L'ingénierie mécanique est la discipline qui applique les principes de l'ingénierie, la physique et la science des matériaux pour la conception, l'analyse, la fabrication et la maintenance des systèmes mécaniques. Il est la branche de l'ingénierie qui implique la conception, la production et le fonctionnement des machines. Il est l'un des plus anciens et le plus large des disciplines de l'ingénierie.
Le domaine de l'ingénierie mécanique nécessite une compréhension des domaines clés, y compris la mécanique, la cinématique, la thermodynamique, la science des matériaux, l'analyse structurelle et l'électricité. Les ingénieurs en mécanique utilisent ces principes de base ainsi que des outils tels que la conception assistée par ordinateur et la gestion du cycle de vie des produits pour concevoir et analyser les usines de fabrication, des équipements industriels et des machines, des systèmes de chauffage et de refroidissement, les systèmes de transport, avions, véhicules marins, la robotique, les instruments médicaux, des armes, et d'autres.
Génie mécanique a émergé comme un champ au cours de la révolution industrielle en Europe au 18ème siècle; Cependant, son développement remonte à plusieurs milliers d'années à travers le monde. la science en génie mécanique a émergé au 19ème siècle à la suite de développements dans le domaine de la physique. Le champ a évolué sans cesse d'intégrer les progrès de la technologie, et les ingénieurs mécaniques aujourd'hui poursuivent des développements dans des domaines tels que les composites, la mécatronique et la nanotechnologie. Génie mécanique chevauche génie aérospatial, génie métallurgique, génie civil, génie électrique, génie de fabrication, génie chimique, génie industriel, et d'autres disciplines de l'ingénierie à des quantités variables. Les ingénieurs en mécanique peuvent également travailler dans le domaine du génie biomédical, en particulier avec la biomécanique, les phénomènes de transport, biomechatronics, bionanotechnologie, et la modélisation des systèmes biologiques.
Les diplômes en génie mécanique sont offerts dans diverses universités à travers le monde. En Irlande, le Brésil, les Philippines, le Pakistan, la Chine, la Grèce, la Turquie, Amérique du Nord, Asie du Sud, le Népal, l'Inde, la République dominicaine, l'Iran et le Royaume-Uni, les programmes d'ingénierie mécanique prennent généralement quatre à cinq ans d'études et donnent lieu à un baccalauréat de l'ingénierie (B.Ing. ou BE), baccalauréat ès sciences (B.Sc. ou BS), baccalauréat en sciences de l'ingénieur (B.Sc.Eng.), baccalauréat en technologie (B.Tech.), baccalauréat en génie mécanique (BME), ou baccalauréat en sciences appliquées (baccalauréat ès sciences.) de degré, ou en mettant l'accent en génie mécanique. En Espagne, le Portugal et la plupart d'Amérique du Sud, où ni B.Sc. ni B.Tech. programmes ont été adoptés, le nom officiel pour le diplôme est « Ingénieur mécanique », et les travaux de cours est basé sur cinq ou six ans de formation. En Italie, le travail de cours est basé sur cinq ans d'éducation et de formation, mais afin de se qualifier à titre d'ingénieur on doit passer un examen d'état à la fin du cours. En Grèce, le cours est basé sur un programme de cinq ans et l'exigence d'une thèse de « diplôme », qui à l'issue d'un « diplôme » est décerné au lieu d'un baccalauréat ès sciences
En Australie, des diplômes en génie mécanique sont attribués comme baccalauréat en génie (mécanique) ou similaire nomenclaturealthough il y a un nombre croissant de spécialisations. Le degré prend quatre années d'études à temps plein à atteindre. Pour garantir la qualité des diplômes d'ingénieurs, ingénieurs en Australie accrédite des diplômes d'ingénieur délivrés par les universités australiennes, conformément à l'Accord global de Washington. Avant le degré peut être obtenu, l'étudiant doit remplir au moins 3 mois de l'expérience de travail de l'emploi dans une firme d'ingénierie. Des systèmes similaires sont également présents en Afrique du Sud et sont supervisés par le Conseil technique de l'Afrique du Sud (ECSA).
Aux États-Unis, la plupart des programmes de génie mécanique de premier cycle sont accrédités par le Conseil d'accréditation pour que les exigences de cours similaires et les normes entre les universités pour l'ingénierie et de la technologie (ABET). Le site Web ABET énumère 302 programmes d'ingénierie mécanique accrédités à compter du 11 Mars 2014. programmes de génie mécanique au Canada sont accrédités par le Conseil d'accréditation du génie canadien (CEAB), et la plupart des autres pays offrant des diplômes d'ingénieurs ont des sociétés d'accréditation similaires.
En Inde, pour devenir ingénieur, il faut avoir un diplôme d'ingénieur comme un B.Tech ou être ou avoir un diplôme d'ingénieur ou en remplissant un cours dans un commerce d'ingénierie comme monteur de l'Institut de formation industrielle (PFE) pour recevoir un « certificat de commerce ITI » et aussi de passer le test All India Trade (AITT) avec un commerce d'ingénierie menée par le Conseil national de la formation professionnelle (NCVT) par lequel on reçoit un « certificat national du commerce ». Des systèmes similaires sont utilisés au Népal.
Certains ingénieurs mécaniques vont à obtenir un diplôme de troisième cycle, comme une maîtrise en génie, maître de la technologie, Master of Science, Master of Engineering Management (M.Eng.Mgt. Ou MEM), docteur en philosophie en génie (Eng.D . ou doctorat) ou un diplôme d'ingénieur. Le maîtrise et de diplômes d'ingénieur peuvent ou non inclure la recherche. Le docteur en philosophie comprend une composante de recherche importante et est souvent considérée comme le point d'entrée dans le monde universitaire. Le diplôme de l'ingénieur existe à quelques institutions à un niveau intermédiaire entre le degré de maîtrise et le doctorat.
Les normes fixées par la société d'accréditation de chaque pays sont destinés à assurer l'uniformité dans le matériel de base du sujet, de promouvoir la compétence des ingénieurs diplômés, et de maintenir la confiance dans la profession d'ingénieur dans son ensemble. programmes d'ingénierie aux États-Unis, par exemple, sont requis par ABET pour montrer que leurs élèves peuvent « travailler de manière professionnelle dans les zones thermiques et systèmes mécaniques. » Cependant, les cours spécifiques nécessaires pour obtenir leur diplôme, peuvent différer d'un programme à. Les universités et les instituts de technologie se combinent souvent des sujets multiples en une seule classe ou diviser un sujet en plusieurs classes, en fonction de la faculté disponible et grande zone (s) de recherche de l'université.
Les sujets fondamentaux de l'ingénierie mécanique comprennent généralement:
Les ingénieurs mécaniciens devraient également comprendre et être en mesure d'appliquer les concepts de base de la chimie, la physique, le génie chimique, génie civil et génie électrique. Tous les programmes de génie mécanique comprennent plusieurs semestres de cours mathématiques, y compris le calcul et les concepts mathématiques avancés, y compris des équations différentielles, équations aux dérivées partielles, algèbre linéaire, algèbre abstraite et la géométrie différentielle, entre autres.
En plus du programme de génie mécanique de base, de nombreux programmes de génie mécanique offrent des programmes et des cours plus spécialisés, tels que les systèmes de contrôle, la robotique, le transport et la logistique, la cryogénie, la technologie de carburant, l'ingénierie automobile, la biomécanique, les vibrations, l'optique et d'autres, si un séparée département n'existe pas pour ces sujets.
La plupart des programmes de génie mécanique exigent également des quantités variables de projets de recherche ou de la communauté d'acquérir une expérience de résolution de problèmes pratiques. Aux États-Unis, il est fréquent que les étudiants en génie mécanique pour compléter un ou plusieurs stages pendant leurs études, bien que cela ne soit pas généralement mandaté par l'université. L'éducation coopérative est une autre option. la recherche sur les compétences de travail futurs met la demande sur les composants de l'étude qui alimentent la créativité des étudiants et de l'innovation.
Les ingénieurs en mécanique recherche, la conception, développer, construire et tester des dispositifs mécaniques et thermiques, y compris les outils, moteurs et machines.
Les ingénieurs en mécanique font généralement les éléments suivants:
Les ingénieurs mécaniciens de conception et de superviser la fabrication de nombreux produits allant des dispositifs médicaux à de nouvelles batteries. Ils conçoivent également des machines de production d'énergie tels que les générateurs électriques, les moteurs à combustion interne, et des turbines à vapeur et à gaz ainsi que des machines consommateurs de puissance, tels que les systèmes de réfrigération et de climatisation.
Comme d'autres ingénieurs, ingénieurs en mécanique utilisent des ordinateurs pour aider à créer et analyser des conceptions, des simulations exécuter et tester comment une machine est susceptible de travailler.
Le domaine de l'ingénierie mécanique peut être considéré comme une collection de plusieurs disciplines des sciences en génie mécanique. Plusieurs de ces sous-disciplines qui sont généralement enseignées au premier cycle sont énumérés ci-dessous, avec une brève explication et l'application la plus courante de chacun. Certains de ces sous-disciplines sont uniques à l'ingénierie mécanique, tandis que d'autres sont une combinaison de génie mécanique et un ou plusieurs autres disciplines. La plupart des travaux qu'un ingénieur en mécanique fait appel aux compétences techniques et de plusieurs de ces sous-disciplines, ainsi que les sous-disciplines. spécialisés sous-disciplines, telle qu'elle est utilisée dans cet article, sont plus susceptibles de faire l'objet d'études supérieures ou sur le tas que la recherche de premier cycle. Plusieurs spécialisés sont discutés sous-disciplines dans cette section.
La mécanique est, au sens le plus général, l'étude des forces et de leurs effets sur la matière. En général, le génie mécanique est utilisé pour analyser et prédire l'accélération et de la déformation (à la fois élastique et plastique) d'objets sous des forces connues (également appelées charges) ou des contraintes. Sous-disciplines de la mécanique comprennent
Les ingénieurs en mécanique utilisent généralement la mécanique dans les phases de conception ou d'analyse de l'ingénierie. Si le projet d'ingénierie ont été la conception d'un véhicule, peut être employé statics pour concevoir le châssis du véhicule, afin d'évaluer où les contraintes seront plus intenses. Dynamics peuvent être utilisés lors de la conception du moteur de la voiture, pour évaluer les forces dans les pistons et les cames que les cycles du moteur. Mécanique des matériaux peuvent être utilisés pour choisir des matériaux appropriés pour le cadre et le moteur. la mécanique des fluides peuvent être utilisés pour concevoir un système de ventilation du véhicule (voir CVC), ou de concevoir le système d'admission du moteur.
La mécatronique est une combinaison de la mécanique et l'électronique. Il est une branche interdisciplinaire de l'ingénierie mécanique, génie électrique et génie logiciel qui est concerné par l'intégration de l'ingénierie électrique et mécanique pour créer des systèmes hybrides. De cette façon, les machines peuvent être automatisées grâce à l'utilisation de moteurs électriques, servo-mécanismes, et d'autres systèmes électriques conjointement avec un logiciel spécial. Un exemple courant d'un système mécatronique est un lecteur de CD-ROM. Les systèmes mécaniques ouvrir et fermer le disque, faire tourner le CD et déplacer le laser, tandis qu'un système optique lit les données sur le CD et le convertit en morceaux. Le logiciel intégré contrôle le processus et communique le contenu du CD à l'ordinateur.
La robotique est l'application de la mécatronique pour créer des robots, qui sont souvent utilisés dans l'industrie pour réaliser des tâches dangereuses, désagréable ou répétitif. Ces robots peuvent être de toute forme et la taille, mais tous sont préprogrammées et d'interagir physiquement avec le monde. Pour créer un robot, un ingénieur utilise généralement Cinématique (pour déterminer la gamme de mouvement du robot) et mécanique (pour déterminer les contraintes à l'intérieur du robot).
Les robots sont largement utilisés dans l'ingénierie industrielle. Ils permettent aux entreprises d'économiser de l'argent sur le travail, effectuer des tâches qui sont soit trop dangereux ou trop précis pour l'homme de les exécuter sur le plan économique, et d'assurer une meilleure qualité. De nombreuses entreprises utilisent des lignes d'assemblage de robots, en particulier dans les industries de l'automobile et certaines usines sont tellement robotisés qu'ils peuvent fonctionner par eux-mêmes. En dehors de l'usine, les robots ont été utilisés dans l'élimination des bombes, l'exploration spatiale, et bien d'autres domaines. Les robots sont également vendus pour diverses applications résidentielles, de loisirs pour les applications domestiques.
L' analyse structurale est la branche de l' ingénierie mécanique (et génie civil) consacrée à l' examen pourquoi et comment les objets échouent et de fixer les objets et leurs performances. Les défaillances structurelles se produisent dans deux modes généraux: défaillance statique, et l' échec de la fatigue. Défaillance structurale statique se produit lorsque, après avoir été chargé (ayant une force appliquée) de l'objet en cours d' analyse se brise ou se déforme plastiquement, en fonction du critère d'échec. Échec de la fatigue se produit lorsqu'un objet échoue après un certain nombre de cycles de chargement et de déchargement répétés. Échec de la fatigue se produit en raison d'imperfections dans l'objet: une fissure microscopique sur la surface de l'objet, par exemple, va croître légèrement à chaque cycle (propagation) jusqu'à ce que la fissure est suffisamment grande pour provoquer la rupture ultime.
L'échec est non seulement définie comme quand une pièce casse, cependant; il est défini comme quand une partie ne fonctionne pas comme prévu. Certains systèmes, tels que les sections supérieures perforées de certains sacs en plastique, sont conçus pour se briser. Si ces systèmes ne peut être utilisé cassent pas, l'analyse de défaillance pour déterminer la cause.
L'analyse structurale est souvent utilisée par les ingénieurs mécaniques après une panne a eu lieu, ou lors de la conception pour prévenir l'échec. Les ingénieurs utilisent souvent des documents en ligne et des livres tels que ceux publiés par l'ASM pour les aider à déterminer le type de défaillance et les causes possibles.
L'analyse structurale peut être utilisée dans le bureau lors de la conception des pièces, sur le terrain pour analyser les pièces défectueuses, ou dans les laboratoires où les pièces peuvent subir des tests de défaillance contrôlés.
Thermodynamique est une science appliquée utilisée dans plusieurs branches de l'ingénierie, y compris l'ingénierie mécanique et chimique. Au plus simple, la thermodynamique est l'étude de l'énergie, l'utilisation et la transformation par le biais d'un système. En règle générale, la thermodynamique de l'ingénierie concerne l'évolution de l'énergie d'une forme à une autre. À titre d'exemple, les moteurs automobiles convertissent l'énergie chimique (enthalpie) du combustible en chaleur, puis en travail mécanique qui transforme éventuellement les roues.
principes de Thermodynamique sont utilisés par des ingénieurs mécaniques dans les domaines de transfert de chaleur, Thermofluide et conversion d'énergie. systèmes ingénieurs en mécanique utilisent thermo-science pour concevoir des moteurs et des centrales électriques, chauffage, ventilation et climatisation (CVC), échangeurs de chaleur, les puits de chaleur, radiateurs, réfrigération, isolation, et d'autres.
La rédaction ou le dessin technique est le moyen par lequel les produits de conception des ingénieurs mécaniques et créer des instructions pour la fabrication de pièces. Un dessin technique peut être un schéma modèle d'ordinateur ou dessinés à la main montrant toutes les dimensions nécessaires pour fabriquer une pièce, ainsi que des notes de montage, une liste des matériaux nécessaires et d'autres renseignements pertinents. Un ingénieur mécanicien américain ou travailleur qualifié qui crée des dessins techniques peuvent être appelés un ou dessinateur drafter. Rédaction a toujours été un processus en deux dimensions, mais les programmes de conception (CAO) assistée par ordinateur permettent maintenant au concepteur de créer en trois dimensions.
Les instructions pour la fabrication d'une pièce doivent être introduits dans les machines nécessaires, soit manuellement, par l'intermédiaire des instructions programmées, ou par l'utilisation d'une fabrication (CAM) assistée par ordinateur ou d'un programme de CAO / FAO combiné. En option, un ingénieur peut également fabriquer manuellement une pièce à l'aide des dessins techniques, mais cela devient une rareté croissante, avec l'avènement de l'ordinateur à commande numérique de fabrication (CNC). Les ingénieurs fabriquent principalement manuellement des pièces dans les domaines des revêtements appliqués par pulvérisation, finitions, et d'autres processus qui ne peuvent pas être économiquement ou pratiquement faites par une machine.
Rédaction est utilisé dans presque tous les sous-discipline de génie mécanique, et par de nombreuses autres branches de l'ingénierie et l'architecture. sont également couramment utilisés des modèles tridimensionnels créés à l'aide du logiciel de CAO dans l'analyse des éléments finis (FEA) et de la dynamique des fluides (CFD).
Les ingénieurs mécaniciens repousse constamment les limites de ce qui est physiquement possible afin de produire plus sûr, moins cher, et des machines et des systèmes mécaniques plus efficaces. Voici la liste des technologies à la fine pointe de l'ingénierie mécanique (voir aussi l'ingénierie d'exploration).
composants mécaniques micrométriques tels que des ressorts, des engrenages, fluidique et des dispositifs de transfert de chaleur sont fabriqués à partir d'une variété de matériaux de substrat tels que le silicium, le verre et les polymères tels que SU8. Des exemples de composants MEMS sont les accéléromètres qui sont utilisés comme capteurs d'airbag de voiture, les téléphones cellulaires modernes, gyroscopes pour un positionnement précis et dispositifs microfluidiques utilisés dans des applications biomédicales.
soudage par friction malaxage, un nouveau type de soudage, a été découvert en 1991 par l'Institut de soudage (TWI). L'état d'équilibre innovant technique de soudage (non-fusion) rejoint des matériaux précédemment non soudables, y compris plusieurs alliages d'aluminium. Il joue un rôle important dans la construction future d'avions, en remplacement potentiellement rivets. Les utilisations actuelles de cette technologie à ce jour comprennent le soudage des joints de l'aluminium principal réservoir extérieur de la navette spatiale, Orion Crew article d'essai du véhicule, Boeing Delta II et Delta IV Expendable Launch Vehicles et SpaceX Falcon 1 fusée, blindage pour les navires d'assaut amphibies, et souder les ailes et les panneaux de fuselage du nouvel avion Eclipse 500 d'Eclipse aviation parmi une piscine de plus en plus de plus en plus d'utilisations.
Composites ou matériaux composites sont une combinaison de matériaux qui fournissent des caractéristiques physiques différentes de matériau soit séparément. la recherche en matériaux composites au sein de l'ingénierie mécanique se concentre généralement sur la conception (et, par la suite, trouver des applications pour) des matériaux plus résistants ou plus rigides tout en essayant de réduire le poids, la sensibilité à la corrosion, et d'autres facteurs indésirables. fibre de carbone composites renforcés, par exemple, ont été utilisés dans des applications aussi diverses que des tiges de l'engin spatial et de la pêche.
La mécatronique est la combinaison synergique de l'ingénierie mécanique, génie électronique et génie logiciel. Le but de ce domaine d'ingénierie interdisciplinaire est l'étude de l'automatisation d'un point de vue technique et sert aux fins de contrôle des systèmes hybrides avancés.
Aux plus petites échelles, génie mécanique devient objectif de la nanotechnologie spéculative est de créer un assembleur moléculaire pour construire des molécules et matériaux par mécanosynthèse. Pour l'instant cet objectif reste dans l'ingénierie d'exploration. Les domaines de recherche en cours de génie mécanique en nanotechnologie comprennent nanofiltres, nanofilms et nanostructures, entre autres.
Ce champ n'est pas nouvelle, comme base d'analyse par éléments finis (FEA) ou méthode des éléments finis (FEM) remonte à 1941. Mais l'évolution des ordinateurs a FEA / FEM une option viable pour l'analyse des problèmes structurels. De nombreux codes commerciaux tels que ANSYS, NASTRAN, ABAQUS et sont largement utilisés dans l'industrie de la recherche et la conception des composants. Certains paquets logiciels de modélisation 3D et CAO ont ajouté des modules de FEA. Dans les derniers temps, les plates-formes de simulation des nuages comme SimScale sont de plus en plus fréquents.
D'autres techniques telles que la méthode des différences finies (FDM) et méthode des volumes finis (FVM) sont utilisés pour résoudre les problèmes liés chaleur et de masse, écoulements de fluide, l'interaction de surface de fluide, etc. Ces dernières années, les méthodes meshfree comme des points Nogrid deviennent plus populaires cas de résolution de problèmes impliquant des géométries complexes, des surfaces libres, les frontières mobiles et raffinement adaptatif.
Biomécanique est l'application des principes mécaniques aux systèmes biologiques, tels que les humains, les animaux, les plantes, les organes et les cellules. Biomécanique contribue également à créer des prothèses et organes artificiels pour l'homme.
Biomécanique est étroitement liée à l'ingénierie, car il utilise souvent les sciences techniques traditionnelles pour analyser les systèmes biologiques. Certaines applications simples de la mécanique newtonienne et / ou sciences des matériaux peuvent fournir des approximations correctes à la mécanique de nombreux systèmes biologiques.
Au cours de la dernière décennie, la méthode des éléments finis (FEM) a également entré dans le secteur biomédical mettant en lumière d'autres aspects techniques de Biomécanique. FEM a depuis lui-même alors imposé comme une alternative à l'évaluation in vivo chirurgicale et a gagné la large acceptation du monde universitaire. Le principal avantage de Computational Biomécanique réside dans sa capacité à déterminer la réponse endo-anatomique d'une anatomie, sans être soumis à des restrictions éthiques. Cela a conduit la modélisation FE au point de devenir omniprésent dans plusieurs domaines de la Biomécanique alors que plusieurs projets ont même adopté une philosophie open source (par exemple BioSpine).
la dynamique des fluides, généralement abrégé en CFD, est une branche de la mécanique des fluides qui utilise des méthodes et des algorithmes numériques pour résoudre et analyser les problèmes qui impliquent des écoulements de fluides. Les ordinateurs sont utilisés pour effectuer les calculs nécessaires pour simuler l'interaction des liquides et des gaz avec des surfaces définies par des conditions aux limites. Avec des supercalculateurs à haute vitesse, de meilleures solutions peuvent être atteints. logiciel en cours de rendements de recherche qui améliore la précision et la rapidité des scénarios de simulation complexes, tels que les flux transsonique ou turbulents. La validation initiale d'un tel logiciel est effectuée en utilisant un tunnel de vent avec la validation finale à venir dans les essais à grande échelle, par exemple des essais en vol.
l'ingénierie Acoustical est l'une des nombreuses autres sous disciplines du génie mécanique et est l'application de l'acoustique. Acoustical Engineering est l'étude de son et les vibrations. Ces ingénieurs travaillent efficacement pour réduire la pollution sonore dans les dispositifs mécaniques et dans les bâtiments par l'insonorisation ou l'élimination des sources de bruits indésirables. L'étude de l'acoustique peut aller de la conception d'une prothèse auditive plus efficace, microphone, casque, ou un studio d'enregistrement pour améliorer la qualité sonore d'une salle d'orchestre. Acoustical Engineering traite également de la vibration des systèmes mécaniques différentes.
Techniques de fabrication, de l'ingénierie et du génie aérospatial automobile sont parfois regroupées avec génie mécanique. diplôme dans ces domaines d'un baccalauréat aura généralement une différence de quelques classes spécialisées.
Source : Wikipedia
