estas subdisciplinas son exclusivas de la ingeniería mecánica, mientras que otros son una combinación de ingeniería mecánica y uno o más de otras disciplinas. La mayoría del trabajo que hace un ingeniero mecánico utiliza habilidades y técnicas de varias de estas subdisciplinas, así como subdisciplinas especializadas. Subdisciplinas especializadas, tal como se utiliza en este artículo, son más propensos a ser objeto de estudios de postgrado o de formación en el puesto de trabajo de investigación de pregrado. Varios subdisciplinas especializadas se analizan en esta sección.

Mecánica

El círculo de Mohr, una herramienta común para estudiar hace hincapié en un elemento mecánico

La mecánica es, en el sentido más general, el estudio de las fuerzas y su efecto sobre la materia . Por lo general, ingeniería mecánica se utiliza para analizar y predecir la aceleración y la deformación (tanto elástica y plástico) de objetos bajo fuerzas conocidas (también llamadas cargas) o tensiones. Subdisciplinas de la mecánica incluyen

• Estática, el estudio de los cuerpos que no se mueve con cargas conocidas, cómo las fuerzas afectan cuerpos estáticos
• Dinámica (o cinética), el estudio de cómo las fuerzas afectan los cuerpos en movimiento
• Mecánica de materiales, el estudio de cómo los diferentes materiales se deforman bajo distintos tipos de estrés
• Mecánica de fluidos , el estudio de cómo los fluidos reaccionan a las fuerzas
• Cinemática , el estudio del movimiento de los cuerpos (objetos) y sistemas (grupos de objetos), sin tener en cuenta las fuerzas que causan el movimiento. Cinemática se utiliza a menudo en el diseño y análisis de mecanismos.
• Mecánica de medios continuos, un método de la mecánica que solicitan que asume que los objetos son continuas (en lugar de discreta)

Los ingenieros mecánicos suelen utilizar la mecánica en el diseño o análisis de las fases de ingeniería. Si el proyecto de ingeniería fueron el diseño de un vehículo, la estática pueden ser empleados para diseñar el bastidor del vehículo, con el fin de evaluar dónde las tensiones serán más intenso. Dinámica podrían ser utilizados en el diseño del motor del coche, para evaluar las fuerzas en el pistones y levas como los ciclos del motor. Mecánica de materiales pueden ser utilizados para elegir los materiales apropiados para el marco y el motor. Mecánica de fluidos podrían utilizarse para diseñar un sistema de ventilación para el vehículo (ver HVAC), o para diseñar el sistema de admisión para el motor.

Mecatrónica y robótica

Formación FMS con robot de aprendizaje SCORBOT-ER 4u, banco de trabajo molino del CNC y Torno CNC

Mecatrónica es una rama interdisciplinaria de la ingeniería mecánica, ingeniería eléctrica y ingeniería de software que se ocupa de la integración de la ingeniería eléctrica y mecánica para crear sistemas híbridos. De esta manera, las máquinas se pueden automatizar mediante el uso de motores eléctricos, servomecanismos y otros sistemas eléctricos en combinación con un software especial. Un ejemplo común de un sistema mecatrónico es una unidad de CD-ROM. Los sistemas mecánicos abrir y cerrar la unidad, girar el CD y mover el láser, mientras que un sistema óptico lee los datos en el CD y la convierte en Bits. El software integrado controla el proceso y se comunica el contenido del CD al ordenador.

Robotics es la aplicación de la mecatrónica para crear robots, que se utilizan a menudo en la industria para realizar tareas que son peligrosas, desagradable, o repetitiva. Estos robots pueden ser de cualquier forma y tamaño, pero todos están preprogramados e interactuar físicamente con el mundo. Para crear un robot, un ingeniero emplea típicamente cinemática (para determinar el alcance del robot de movimiento) y mecánicos (para determinar las tensiones dentro del robot).

Robots se utilizan ampliamente en ingeniería industrial. Ellos permiten a las empresas a ahorrar dinero en mano de obra, realizan tareas que son demasiado peligrosos o demasiado preciso para que los humanos realizan económicamente, y para asegurar una mejor calidad. Muchas empresas emplean líneas de montaje de robots, especialmente en la Industria Automotriz y algunas fábricas están tan robotizados que puedan correr por ellos mismos. Fuera de la fábrica, los robots se han empleado en desactivación de bombas, la exploración del espacio , y muchos otros campos. Los robots también se venden para diversas aplicaciones residenciales, de recreación para aplicaciones domésticas.

Análisis estructural

El análisis estructural es la rama de la ingeniería mecánica (y también la ingeniería civil) dedicada a examinar por qué y cómo los objetos fallan y para fijar los objetos y su rendimiento. Fallas estructurales ocurren en dos modos generales: insuficiencia estática, y el fallo por fatiga fallo estructural estática se produce cuando, al ser cargado (habiendo aplica una fuerza) del objeto que se analizó tanto los descansos o se deforma. plásticamente, dependiendo del criterio de fallo de fracaso. La fatiga se produce cuando un objeto falla después de un número de ciclos de carga y descarga repetidas. Fallo por fatiga se produce debido a imperfecciones en el objeto: una grieta microscópica en la superficie del objeto, por ejemplo, crecerá ligeramente con cada ciclo (propagación) hasta que la grieta es suficientemente grande para causar fracaso final.

El fracaso no se define simplemente como cuando una parte se rompe, sin embargo; se define como cuando una parte no funciona según lo previsto. Algunos sistemas, como los mejores secciones perforadas de algunas bolsas de plástico, están diseñados para romperse. Si estos sistemas no se rompen, análisis de fallas puede ser empleado para determinar la causa.

El análisis estructural es de uso frecuente por los ingenieros mecánicos después de que haya ocurrido una falla, o cuando se diseñan para evitar el fracaso. Los ingenieros a menudo utilizan documentos en línea y libros, como las publicadas por ASM para ayudar a determinar el tipo de falla y las causas posibles.

El análisis estructural se puede utilizar en la oficina cuando el diseño de piezas, en el campo para analizar piezas defectuosas, o en laboratorios donde las partes podrían experimentar controlados pruebas de fallo.

Termodinámica y termo-ciencia

La termodinámica es una ciencia aplicada utiliza en varias ramas de la ingeniería, incluyendo mecánica y ingeniería química. En su forma más simple, la termodinámica es el estudio de la energía, su uso y la transformación a través de una sistema. Típicamente, la termodinámica de ingeniería se ocupa de cambiar la energía de una forma a otra. Como ejemplo, los motores de automoción convierten la energía química ( entalpía ) del combustible en calor, y luego en trabajo mecánico que eventualmente hace girar las ruedas.

Principios Termodinámica son utilizados por los ingenieros industriales en los campos de transferencia de calor, termofluidos, y conversión de energía. Los ingenieros mecánicos utilizan termo-ciencia para diseñar motores y centrales eléctricas, de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), intercambiadores de calor, disipadores de calor, radiadores, refrigeración, aislamiento, y otros.

Diseño y elaboración

Un modelo CAD de un doble sello mecánico

Redacción o dibujo técnico es el medio por el cual los ingenieros mecánicos diseñan productos y crean instrucciones para la fabricación de piezas. Un dibujo técnico puede ser un esquema modelo de la computadora o dibujado a mano, mostrando todas las dimensiones necesarias para la fabricación de una parte, así como las notas de montaje, una lista de materiales necesarios, y otra información pertinente. Un ingeniero mecánico estadounidense o trabajador cualificado que crea dibujos técnicos se pueden denominar como redactor o dibujante. Redacción ha sido históricamente un proceso de dos dimensiones, pero programas de diseño (CAD) asistido por ordenador ahora permiten al diseñador crear en tres dimensiones.

Instrucciones para la fabricación de una pieza deben ser alimentados a la maquinaria necesaria, ya sea manualmente, a través de instrucciones programadas, o mediante el uso de una fabricación asistida por ordenador (CAM) o el programa CAD / CAM combinado. Opcionalmente, un ingeniero también puede fabricar manualmente una pieza utilizando los dibujos técnicos, pero esto se está convirtiendo en una rareza en aumento, con la llegada de equipo de control numérico (CNC) de fabricación. Ingenieros principalmente fabrican manualmente partes en las áreas de aplicada rociar recubrimientos, acabados, y otros procesos que no pueden económicamente o prácticamente pueden hacer por una máquina.

Redacción se utiliza en casi todos los sub-disciplina de la ingeniería mecánica, y por muchas otras ramas de la ingeniería y la arquitectura. Tres dimensiones modelos creados utilizando software CAD también se utilizan comúnmente en análisis de elementos finitos (FEA) y dinámica de fluidos computacional (CFD).

Fronteras de la investigación

Los ingenieros mecánicos están empujando constantemente los límites de lo que es físicamente posible con el fin de producir máquinas y sistemas mecánicos más seguro, más barato y más eficiente. Algunas de las tecnologías a la vanguardia de la ingeniería mecánica se enumeran a continuación (ver también ingeniería exploratoria).

Sistemas electromecánicos (MEMS) Micro

Componentes mecánicos Micron escala, tales como resortes, engranajes, fluidos y dispositivos de transferencia de calor se fabrican a partir de una variedad de materiales de sustrato tales como silicio, vidrio y polímeros como el SU8. Ejemplos de componentes MEMS son los acelerómetros que se utilizan como sensores de airbag de automóviles, teléfonos celulares modernos, giroscopios para un posicionamiento preciso y los dispositivos de microfluidos utilizados en aplicaciones biomédicas.

Soldadura por fricción (FSW)

Soldadura por fricción-agitación, un nuevo tipo de soldadura , fue descubierto en 1991 por El Instituto de Soldadura (TWI). La innovadora técnica de soldadura en estado estacionario (no fusión) se une a materiales previamente un-soldables, entre ellos varios de aluminio aleaciones. Desempeña un papel importante en la futura construcción de aviones, reemplazando potencialmente remaches. Los usos actuales de esta tecnología hasta la fecha incluyen la soldadura de las costuras del principal tanque externo del transbordador espacial de aluminio, artículo de prueba Orion tripulación del vehículo, Boeing Delta II y Delta IV para gastos Launch Vehicles y el SpaceX Falcon 1 cohete, blindaje para los buques de asalto anfibio, y soldadura de las alas y paneles del fuselaje del nuevo avión Eclipse 500 de Eclipse Aviation entre una piscina cada vez más creciente de usos.

Composites

Paño compuestas de fibra de carbono tejida

Composites o materiales compuestos son una combinación de materiales que proporcionan diferentes características físicas que cualquiera de los materiales por separado. La investigación material compuesto dentro de la ingeniería mecánica típicamente centra en el diseño (y, posteriormente, la búsqueda de las solicitudes de) materiales más fuertes o más rígidos mientras intenta reducir el peso, la susceptibilidad a la corrosión, y otros factores indeseables. Composites reforzados con fibra de carbono, por ejemplo, se han utilizado en aplicaciones tan diversas como la nave espacial y de pesca cañas.

Mecatrónica

Mecatrónica es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica, Ingeniería Electrónica, y la ingeniería de software. El propósito de este campo de la ingeniería interdisciplinario es el estudio de automatización desde una perspectiva de ingeniería y sirve a los efectos de controlar los sistemas híbridos avanzados.

Nanotecnología

En las escalas más pequeñas, la ingeniería mecánica se convierte -uno nanotecnología objetivo especulativo de las cuales es la creación de un ensamblador molecular para construir moléculas y materiales a través de mecanosíntesis. Por ahora ese objetivo se mantiene dentro de ingeniería exploratoria. Las áreas de investigación en ingeniería mecánica actual en nanotecnología incluyen nanofiltros, nanopelículas y nanoestructuras, entre otros.

El análisis de elementos finitos

Este campo no es nuevo, ya que la base de análisis de elementos finitos (FEA) o método de elementos finitos (FEM) se remonta a 1941. Pero la evolución de los ordenadores ha hecho FEA / FEM una opción viable para el análisis de los problemas estructurales. Muchos códigos comerciales, tales como ANSYS, Nastran y ABAQUS son ampliamente utilizados en la industria para la investigación y el diseño de los componentes. Calculix es un código abierto y el programa de elementos finitos libre. Algunos paquetes de software de modelado y CAD 3D han añadido módulos FEA.

Se emplean otras técnicas, tales como el método de diferencia finita (FDM) y el método de volúmenes finitos (FVM) para resolver los problemas relacionados con el calor y la transferencia de masa, los flujos de fluidos, la interacción superficie del fluido etc.

Biomecánica

La biomecánica es la aplicación de los principios de la mecánica de los sistemas biológicos, como los seres humanos , animales , plantas , órganos y células .

Biomecánica está estrechamente relacionada con la ingeniería , ya que a menudo utiliza las ciencias tradicionales de ingeniería para analizar los sistemas biológicos. Algunas aplicaciones simples de mecánica newtoniana y / o ciencias de los materiales pueden suministrar aproximaciones correctas a la mecánica de muchos sistemas biológicos.

La dinámica de fluidos computacional

La dinámica de fluidos computacional, generalmente abreviado como CFD, es una rama de la mecánica de fluidos que utiliza métodos numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas que implican flujos de fluidos. Las computadoras se usan para realizar los cálculos necesarios para simular la interacción de líquidos y gases con superficies definidas por las condiciones de contorno. Con los superordenadores de alta velocidad, mejores soluciones pueden ser alcanzados. En curso software rendimientos de investigación que mejora la precisión y la velocidad de escenarios de simulación complejos, tales como los flujos de transónicas o turbulento. La validación inicial de este tipo de software se realiza mediante un túnel de viento con la validación final viene en pruebas a gran escala, por ejemplo, pruebas de vuelo.

Los campos relacionados

Ingeniería de fabricación y Ingeniería Aeroespacial veces se agrupa con la ingeniería mecánica. Un título de licenciatura en estas áreas suele tener una diferencia de unas pocas clases especializadas.