Machinebouw

Machinebouw is de discipline die de beginselen van de toepassing techniek , natuurkunde en materiaalkunde voor het ontwerp, analyse, productie en onderhoud van mechanische systemen . Het is de tak van techniek die het ontwerp, de productie en exploitatie van impliceert machines . [1] [2] Het is een van de oudste en breedste van de technische disciplines .

De techniek veld vereist een goed begrip van kernbegrippen waaronder mechanica , kinematica , thermodynamica , materiaalkunde, structurele analyse , en elektriciteit . Werktuigbouwkundigen gebruik maken van deze kernprincipes samen met tools zoals computer-aided design en product lifecycle management te ontwerpen en te analyseren fabrieken , industriële apparatuur en machines, verwarmings- en koelsystemen , transport systemen, vliegtuigen , waterscooters , robotica , medische hulpmiddelen , wapens , en anderen.

Machinebouw ontpopt als een veld tijdens de industriële revolutie in Europa in de 18e eeuw; echter kan de ontwikkeling worden getraceerd duizenden jaren wereldwijd. Werktuigbouwkunde wetenschap ontstond in de 19e eeuw als gevolg van de ontwikkelingen op het gebied van de natuurkunde . Het veld heeft voortdurend geëvolueerd om vooruitgang op te nemen in de technologie, en werktuigbouwkundigen vandaag nastreven ontwikkelingen op gebieden zoals composieten , mechatronica en nanotechnologie . Werktuigbouw overlapt met luchtvaart- en ruimtevaarttechniek , metallurgische techniek , civiele techniek , elektrotechniek , productie-engineering , chemische technologie , en andere technische disciplines in verschillende hoeveelheden. Werktuigbouwkundigen kunnen ook werken op het gebied van biomedische techniek , in het bijzonder met biomechanica , transport verschijnselen , Biomechatronics , bionanotechnologie , en modellering van biologische systemen.

Werktuigbouwkundigen ontwerpen en bouwen motoren , energiecentrales , andere machines …
… structuren , en voertuigen van alle soorten en maten.

Inhoud

  • 1 Geschiedenis
  • 2 Onderwijs
    • 2.1 Cursussen
    • 2.2 Licentie en regelgeving
  • 3 Salarissen en arbeidskrachten statistieken
  • 4 Moderne hulpmiddelen
  • 5 Subdisciplines
    • 5.1 Mechanics
    • 5.2 Mechatronics en robotica
    • 5.3 Structurele analyse
    • 5.4 thermodynamica en thermo-wetenschap
    • 5.5 Design en het opstellen
  • 6 grenzen van het onderzoek
    • 6.1 Micro elektromechanische systemen (MEMS)
    • 6.2 Friction Stir Welding (FSW)
    • 6.3 Composites
    • 6.4 Mechatronics
    • 6.5 Nanotechnologie
    • 6.6 Eindige elementen analyse
    • 6.7 biomechanica
    • 6.8 Computational Fluid Dynamics
    • 6.9 elektroakoestiek
  • 7 Verwante velden
  • 8 Zie ook
  • 9 Nota’s en verwijzingen
  • 10 Verder lezen
  • 11 Externe links

Geschiedenis

Werktuigbouw vindt zijn toepassing in de archieven van diverse oude en middeleeuwse samenleving in heel de mensheid. In het oude Griekenland , de werken van Archimedes (287-212 vC) sterk beïnvloed mechaniek in de westerse traditie en Heron van Alexandrië (c. AD 10-70) creëerde de eerste stoommachine ( aeolipile ). [3] In China , Zhang Heng (AD 78-139) verbeterd water klok en bedacht een seismometer , en Ma Jun (AD 200-265) bedacht een strijdwagen met differentiële versnellingen. De middeleeuwse Chinese horologist en ingenieur Su Song (AD 1020-1101) opgenomen een echappement mechanisme in zijn astronomische klokkentoren twee eeuwen voordat echappement kan worden gevonden in klokken van het middeleeuwse Europa, maar ook ‘s werelds eerste bekende eindeloze stroom verzendende- kettingaandrijving . [4]

Tijdens de jaren van de 7e naar de 15e eeuw, het tijdperk riep de islamitische Gouden Eeuw , waren er opmerkelijke bijdragen van de islamitische uitvinders op het gebied van mechanische technologie. Al-Jazari , die één van hen was, schreef zijn beroemde boek van Kennis van Ingenieuze Mechanische Apparaten in 1206, en presenteerde vele mechanische ontwerpen. Hij wordt ook als uitvinder van dergelijke mechanische inrichtingen die thans vormen de fundamentele mechanismen, zoals zijn krukas en de nokkenas . [5]

Belangrijke doorbraken in de fundamenten van de machinebouw zich in Engeland in de 17e eeuw, toen Sir Isaac Newton zowel formuleerde de drie Wetten van Newton en ontwikkelde Calculus , de wiskundige basis van de natuurkunde. Newton was terughoudend om zijn methodes en wetten publiceert al jaren, maar hij werd uiteindelijk overgehaald om dit te doen door zijn collega’s, zoals Sir Edmund Halley , veel in het voordeel van de hele mensheid. Gottfried Wilhelm Leibniz is ook gecrediteerd met het creëren van Calculus tijdens dezelfde tijdsbestek.

Tijdens het begin van de 19e eeuw in Engeland , Duitsland en Schotland , de ontwikkeling van gereedschapswerktuigen geleid werktuigbouwkunde te ontwikkelen als een apart veld binnen engineering, het verstrekken van de productie van machines en motoren aan de macht zijn. [6] De eerste Britse professionele vereniging van werktuigbouwkundigen werd in 1847 gevormd Institution of Mechanical Engineers , dertig jaar na de burgerlijk ingenieurs vormden de eerste dergelijke professionele samenleving Institution of Civil Engineers . [7] Op het Europese continent, Johann von Zimmermann (1820-1901) stichtte de eerste fabriek voor het slijpen machines in Chemnitz , Duitsland in 1848.

In de Verenigde Staten , de American Society of Mechanical Engineers (ASME) werd opgericht in 1880, en werd de derde dergelijke professionele engineering samenleving, na de American Society of Civil Engineers (1852) en het American Institute of Mining Engineers (1871). [8 ] De eerste scholen in de Verenigde Staten om een technische opleiding bieden waren de Verenigde Staten Militaire Academie in 1817, een instelling nu bekend als Norwich University in 1819, en het Rensselaer Polytechnic Institute in 1825. Onderwijs in de machinebouw is van oudsher gebaseerd op een sterke basis in wiskunde en wetenschap. [9]

Onderwijs

Schroef van Archimedes werd met de hand bediend en kon efficiënt water te verhogen, zoals de geanimeerde rode bal demonstreert.

Graden in de machinebouw worden aangeboden op diverse universiteiten wereldwijd. In Brazilië, Ierland, de Filippijnen, Pakistan, China, Griekenland, Turkije, Noord-Amerika, Zuid-Azië, Nepal, India, de Dominicaanse Republiek en het Verenigd Koninkrijk, de machinebouw programma’s duren meestal vier tot vijf jaar van studie en leiden tot een Bachelor of Engineering (B.Eng. of BE), Bachelor of Science (B.Sc. of BS), Bachelor of Science Engineering (B.Sc.Eng.), Bachelor of Technology (B.Tech.), Bachelor of Mechanical Engineering (BME ) of Bachelor of Applied Science (BASC.) diploma, in of met de nadruk in de machinebouw. In Spanje, Portugal en het grootste deel van Zuid-Amerika, waar noch B.Sc. noch B.Tech. programma’s zijn goedgekeurd, de officiële naam voor de graad is “Mechanical Engineer”, en de cursus werk is gebaseerd op vijf of zes jaar van de opleiding. In Italië is de cursus werk is gebaseerd op vijf jaar van de opleiding, maar in aanmerking te komen als een Engineer men een toestand examen op het einde van de cursus. In Griekenland wordt de cursussen gebaseerd op een periode van vijf jaar curriculum en de eis van een ‘diploma’ Thesis, die na afloop van een ‘diploma’ wordt eerder toegekend dan een B.Sc.

In Australië zijn werktuigbouwkunde diploma’s als Bachelor of Engineering (Mechanical) of vergelijkbare nomenclatuur [10] , hoewel er een toenemend aantal specialisaties. De mate duurt vier jaar full-time studie te bereiken. Om de kwaliteit in engineering graden zorgen, Ingenieurs Australië accrediteert ingenieursopleidingen uitgereikt door Australische universiteiten in overeenstemming met de wereldwijde Washington Accord . Voordat de mate kan worden toegekend, moet de student te voltooien ten minste 3 maanden van on the job werkervaring in een ingenieursbureau. Vergelijkbare systemen zijn ook aanwezig in Zuid-Afrika en worden onder toezicht van de Engineering Council van Zuid-Afrika (ECSA).

In de Verenigde Staten worden de meeste undergraduate werktuigbouwkunde programma geaccrediteerd door de Raad voor Accreditatie voor Engineering and Technology (ABET) om soortgelijke cursus eisen en normen bij de universiteiten te garanderen. De ABET website bevat 302 geaccrediteerde machinebouw programma’s van 11 maart 2014. [11] Werktuigbouwkunde-programma’s in Canada zijn geaccrediteerd door de Canadese Technische Raad voor Accreditatie (CEAB), [12] en de meeste andere landen die ingenieursopleidingen hebben soortgelijke accreditatie samenlevingen .

Sommige werktuigbouwkundigen gaan om een postgraduaat te streven, zoals een Master in de ingenieurswetenschappen , Master of Technology , Master of Science , Master of Engineering Management (M.Eng.Mgt. of MEM), een Doctor of Philosophy in engineering (Eng.D . of Ph.D.), of een ingenieur diploma . De master en diploma ingenieur kan wel of niet onder het onderzoek . De Doctor of Philosophy omvat een belangrijk onderdeel van onderzoek en wordt vaak gezien als de toegangspoort tot de academische wereld . [13] De Engineer’s degree bestaat op een paar instellingen op een tussenniveau tussen de master’s degree en het doctoraat.

Cursussen

Standaarden door elk land accreditatie samenleving ingesteld zijn bedoeld om de uniformiteit in de fundamentele leerstof te bieden, te bevorderen competentie van ingenieurs afstuderen, en om het vertrouwen in het beroep van ingenieur in zijn geheel te behouden. Engineering programma’s in de VS, bijvoorbeeld, zijn verplicht door ABET aan te tonen dat hun studenten kunnen “werken professioneel, zowel in thermische en mechanische systemen gebieden.” [14] De specifieke opleidingen nodig zijn om af te studeren, maar kan verschillen per programma. Universiteiten en instituten van de technologie zal vaak combineer meerdere onderwerpen in een enkele klasse of split een onderwerp in meerdere klassen, afhankelijk van de faculteit beschikbaar is en de universiteit belangrijk gebied (s) van het onderzoek.

De fundamentele onderwerpen van werktuigbouwkunde omvatten meestal:

  • Wiskunde (in het bijzonder, calculus , differentiaalvergelijkingen en lineaire algebra )
  • Fysische wetenschappen (met inbegrip van de fysica en chemie )
  • Statica en dynamiek
  • Sterkte van de materialen en solide mechanica
  • Materials Engineering , Composites
  • Thermodynamica , warmteoverdracht , de omzetting van energie en HVAC
  • Brandstoffen , verbranding , interne verbrandingsmotor
  • Stromingsleer (inclusief vloeistof statica en vloeistofdynamica )
  • Mechanisme en Machine design (inclusief kinematica en dynamica )
  • Instrumentatie en metingen
  • Fabricage techniek , technologie, of processen
  • Trillingen , regeltechniek en regeltechniek
  • Hydrauliek en pneumatiek
  • Mechatronica en robotica
  • Technisch ontwerp en product design
  • Opstellen , computer-aided design (CAD) en computer-aided manufacturing (CAM) [15] [16]

Mechanische ingenieurs zullen naar verwachting ook te begrijpen en te kunnen basisconcepten ingang van scheikunde, natuurkunde, chemische technologie , civiele techniek en elektrotechniek . Alle werktuigbouwkunde programma’s omvatten meerdere semesters van wiskundige klassen waaronder calculus en geavanceerde wiskundige concepten zoals differentiaalvergelijkingen , partiële differentiaalvergelijkingen , lineaire algebra , abstracte algebra en differentiële meetkunde , onder anderen.

In aanvulling op de kern machinebouw curriculum, veel machinebouw programma’s bieden meer gespecialiseerde programma’s en klassen, zoals besturingssystemen , robotica , transport en logistiek , cryogene , brandstof technologie, automotive engineering , biomechanica , trillingen , optica en anderen, als een afzonderlijke afdeling bestaat niet voor deze onderwerpen. [17]

De meeste werktuigbouwkundige programma ook verschillende hoeveelheden van het onderzoek of de gemeenschap projecten vereisen praktische probleemoplossende ervaring op te doen. In de Verenigde Staten is het gebruikelijk dat werktuigbouwkunde studenten aan één of meer ronden stages tijdens de studie, maar dit is niet typisch in opdracht van de universiteit. Coöperatieve onderwijs is een andere optie. Toekomstige werkzaamheden vaardigheden [18] onderzoek zet de vraag op studie onderdelen die de student creativiteit en innovatie te voeden. [19]

Licentie en regulering

Ingenieurs kunnen proberen licentie door een staat, provinciale of nationale overheid. Het doel van dit proces is om ervoor te zorgen dat de ingenieurs beschikken over de nodige technische kennis, real-world ervaring en kennis van de lokale juridische systeem om techniek te oefenen op een professioneel niveau. Eenmaal gecertificeerd, is de ingenieur de titel van de Professional Engineer (in de Verenigde Staten, Canada, Japan, Zuid-Korea, Bangladesh en Zuid-Afrika), Chartered Engineer (in het Verenigd Koninkrijk, Ierland, India en Zimbabwe), Chartered Professional Engineer ( in Australië en Nieuw-Zeeland) of Europese Ingenieur (een groot deel van de Europese Unie), Geregistreerd Engineer of Professional Engineer in Filipijnen en Pakistan .

In de VS, een licentie Professional Engineer (PE), een ingenieur moet passeren de uitgebreide FE (Fundamentals of Engineering) examen, het werk een minimum van 4 jaar als een engineering Intern (EI) of ingenieur-in-opleiding (EIT) worden , en laat de “Principles and Practice” of PE (Oefenen Engineer of Professional Engineer) examens. De eisen en de stappen van dit proces is vastgelegd door de Nationale Raad van de examencommissie voor Engineering en landmeetkunde (NCEES), een samengesteld uit engineering en landmeetkundige licentie boards die alle Amerikaanse staten en gebieden.

In het Verenigd Koninkrijk, de huidige afgestudeerden vereisen een Beng plus een geschikte master’s degree of een geïntegreerd MEng diploma, minimaal 4 jaar post graduate op de baan competentieontwikkeling en een peer reviewed project rapport in de kandidaten specialisme om een Chartered geworden Mechanical Engineer (CEng, MIMechE) door de Institution of Mechanical Engineers . CEng MIMechE kan ook worden verkregen via een onderzoek route door de stad en de Guilds of London Institute . [ nodig citaat ]

In de meeste ontwikkelde landen, bepaalde technische taken, zoals het ontwerp van de bruggen, elektriciteitscentrales en chemische fabrieken, moet worden goedgekeurd door een professionele ingenieur of Chartered Engineer . “Alleen een erkende technicus, bijvoorbeeld, kan bereiden, teken, zegel en legt technische plannen en tekeningen aan een overheidsinstantie voor goedkeuring, of engineering voor publieke en private klanten af te dichten.” [20] Deze eis kan worden geschreven in de staat en provinciale wetgeving, zoals in de Canadese provincies, bijvoorbeeld de Ontario en Quebec Engineer wet. [21]

In andere landen, zoals Australië en het Verenigd Koninkrijk, bestaat geen dergelijke wetgeving; Maar vrijwel alle certificerende instellingen handhaven van een ethische code , onafhankelijk van de wetgeving, dat zij verwachten dat alle leden zich houden aan of risico uitzetting. [22]

Nadere informatie: FE examen , professionele ingenieur , Incorporated Engineer en Washington Accord

Salarissen en werknemers statistieken

Het totale aantal ingenieurs in dienst in de VS in 2009 was ongeveer 1,6 miljoen. Van deze 239.000 waren werktuigbouwkundigen (14,9%), de tweede grootste discipline door grootte achter civiele (278.000). Het totale aantal mechanische engineering banen in 2009 werd geraamd op 6% zal groeien de komende tien jaar, met een gemiddelde startsalarissen zijn $ 58.800 met een bachelor’s degree. [23] De mediaan jaarinkomen van mechanische ingenieurs in de Amerikaanse beroepsbevolking was $ 80.580. Het mediane inkomen was het hoogst bij het werken voor de overheid ($ 92.030), en het laagst in het onderwijs ($ 57.090) als van 2012. [24]

Moderne hulpmiddelen

Een schuin aanzicht van een vier-lijnmotor krukas met zuigers

Veel machinebouw bedrijven, vooral die in de geïndustrialiseerde landen, zijn begonnen met het integreren -computer aided engineering (CAE) programma’s in hun bestaande ontwerp en analyse processen, waaronder 2D en 3D solid modeling -computer-aided design (CAD). Deze methode heeft vele voordelen, waaronder gemakkelijker en vollediger visualisatie van producten, het vermogen om virtuele samenstellingen van onderdelen maken en het gebruiksgemak bij het ontwerpen paring interfaces en toleranties.

Andere CAE programma’s vaak gebruikt door machinebouwers onder product lifecycle management (PLM) gereedschappen en analyse-instrumenten gebruikt om complexe simulaties uit te voeren. Analysetools kunnen worden gebruikt om deze reactie te verwachten belastingen, zoals levensduur en produceerbaarheid voorspellen. Deze tools omvatten eindige elementen analyse (FEA), computational fluid dynamics (CFD), en computer-aided manufacturing (CAM).

Met behulp van CAE programma’s, kan een mechanisch ontwerp team snel en goedkoop herhalen het ontwerpproces om een product dat beter voldoet aan de kosten, prestaties en andere beperkingen te ontwikkelen. Geen fysieke prototype behoeft te worden gemaakt totdat het ontwerp voltooiing nadert, waardoor honderden of duizenden ontwerpen te evalueren, in plaats van een relatief weinig. Bovendien kunnen CAE analyseprogramma’s gecompliceerde fysische verschijnselen die niet kunnen worden opgelost met de hand, zoals viscoelasticiteit, complexe contact tussen corresponderende delen of model niet-Newtonse stromen .

Als werktuigbouwkundige begint te fuseren met andere disciplines, zoals te zien in mechatronica , multidisciplinair ontwerp optimalisatie is (MDO) wordt gebruikt met andere CAE programma’s te automatiseren en verbeteren van het iteratieve ontwerpproces. MDO gereedschappen wikkel rond bestaande CAE processen, waardoor de evaluatie product te blijven, zelfs na de analist gaat naar huis voor de dag. Ze gebruiken ook geavanceerde optimalisatie algoritmen om mogelijke ontwerpen slimmer verkennen, vaak het vinden van een betere, innovatieve oplossingen voor moeilijke multidisciplinair ontwerp problemen.

Subdisciplines

Het gebied van machinebouw kan van worden gezien als een verzameling van vele werktuigbouwkundige disciplines. Verschillende van deze subdisciplines die doorgaans worden gegeven op het bachelorniveau worden hieronder vermeld, met een korte uitleg en de meest voorkomende toepassing van elk. Sommige van deze subdisciplines zijn uniek voor de machinebouw, terwijl anderen zijn een combinatie van werktuigbouw en één of meer andere disciplines. Het meeste werk dat een mechanisch ingenieur doet maakt gebruik van vaardigheden en technieken uit verschillende van deze subdisciplines, evenals gespecialiseerde subdisciplines. Gespecialiseerde subdisciplines, zoals gebruikt in dit artikel, hebben meer kans om het onderwerp van de graduate studies of on-the-job training dan initieel onderzoek. Verschillende gespecialiseerde subdisciplines worden besproken in deze sectie.

Mechanics

Mohr cirkel , een gemeenschappelijk instrument om te studeren spanningen in een mechanisch element
Hoofdartikel: Mechanics

Mechanica, in de meest algemene zin, de studie van krachten en hun effect op materie . Doorgaans wordt techniek mechanica gebruikt voor het analyseren en voorspellen van de versnelling en vervorming (zowel elastische en kunststof ) van de objecten onder bekende krachten (ook wel belasting) of spanningen . Subdisciplines van de mechanica onder

  • Statica , de studie van de niet-bewegende lichamen onder bekende belastingen, hoe krachten invloed statische lichamen
  • Dynamiek (of kinetiek), de studie van hoe de krachten van invloed bewegende lichamen
  • Mechanica van materialen , de studie van hoe verschillende materialen vervormen onder verschillende soorten van stress
  • Stromingsleer , de studie van hoe vloeistoffen reageren op krachten [25]
  • Kinematica , de studie van de beweging van lichamen (objecten) en systemen (groepen van objecten), terwijl het negeren van de krachten die de beweging veroorzaken. Kinematica wordt vaak gebruikt in het ontwerp en de analyse van mechanismen .
  • Continuümmechanica een werkwijze voor het aanbrengen monteurs die veronderstelt dat voorwerpen continu (in plaats van discrete )

Werktuigbouwkundigen gebruiken meestal mechaniek in het ontwerp of de analyse fasen van engineering. Indien de engineering project waren het ontwerpen van een voertuig, kan statica worden gebruikt om het frame over het voertuig, om te beoordelen wanneer de spanningen meest intens is. Dynamics kunnen worden toegepast bij het ontwerpen van de motor van de auto, de krachten evalueren de zuigers en nokken als motorcycli. Mechanica van materialen kunnen worden gebruikt om geschikte materialen voor het frame en de motor te kiezen. Fluid mechanics kunnen worden gebruikt om een ventilatiesysteem te ontwerpen voor het voertuig (zie HVAC ), of het ontwerpen inlaat voor de motor.

Mechatronica en robotica

Trainen FMS met het leren robot SCORBOT-ER 4u , werkbank CNC Mill en CNC-draaibank
Hoofd artikelen: mechatronica en robotica

Mechatronica is een combinatie van mechanica en elektronica. Het is een interdisciplinaire tak van de werktuigbouwkunde, elektrotechniek en software engineering dat bezig met de integratie van elektrische en mechanische engineering tot hybride systemen te maken is. Zo kunnen machines worden geautomatiseerd door middel van elektromotoren , servo-mechanismen , en andere elektrische systemen in combinatie met speciale software. Een veelvoorkomend voorbeeld van een mechatronica systeem is een CD-ROM drive. Mechanische systemen openen en sluiten van de schijf, draaien de CD en beweeg de laser, terwijl een optisch systeem leest de data op de CD en zet deze om stukjes . Geïntegreerde software controleert het proces communiceert de inhoud van de CD naar de computer.

Robotics is de toepassing van mechatronica robots, die vaak worden gebruikt in de industrie om taken die gevaarlijk, onplezierig of herhalende arbeid verrichten maken. Deze robots kunnen van elke vorm en grootte zijn, maar allemaal zijn voorgeprogrammeerd en interactie fysiek met de wereld. Om een robot te maken, een ingenieur in dienst doorgaans kinematica (om het bereik van de beweging van de robot te bepalen) en mechanica (om de spanningen binnen de robot te bepalen).

Robots worden veel gebruikt in industriële engineering . Ze laten bedrijven om geld te besparen op arbeid, taken die ofwel te gevaarlijk of te precies te voeren voor mensen om hen economisch uit te voeren, en om een betere kwaliteit te garanderen. Veel bedrijven maken gebruik van assemblagelijnen van robots, vooral in Automotive Industries en enkele fabrieken zijn zo gerobotiseerd dat ze kunnen lopen zelf . Buiten de fabriek, zijn robots zijn tewerkgesteld in bomopruiming, verkenning van de ruimte , en vele andere gebieden. Robots worden ook verkocht voor diverse residentiële toepassingen, van recreatie tot huishoudelijke toepassingen.

Structurele analyse

Hoofd artikelen: Structurele analyse en Failure analyse

Structurele analyse is de tak van de machinebouw (en ook civiele techniek) gewijd aan het onderzoeken waarom en hoe objecten mislukken en de objecten en hun prestaties te repareren. Structurele fouten optreden in twee algemene manieren: statische fout en moeheidsmislukking Static structurele optreedt wanneer, na te zijn geladen (met een kracht) van het object te analyseren ofwel breekt of vervormt. plastisch , afhankelijk van het criterium wegens vermoeidheid falen. treedt op wanneer een voorwerp na een aantal herhaalde laden en lossen cycli mislukt. Vermoeidheid optreedt vanwege onvolkomenheden in het object: een microscopische spleet op het oppervlak van het voorwerp, bijvoorbeeld, zal iets groeit bij elke cyclus (propagatie) totdat de spleet groot genoeg is om te veroorzaken uiteindelijke mislukking .

Mislukking is niet alleen gedefinieerd als wanneer een onderdeel breekt echter; wordt gedefinieerd als wanneer een onderdeel niet werkt zoals bedoeld. Sommige systemen, zoals de geperforeerde gedeelten van bepaalde plastic zakken zijn ontworpen om te breken. Als deze systemen niet breken, zou storingsanalyses worden om de oorzaak te bepalen.

Structurele analyse wordt vaak gebruikt door werktuigbouwkundigen na een storing is opgetreden, of bij het ontwerpen tot mislukking te voorkomen. Ingenieurs vaak online documenten en boeken, zoals die gepubliceerd door ASM [26] om hen te helpen bij het bepalen van de aard van de storing en de mogelijke oorzaken.

Structuuranalyse kan worden gebruikt in de werk bij het ontwerpen van onderdelen, in het veld om mislukte onderdelen te analyseren, of in laboratoria waar delen kunnen ondergaan gecontroleerd storingstests.

Thermodynamica en thermo-science

Hoofdartikel: thermodynamica

Thermodynamica is een toegepaste wetenschap gebruikt in verschillende takken van de techniek, met inbegrip van mechanische en chemische techniek. Op zijn eenvoudigste, thermodynamica is de studie van de energie, het gebruik en transformatie door middel van een systeem . Typisch wordt thermodynamica betreft veranderende energie van de ene vorm naar de andere. Als voorbeeld, automotoren zet chemische energie ( enthalpie ) van de brandstof in warmte, en vervolgens in arbeid die uiteindelijk draait de wielen.

Thermodynamica principes worden gebruikt door mechanische ingenieurs op het gebied van warmte-overdracht , thermofluids , en de omzetting van energie . Mechanische ingenieurs thermo-wetenschap te ontwerpen motoren en energiecentrales , verwarming, ventilatie en airconditioning (HVAC) systemen, warmtewisselaars , heatsinks , radiatoren , koeling , isolatie , en anderen.

Ontwerp en het opstellen van

Een CAD-model van een mechanische dubbele afdichting
Hoofd artikelen: Technische tekening en CNC

Het opstellen of de technische tekening is het middel waarmee werktuigbouwkundigen producten ontwerpen en creëren instructies voor de productie onderdelen. Een technische tekening kan een computermodel of met de hand getekende schema met alle dimensies die nodig zijn om deel te vervaardigen, maar ook de montage van notities, een lijst van de benodigde materialen, en andere relevante informatie zijn. Een Amerikaanse werktuigbouwkundig ingenieur of geschoolde werknemer die technische tekeningen gemaakt kunnen worden aangeduid als een tekenaar of tekenaar. Opstellen is van oudsher een tweedimensionaal proces, maar computer-aided design (CAD) programma’s kunt nu de ontwerper te creëren in drie dimensies.

Instructies voor het vervaardigen van een deel moet worden toegevoerd aan de nodige machines, hetzij handmatig door geprogrammeerde instructies, hetzij door middel van een computerondersteunde fabricage (CAM) of gecombineerde CAD / CAM programma. Eventueel kan een technicus handmatig vervaardigen onderdeel volgens de technische tekeningen, maar dit wordt steeds toenemende zeldzaamheid, met de komst van computer numeriek bestuurde (CNC) productie. Programmeren voornamelijk handmatig onderdelen produceren op het gebied van toegepaste nevel coatings , finishes, en andere processen die economisch of praktisch niet wordt uitgevoerd door een machine.

Opstellen wordt gebruikt in bijna elke subdiscipline van machinebouw, en door vele andere takken van techniek en architectuur. Driedimensionale modellen gemaakt met behulp van CAD-software worden ook vaak gebruikt in de eindige elementen analyse (FEA) en computational fluid dynamics (CFD).

Grenzen van het onderzoek

Mechanische ingenieurs zijn voortdurend de grenzen van wat er fysiek mogelijk om veiliger, goedkoper en efficiënter machines en mechanische systemen te produceren. Sommige technologieën op het snijvlak van de machinebouw zijn hieronder vermeld (zie ook verkennende techniek ).

Micro-elektromechanische systemen (MEMS)

Micronschaal mechanische onderdelen zoals veren, tandwielen, en warmteoverdracht fluïde apparaten worden vervaardigd uit een verscheidenheid van substraatmaterialen zoals silicium, glas en polymeren zoals SU8 . Voorbeelden van MEMS componenten zijn versnellingsmeters die worden gebruikt als auto airbagsensoren, moderne mobiele telefoons, gyroscopen voor nauwkeurige positionering en microfluïdische apparaten voor biomedische toepassingen.

Friction Stir Welding (FSW)

Hoofdartikel: friction stir welding

Friction stir welding, een nieuw type van lassen , werd ontdekt in 1991 door het Instituut voor Lastechniek (TWI). De innovatieve steady state (non-fusion) lastechniek voegt materialen eerder un-lassen, waaronder een aantal aluminium legeringen . Het speelt een belangrijke rol in de toekomst vliegtuigbouw, eventueel vervangen klinknagels. Het huidige gebruik van deze technologie tot op heden onder het lassen van de naden van de aluminium belangrijkste Space Shuttle externe tank, Orion Crew Vehicle testartikel, Boeing Delta II en Delta IV Eenmalig draagraketten en de SpaceX Falcon 1 raket, bepantsering voor amfibische aanval schepen, en lassen van de vleugels en de romp panelen van de nieuwe Eclipse 500 vliegtuigen van Eclipse Aviation onder een steeds groeiende groep van toepassingen. [27] [28] [29]

Composites

Samengestelde doek bestaande uit geweven koolstofvezel
Hoofdartikel: Composite materiaal

Composieten of composiet materialen zijn een combinatie van materialen die verschillende fysieke kenmerken bieden dan elk materiaal afzonderlijk. Composietmateriaal onderzoek binnen werktuigbouw richt meestal op het ontwerpen (en vervolgens het vinden van aanvragen voor) sterker of stijve materialen tijdens een poging te verminderen gewicht , gevoeligheid voor corrosie en andere ongewenste elementen. Koolstofvezel versterkte composieten, bijvoorbeeld, zijn gebruikt in uiteenlopende toepassingen ruimtevaartuigen en vishengels.

Mechatronica

Hoofdartikel: Mechatronics

Mechatronica is de synergetische combinatie van werktuigbouw, elektrotechniek en software engineering. Het doel van dit interdisciplinaire technische gebied is de studie van automatisering vanuit een technisch perspectief en dient in het kader van het beheersen van geavanceerde hybride systemen.

Nanotechnologie

Hoofdartikel: Nanotechnologie

Bij de kleinste schalen, machinebouw wordt nanotechnologie-één speculatieve doel daarvan is het creëren van een moleculaire assembler om moleculen en materialen te bouwen via mechanosynthesis .Voor nu dat doel blijft binnen verkennende techniek . Gebieden van de huidige machinebouw onderzoek in de nanotechnologie zijn onder nanofilters, [ 30 ] nanofilmen, [ 31 ] en nanostructuren, [ 32 ] onder anderen.

Zie ook: Picotechnology

Eindige elementen analyse

Hoofdartikel: Eindige elementen analyse

Dit veld is niet nieuw, als de basis van Finite Element Analysis (FEA) of Finite Element Method (FEM) dateert van 1941. Maar de evolutie van computers heeft FEA / FEM een haalbare optie is gemaakt voor de analyse van structurele problemen. Veel commerciële codes zoals ANSYS , Nastran en ABAQUS worden op grote schaal gebruikt in de industrie voor onderzoek en het ontwerp van componenten. Calculix is een open source en gratis eindige elementen programma. Sommige 3D-modellering en CAD-software pakketten zijn FEA modules toegevoegd.

Andere technieken zoals eindige verschil methode (FDM) en eindige-volume-methode (FVM) worden gebruikt om problemen met warmte en massa-overdracht, vloeistofstromen, vloeiende interactie oppervlak etc. lossen

Biomechanica

Hoofdartikel: biomechanica

Biomechanica is de toepassing van mechanische principes aan biologische systemen, zoals mens , dier , plant , organen en cellen . [ 33 ] biomechanica helpt ook bij het creëren van protheses en kunstorganen voor de mens.

Biomechanica is nauw verwant aan techniek , omdat het gebruik maakt vaak traditionele technische wetenschappen biologische systemen analyseren. Enkele eenvoudige toepassingen van de Newtoniaanse mechanica en / of Materials Sciences kan correcte benaderingen leveren aan de mechanica van vele biologische systemen.

In het afgelopen decennium de eindige elementen methode (FEM) heeft ook ging de biomedische sector benadrukken verdere technische aspecten van biomechanica. FEM sindsdien zich gevestigd als een alternatief voor in vivo chirurgische beoordeling en kreeg de brede acceptatie van de academische wereld. Het belangrijkste voordeel van Computational Biomechanics ligt in de mogelijkheid om de endo-anatomische respons van een anatomische bepalen, zonder dat ethische beperkingen. [ 34 ] Dit heeft geleid FE modellering het punt alomtegenwoordig in verschillende gebieden van Biomechanics terwijl verscheidene projecten hebben zelfs een open source filosofie (bv aangenomen BioSpine ).

Computational fluid dynamics

Hoofdartikel: Computational Fluid Dynamics

Computational fluid dynamics, meestal afgekort als CFD, is een tak van de stromingsleer dat numerieke methoden en algoritmen gebruikt om op te lossen en problemen die vloeistofstromen betrekken analyseren. Computers worden gebruikt om de vereiste om de wisselwerking van vloeistoffen en gassen te simuleren met vlakken omschreven randvoorwaarden berekeningen. Met hoge snelheid supercomputers kunnen betere oplossingen worden gerealiseerd. Lopend onderzoek opbrengsten software die de nauwkeurigheid en snelheid van complexe simulatie scenario’s zoals transsone of turbulente stromingen verbetert. Eerste validatie van dergelijke software wordt uitgevoerd met behulp van een windtunnel met de laatste validatie komt in volle schaal testen, bv testvluchten.

Elektroakoestiek

Hoofdartikel: elektroakoestiek

Elektroakoestiek is één van de vele andere sub-disciplines van de mechanische engineering en is de toepassing van de akoestiek. Elektroakoestiek is de studie van geluid en trillingen . Deze technici werken effectief om de geluidsoverlast te beperken in mechanische apparaten en in gebouwen door geluidsisolatie of verwijderen van bronnen van ongewenste ruis. De studie van de akoestiek kan variëren van het ontwerpen van een efficiëntere gehoorapparaat, microfoon, hoofdtelefoon of opnamestudio om de geluidskwaliteit van een orkest zaal verbeteren. Elektroakoestiek behandelt ook de trillingen van verschillende mechanische systemen. [ 35 ]

Aanverwante gebieden

Fabricage techniek , ruimtevaart techniek en Autotechniek worden soms gegroepeerd met werktuigbouw. Een bachelor’s degree in deze gebieden zal hebben meestal een verschil van een paar gespecialiseerde klassen.