مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک شاخه‌ای از مهندسی است که فیزیک مهندسی و ریاضیات را با دانش مواد تلفیق کرده و با طراحی، آنالیز و ساخت سیستم‌های مکانیکی سروکار دارد. این رشته قدیمی‌ترین و گسترده‌ترین علوم مهندسی است و به مادر علوم مهندسی مشهور است. مهندسی مکانیک نیازمند درک مفاهیمی همانند استاتیک، دینامیک، ترمودینامیک، مقاومت مصالح، دانش مواد، آنالیز سازه‌ها و الکتریسیته و برسی حرکت و ایستایی جامدات و سیالات و تولید، تبدیل و انتقال انرژی است.

علاوه بر مفاهیم اصلی، مهندسین مکانیک ابزارهایی مانند طراحی به کمک رایانه، ساخت به کمک رایانه و مدیریت چرخه‌عمر محصول را برای طراحی تجهیزات و ماشین‌آلات صنعتی، سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، سیستم‌ها و قطعات اتوموبیل‌ها، هواپیماها، شناورها، سیستم‌های رباتیک، تجهیزات پزشکی و جنگ‌افزارها به‌کار می‌گیرند.

مهندسی مکانیک ابتدا در انقلاب صنعتی اول در قرن ۱۸ میلادی به عنوان یک شاخهٔ مجزا شناخته شد؛ اما توسعه آن چندین سال طول کشید. علم مهندسی مکانیک در قرن ۱۹ میلادی در نتیجهٔ پیشرفت‌های فیزیک توسعه پیدا کرد. این علم به‌طور پیوسته‌ای تکامل یافته تا پیشرفت‌های فناوری را به‌کار گیرد و امروزه مهندسان مکانیک به دنبال گسترش دانش در رشته‌هایی مانند مواد مرکب، مکاترونیک و نانوتکنولوژی هستند.

تاریخچه 
کاربرد مهندسی مکانیک را می‌توان در آرشیوهای جوامع مختلف قدیمی و قرون وسطی مشاهده نمود. در دوران کهن، در خاور نزدیک شش ماشین ساده شناخته شده بودند. گُوِه و سطح شیب دار هر دو از ازمنه پیش از تاریخ شناخته شده بودند. چرخ و سازوکار چرخ و محور در هزارهٔ پنجم ق. م در بین‌النهرین (عراق کنونی) اختراع گردید. در حدود ۵ هزار سال پیش سازوکار اهرم در خاور نزدیک برای کاربری در ترازوی ساده، و در مصر برای حرکت دادن اشیاء حجیم به‌وجود آمد. همچنین در حدود …۳ سال ق.م. در بین‌النهرین، اهرم در نخستین جرثقیل به نام شادوف که برای بالا کشیدن آب بکار برده می‌شد، مورد استفاده قرار گرفت. قدیمی‌ترین مدارک در مورد قرقره‌ها به اوایل هزاره دوم قبل از میلاد در بین‌النهرین برمیگردد.

نخستین ماشینهای کاربردی که با نیروی آب کار می‌کردند یعنی چرخ آبی و آسیاب آبی در سده ۴ ق.م. در امپراتوری ایران در ایران و عراق امروزی، ظاهر شدند. در سنت غرب علم مکانیک تحت نفوذ کارهای ارشمیدس (۲۸۷–۲۱۲ ق. م) در یونان کهن قرار گرفته‌است. در زمان تسلط رومیان بر مصر، نخستین دستگاهی که با نیروی بخار کار می‌کرد بنام آیولیپایل توسط هرون اسکندرانی (حدود ۱۰–۷۰ م) ساخته شد. در چین، ژَنگ هِنگ (۷۸–۱۳۹ م) طرحی پیشرفته تر از ساعت آبی ارائه داده، لرزه سنج را اختراع نمود، و ما جون (۲۰۰–۲۶۵ م) ارابه ای با چرخ دنده‌های دیفرانسیل اختراع نمود. ستاره‌شناس و مهندس چینی سو سانگ (۱۰۲۰–۱۱۰۱ م) در قرون وسطی و دو سده قبل از کاربری چرخ دنگ در ساعتهای اروپائی، یک سازوکار چرخ دنگ را در ساختمان برج ساعت نجومی خود بکار گرفت. وی همچنین مخترع نخستین چرخ زنجیر دورانی برای انتقال نیرو می‌باشد.

در دوران طلایی تمدن اسلامی (سده‌های ۷ تا ۱۵ میلادی)، مخترعان مسلمان تأثیر شایانی بر فن آوری مکانیک گزاردند. یکی از آنان بنام بدیع الزمان ابوالعز بن اسماعیل بن رزازجَزَری کتاب معروف خود را با عنوان «مبانی نظری و عملی مهندسی مکانیک در تمدن اسلامی» در سال۱۲۰۶ نگاشته و طرح‌های مکانیکی فراوانی را ارائه داد. جَزَری همچنین بعنوان نخستین طراح ابزاری همچون میل لنگ و میل بادامک که امروزه اساس سازوکارهای فراوانی می‌باشند، شناخته می‌شود.

سده ۱۷ میلادی شاهد پیشرفتهای مهمی در اصول اساسی مهندسی مکانیک در انگلستان بود. در این سدهآیزاک نیوتن قوانین حرکت نیوتن را ارائه داده حساب دیفرانسیل و انتگرال را بعنوان اساس ریاضیِ علم فیزیک ابداع نمود. در بدو امر نیوتن در چاپ و انتشار کارهای خود مردد بود، لکن، بالاخره چند تن از همکارانش همچون ادموند هالی او را متقاعد به چاپ آثارش نمودند تا جامعه بشری از این آثار بهره‌مند گردد. گوتفرید ویلهلم لایبنیتس نیز بعنوان مبتکر حساب دیفرانسیل و انتگرال در این عصر شناخته شده‌است.

در اوائل انقلاب صنعتی در سده ۱۹، ساخت ماشین ابزار در کشورهای انگلستان، آلمان و اسکاتلند توسعه یافت. این امر باعث شناخته شدن مهندسی مکانیک به عنوان رشتهٔ مجزایی در مهندسی گردید. در پی آمد این گسترش، ماشینهای ساخت و تولید، و انواع موتورها جهت نیرو دادن به این ماشینها به‌وجود آمدند. نخستین انجمن مهندسان مکانیک بنام مؤسسه مهندسان مکانیک در ۱۸۴۷ در انگلستان تشکیل گردید. متعاقباً، سی سال بعد، نخستین انجمن حرفه ای همانند بنام مؤسسه مهندسان عمران توسط مهندسان عمران تشکیل گردید. در قاره اروپا، یوهان فون زیمرمن (۱۸۲۰–۱۹۰۱) نخستین کارخانه ساخت ماشین‌های تراش را در سال ۱۸۴۸ در شهر کمنیتس آلمان برپا نمود.

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

اهداف مهندسی مکانیک 
مهندسی مکانیک رشته‌ای دانشگاهی است که به بررسی تأثیر نیرو بر وضعیت حالت‌های مختلف ماده می‌پردازد. اگر ماده، از نوع جامد باشد، اعمال نیرو می‌تواند سبب حرکت جسم شود یا سبب تغییر شکل جسم شود. علمی که به بررسی ارتباط نیرو با حرکت می‌پردازد، دینامیک نام دارد و علمی که به بررسی ارتباط نیرو و تغییر شکل، می‌پردازد، مقاومت مصالح نام دارد؛ بنابراین هدف دسته ای از مهندسان مکانیک این است که با استفاده از اصول دینامیک به طراحی، تحلیل و ساخت مکانیزم‌های مکانیکی، ربات‌ها و همچنین تحلیل سینماتیکی و دینامیکی انواع ماشین‌ها بپردازند. بررسی سینماتیک ماشین‌ها (نظیر محاسبه موقعیت، شتاب و سرعت مکانیزم‌های مختلف) و دینامیک ماشین‌ها (نظیر محاسبه نیروهای دینامیکی، وجود نابالانسی و روش‌های بالانس کردن) از دیگر اهداف مهندسان مکانیک است. هدف دیگری که در مهندسی مکانیک دنبال می‌شود، این است که با استفاده از اصول علم مقاومت مصالح دریابد که یک سازه یا ماشین تحت نیروهای اعمال شده، چه طور تغییر شکل می‌یابد یا به این سؤال جواب دهد که آیا این جسم، تحت نیروهای اعمال شده، می‌شکند یا خیر؟ اصولاً از آنجا که تحلیل شکست در مواد به خواص درونی آن‌ها ارتباط دارد، هدف دیگر مهندسان مکانیک فراگیری علم مواد و استفاده از اصول آن برای تحلیل خواص فیزیکی و مکانیکی مواد و تأثیر آن‌ها در تحمل نیروهای مختلف و همچنین چگونگی فرایندهای ساخت و چگونگی تشکیل آلیاژهای مختلف مواد است.

هدف دیگر مهندسان مکانیک، تحلیل تأثیر نیرو بر حالت‌های غیر جامد مواد یا سیالات است. به علمی که به تحلیل سینماتیکی و دینامیکی جریان‌های سیال می‌پردازد، مکانیک سیالات می‌گویند. مکانیک سیالات کاربردهای بسیاری دارد. از سیستم‌های میکروبیولوژی در بدن انسان (خون خود یک سیال است و قلب به مانند یک پمپ عمل می‌کند) تا نیروی پیشرانش فضاپیماها به این علم مرتبط می‌شود. هدف مهندسان مکانیک از تحلیل سیالات این است که بتوانند جریان‌های داخلی (مانند جریان در لوله‌های انتقال آب، جریان خون در رگ‌ها)، جریان‌های خارجی، (مانند جریان هوا در هواپیما که باعث تعادل آن می‌شود)، جریان‌های پتانسیل (مانند جریان هوای مکیده شده توسط جارو برقی)، جریان کانال باز (مانند جریان سیال در رودخانه‌ها و کانال‌های انتقال آب)، جریان مافوق صوت (مانند جریان سیال در هواپیماهای مافوق صوت) سیال در حالت ایستا (مانند جریان سیال پشت سدها) و در نهایت ماشین‌های آبی یا توربوماشین‌ها (پمپ‌ها، توربین‌ها، کمپرسورها و فن‌ها) را تحلیل کنند.

هدف دیگر مهندسان مکانیک، بررسی ارتباط تغییرات دما با خواص سیالات است که به علم ترمودینامیک مرتبط می‌شود. علم ترمودینامیک، یکی از بنیادی‌ترین، قوانین حاکم بر طبیعت است. با استفاده از قوانین اول و دوم ترمودینامیک، می‌توان بسیاری از سیستم‌ها رو تحلیل نمود و حتی برای بیشترین کاری که می‌توان از سیستم گرفت کران مشخص نمود. هدف مهندسان مکانیک از فراگیری علم ترمودینامیک، فراگیری چرخه‌های گازی (به مانند چرخه‌های استفاده شده در هواپیماها)، چرخه‌های بخار (که در نیروگاه‌های بخار برای تولید برق کاربرد دارند)، چرخه‌های تبرید (به مانند یخچال‌ها و فریزرها)، تحلیل فریند ترکیب گازها، موتورهای احتراق داخلی و تهویه مطبوع (که اصول کار وسایل خنک‌کننده (مانند کولرهای آبی و گازی) و وسایل گرم‌کننده (مانند بخاری‌ها) و همچنین محاسبه بار سرمایش و گرمایش ساختمان را توضیح می‌دهد) است.

هدف دیگر مهندسان مکانیک بررسی فرایندهای انتقال حرارت است. فرایندهای انتقال حرارت، عمدتاً به سه دسته رسانش، همرفت و تابش تقسیم می‌شوند. هدف اصلی مهندسان مکانیک از فراگیری این علم، طراحی مبدل‌های حرارتی (که برای خنک سازی استفاده می‌شوند) طراحی عایق حراراتی، طراحی پره‌های انتقال حرارت با توجه به مکانیزم‌های اصلی انتقال حرارت است. علم انتقال حرارت، در تهویه مطبوع، تحلیل و بهره‌برداری از انرژی خورشیدی و مهندسی پزشکی کاربرد بسیاری دارد. معادلات حاکم بر انتقال حرارت رسانش، در حالت پایدار، یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی و حالت گذرا، شبیه‌سازی مسائل انتقال حرارت با مقاومت‌های حرارتی، روش‌های عددی برای حل معادله انتقال حرارت رسانایی دوبعدی پایدار، انتقال حرارت رسانش گذرا و روش‌های عددی برای حل معادلات حاکم بر آن، انتقال حرارت همرفت اجباری در جریان‌های داخلی و خارجی، انتقال حرارت همرفت آزاد در جریان‌های خارجی، جوشش و چگالش، انتقال حرارت تشعشعی از مفاهیمی هستند که مهندسان مکانیک در این علم فرا می‌گیرند.

عموماً هنگامی که سیستم‌های مکانیکی در حالت تعادل قرار نداشته باشند، می‌توانند حول نقطه تعادل ارتعاش کنند. یکی از اهداف اصلی دیگر مهندسان مکانیک، تحلیل ارتعاشات سیستم‌های مکانیکی است. ارتعاشات، عمدتاً پدیده ای نامطلوب است؛ مثلاً هنگامی که در ماشین نشسته‌اید، ارتعاشات زیاد ماشین، سبب ناخرسندی و عدم آسایش شما می‌شود؛ بنابراین، وظیفه سیستم تعلیق اتومبیل این است که ارتعاشات را تا حد ممکن نرم کند؛ بنابراین یکی از اهداف اصلی مهندسان مکانیک این است که این ارتعاشات را تحلیل کند و به علمی که این ارتعاش را تحلیل می‌کند، ارتعاشات مکانیکی می‌گویند. هدف اصلی مهندسان مکانیک از فراگیری این علم، این است که ارتعاشات را تا حد ممکن با توجه به منبع اصلی آن، نرم کنند. همچنین بسیاری از سیستم‌های مکانیکی، در صورتی که نیروی تحریک کننده با فرکانس مشخصی به آن وارد شود، دامنه ارتعاشات بسیار بزرگی خواهند داشت و عملاً نابود می‌شوند. (به این فرکانس، فرکانس طبیعی می‌گویند). بنابراین یکی دیگر از اهداف علم ارتعاشات این است که ماشین‌های مکانیکی، طوری طراحی شوند که فرکانس نیروی تحریک، فاصله زیادی از فرکانس طبیعی داشته باشد. (این موضوع در طراحی پل‌ها، زیردریایی‌ها، هواپیماها، تیرها و بسیاری از ماشین‌ها مهم است) روش‌های مختلف محاسبه فرکانس‌های طبیعی سیستم‌های یک درجه آزادی، ارتعاشات آزاد با میرایی، مدل‌سازی ارتعاشاتی سیستم‌ها، ارتعاشات اجباری سیستم‌های یک درجه آزادی، ارتعاشات گذرای سیستم‌های یک درجه آزادی و مفهوم ضربه و شاک، ارتعاشات سیستم‌های چند درجه آزادی، ارتعاشات سیستم‌های پیوسته، معادلات لاگرانژ برای سیستم‌های چند درجه آزادی، خواص ارتعاشاتی سیستم‌های خطی از مفاهیم اصلی این علم است.

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

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

عموماً انرژی الکتریکی و مکانیکی دوگونه انرژی متداول در زندگی بشر هستند و ماشین الکتریکی، وسیله ای است که می‌تواند این انرژی‌ها را به یکدیگر تبدیل کند؛ بنابراین، یکی از اهداف مهندسان مکانیک، طراحی موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و ترانسفورماتورها است. و علمی که به مهندسان مکانیک امکان فراگیری اصول تبدیل انرژی‌های الکتریکی و مکانیکی را فراهم می‌کند، ماشین‌های الکتریکی نام دارد.

از دیگر اهداف مهندسان مکانیک، این است که اجزای مکانیکی ماشین‌ها را طراحی کنند و علم طراحی اجزاء ماشین، علمی است که به طراحی پیچ‌ها، فنرها، جوش‌ها، یاتاقان‌های غلتشی و لغزشی، اجزاء انعطاف‌پذیر (نظیر تسمه‌ها و زنجیرها)، ترمزها و کلاچ‌ها، چرخ طیارها، بادامک و پیرو، کوپلینگ‌ها و چرخ دنده‌ها می‌پردازد.

زمینه‌های فعالیت مهندسی مکانیک 

زمینه‌های فعالیت مهندسی مکانیک به‌طور جامع‌تر عبارت‌اند از:

در زمینهٔ طراحی 
 دستگاه‌هایی که هر نوع محصولی را تولید می‌کنند.
 تجهیزات دوار مانند توربوماشین‌ها (توربین‌ها، پمپ‌ها، کمپرسورها، دمنده‌ها و …)
 موتورهای درون‌سوز، موتور جت و موتور موشک
 مخزن‌های تحت فشار، رآکتورهای شیمیایی و رآکتورهای هسته‌ای
 مبدل‌های گرمایی (بویلرها، کندانسورها، تبخیرکننده‌ها و …)
 سامانه‌های لوله‌کشی
 وسیله‌های نقلیه مانند خودرو، کامیون، اتوبوس، هواپیما، کشتی، قطار و …
 تجهیزات حمل مواد مانند کانوایرها، رباتها و …
 طراحی کنترلر برای سیستم‌های دینامیکی
 طراحی سیستم‌های اچ‌وی‌ای‌سی، تهویه مطبوع، گرمایش و سرمایش در ساختمان‌ها
 طراحی سیستم‌های انتقال آب
 طراحی کانال‌های عبور جریان سیال
 طراحی اجزای مکانیکی در سیستم‌ها نظیر چرخ دنده‌ها، کلاچ‌ها، ترمزها، پیچ‌ها، تسمه‌ها، زنجیرها، کابل‌ها، فنرها، یاتاقان‌ها، بادامک‌ها
 طراحی سازه‌های دینامیکی و استاتیکی
 طراحی سیستم‌های تعلیق و سیستم‌های جذب ارتعاشات
 طراحی دینامیکی سیستم‌ها (محاسبه فرکانس‌های طبیعی، پاسخ دینامیکی سیستم و تحلیل مدهای ارتعاشاتی)
 طراحی مخزن‌های جدار نازک و ضخیم
 طراحی عایق‌های حرارتی
 طراحی پره‌ها برای انتقال حرارت رسانش
 طراحی مبدل‌های حرارتی
 طراحی سیستم‌های هیدرولیکی و نیوماتیکی
 طراحی سیستم‌های کنترل
 طراحی مکانیزم‌های مکانیکی
 طراحی سلاح‌های نظامی

در زمینهٔ تحلیل 
 خستگی، خزش و شکست دستگاه‌ها
 روش اجزاء محدود و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
 انتقال گرما، مکانیک سیالات
 ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک
 کمانش ستون‌ها، تیرها، ورق و پوسته‌ها
 تحلیل خیز و انحراف در تیرها
 تحلیل تنش و کرنش (کشش، فشار، برش، خمش و پیچش)
 تحلیل معیارهای درونی شکست اجسام
 تحلیل نیروهای گسترده و متمرکز در سیستم‌ها
 تحلیل استاتیکی و آنالیز نیرو در سازه‌ها، ماشین‌ها و خرپاها
 تحلیل سینماتیک دینامیک دوبعدی و سه بعدی ذرات و اجسام صلب برای مختصات دکارتی، استوانه ای و کروی و منحنی الخط
 تحلیل تبدیل مختصات‌های اندازه‌گیری مختلف به یکدیگر
 تحلیل ساختار درونی و کریستالی مواد و تأثیر آن‌ها روی رفتار مکانیکی و شیمیایی اجسام
 تحلیل مدارهای الکتریکی آنالوگ
 تحلیل سیستم‌های تبدیل انرژی الکتریکی نظیر موتورها، ترانسفورماتورها و ژنراتورها
 تحلیل استاتیک و دینامیک سیالات
 تحلیل سینماتیک و دینامیک جریان‌های سیال
 تحلیل جریان سیال در لوله، جریان سیال کانال باز، جریان سیال مافوق صوت، جریان سیال آرام و متلاطم، جریان سیال طبیعی و اجباری
 تحلیل سیکل جریان سیال در هواپیماها و وسایل جریان پایدار نظیر نازل‌ها و دیفیوزرها
 تحلیل موتورهای احتراق داخلی
 تحلیل قانون اول و دوم ترمودینامیک برای سیستم‌های مهندسی
 تحلیل تولید انتروپی در سیستم‌های مهندسی
 تحلیل سیکل‌های برودتی
 تحلیل نیروگاه‌های حرارتی و سیالاتی
 تحلیل مکانیزم‌های انتقال حرارت رسانش، جابجایی و تشعشع در سیستم‌های مهندسی
 تحلیل ارتعاشات سیستم‌های یک درجه و چند درجه آزادی و سیستم‌های پیوسته دینامیکی
 تحلیل نابالانسی استاتیکی و دینامیکی سیستم‌های مکانیکی
 مهندسی دریا
 مهندسی آکوستیک (صوت‌شناسی)
 مهندسی کنترل (خودکارسازی)
 سیستم‌های اندازه‌گیری
 مهندسی روباتیک
 مهندسی هوافضا

در زمینهٔ آزمایش 
 آزمایش کیفیت، بهبود عملکرد و قابلیّت اطمینان فراورده‌ها، دستگاه‌ها و فرایندها
 آزمون‌های غیرمخرب

در زمینهٔ ساخت و تولید 
 فرایندهای ماشین‌کاری سنتی
 فرایندهای ماشین‌کاری نوین
 فرایندهای شکل‌دهی فلزها
 طراحی و ساخت قالب‌ها
 روش‌های اتصال و جوشکاری
 عملیات حرارتی
 روش‌های ریخته‌گری
 مترولوژی و سیستم‌های اندازه‌گیری

زمینه‌های نوین 
 فناوری نانو
 مهندسی سیستم‌های انرژی
 سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی و سیستم‌های نانو الکترومکانیکی (حسگری و عملگری)
 باتری‌های الکتریکی
 میکروتوربوماشین‌ها
 پیل‌های سوختی
 انرژی‌های نو
 دینامیک سیالات محاسباتی
 پلاستیسیته محاسباتی
 پرینترهای سه بعدی
 روش اجزاء محدود غیر خطی
 الاستیسیته
 خستگی
 مکانیک محیط‌های پیوسته
 مکانیک ضربه
 کنترل فازی
 کنترل مقاوم
 کنترل تصادفی
 کنترل سیستم‌های غیر خطی
 کنترل بهینه
 اینترنت اشیاء
 ارتعاشات سیستم‌های غیر خطی
 ارتعاشات سیستم‌های پیوسته
 ارتعاشات سیستم‌های تصادفی
 عیب‌یابی سیستم‌های مکانیکی
 روش‌های برداشت انرژی
 دینامیک تحلیلی
 دینامیک مولکولی
 مکانیک مداری
 آلودگی هوا
 مواد هوشمند
 روباتیک
 روتور دینامیک
 روان کاری
 سیستم‌های دارو رسانی در ابعاد نانو
 سیستم‌های میکرو و نانو سیالاتی
 نانوکامپوزیت‌ها، نانوکریستال‌ها، نانولوله‌های کربنی
 ربات
 مکاترونیک
 یاتاقان‌های مغناطیسی
 بیومکانیک
 سیستم‌های کنترل

آیندهٔ شغلی مهندسی مکانیک 
چشم‌انداز شغلی مهندسان مکانیک، امیدبخش و با استحکام است. برای مثال، در ایالات متحد آمریکا، رشد شغل‌ها و حرفه‌های مربوط به مهندسی مکانیک، هر سال حدود ۱۶٪ (۳۵ هزار شغل) است و انتظار می‌رود این آهنگ رشد تا سال‌های آینده حفظ شود.
مهندسان مکانیک از روزگاران گذشته تا به امروز، اغلب در بخش‌های صنعتی زیر نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند:
هوا فضا، خودروسازی، واحدهای شیمیایی، فناوری نانو، رایانه و الکترونیک، ساختمان‌سازی، انواع فراورده‌های مصرفی، انرژی، رباتیک، مشاوره مهندسی و بخش‌های دولتی.همچنین صنعت پزشکی و داروسازی، فرصت‌های شغلی هیجان‌انگیزی را برای مهندسان مکانیک به وجود آورده‌اند تا نیروها و دانش‌های زیستی را در هم بیامیزند.
همچنین فرصت شغلی این رشته در ایران نسبت به رشته‌های دیگر بسیار مناسب است.

نرم‌افزارهای کاربردی مهندسی مکانیک 

 SolidWorks (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAM/CAD/CAE)
 Catia (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
 NX (Unigraphics) (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
 Creo (Pro/Engineer) (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
 Autodesk inventor (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
 Solid Edge (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
 Microstation (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت دو بعدی 2D CAD)
 Autodesk Autocad (نرم‌افزار طراحی به‌صورت دو بعدی 2D CAD)
 Autodesk Autocad Mechanical (نرم‌افزار طراحی قطعات مکانیکی)
 Autodesk Autocad MEP (نرم‌افزار ترسیم نقشه تأسیسات ساختمان)
 Autodesk Autocad P&ID (نرم‌افزار ترسیم نقشه پایپینگ و ابزار دقیق)
 Autodesk Autocad Plant (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 PowerShape (نرم‌افزار مدلسازی تولید قطعات CAD برای نرم‌افزار PowerMill)
 PowerMill (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 MasterCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 SurfCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 EdgeCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 SolidCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 ArtCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 Esprit (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 FeatureCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 SmartCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 TopCAM (نرم‌افزار تولید به کمک کامپیوتر CAM)
 TopSolid (نرم‌افزار مدلسازی تولید قطعات CAD برای نرم‌افزار TopCAM)
 Ansys (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 Abaqus (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 Comsol Multiphysics (FEMLAB) (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 MSC Nastran (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 MSC Patran (نرم‌افزاری برای مدلسازی و ایجاد مدل هندسی برای نرم‌افزار Nastran)
 Autodesk Simulation Mechanical (ALGOR) (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 ADINA (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 NISA (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 CosmosWorks (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 LMS Samcef (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 MSC Marc (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 ++CSM (نرم‌افزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM)
 ++CAA (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های آیروآکوستیکی)
 MSC Actran (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های آکوستیکی)
 MSC Sinda (نرم‌افزار حل مسائل حرارتی پیشرفته به روش اجزاء محدود FEM)
 FEHT (نرم‌افزار حل مسائل حرارتی پیشرفته به روش اجزاء محدود FEM)
 Fluent (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 Gambit (نرم‌افزاری برای مدلسازی و ایجاد مدل هندسی برای نرم‌افزار Fluent)
 +STAR-CCM (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 ++FLO (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 ++CFD (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 FLOW-3D (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 OpenFoam (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 fidap (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 ANSYS CFX (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 ANSYS POLYFLOW (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 Autodesk Simulation CFD (CFDesign) (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 CosmosFlowWorks (نرم‌افزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
 MSC Adams (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی MBD)
 LMS Dads (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی MBD)
 Visual Nastran 4D (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی MBD)
 SimWise 4D (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی MBD)
 Working Model 2D (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی MBD)
 CosmosMotion (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی MBD)
 Ansys LS-DYNA (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...)
 Ansys Autodyn (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...)
 MSC Dytran (نرم‌افزار شبیه‌سازی پدیده‌های دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...)
 Matlab (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
 Mathcad (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
 Maple (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
 Mathematica (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
 Scilab (نرم‌افزار محاسبات ریاضی و مهندسی)
 PDMS (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 PDS (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 MPDS4 (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 SmartPlant (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 AutoPlant (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 COADE CADWorx (نرم‌افزار طراحی پلنت)
 COADE PV Elite (نرم‌افزار طراحی مخازن تحت فشار)
 COADE TANK (نرم‌افزار طراحی مخازن ذخیره)
 COADE CAESAR II (نرم‌افزار تحلیل تنش پایپینگ)
 AutoPipe (نرم‌افزار تحلیل تنش پایپینگ)
 CaePipe (نرم‌افزار تحلیل تنش پایپینگ)
 CATT2 (نرم‌افزار جداول ترمودینامیکی)
 EES (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های ترمودینامیکی و حرارتی)
 Thermo-Calc (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های ترمودینامیکی و حرارتی)
 Thermoflow (نرم‌افزار طراحی و شبیه‌سازی نیروگاه‌های حرارتی)
 Carrier HAP (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 Trane TRACE 700 (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 Rhvac (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 Chvac (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 HeatCAD (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 LoopCAD (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 CADVent (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 MagiCAD (نرم‌افزار طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع)
 TRNSYS (نرم‌افزار تحلیل سیستم‌های انرژی)
 eQUEST (نرم‌افزار تحلیل سیستم‌های انرژی)
 Aspen EDR (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 Aspen B-Jac (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 Aspen HTFS (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 Aspen HX-Net (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 SimSci HEXTRAN (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 HTRI Xchanger Suite (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 UniSim Heat Exchangers (نرم‌افزار طراحی مبدلهای حرارتی)
 CFTurbo (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
 Numeca FINE/Turbo (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
 Concepts NREC (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
 ANSYS Vista TF (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
 TURBOdesign (نرم‌افزار طراحی توربوماشین)
 Autodesk Alias Automotive (نرم‌افزار طراحی بدنه خودرو)
 AVL FIRE (نرم‌افزار طراحی موتور خودرو)
 GT Suite (نرم‌افزار طراحی موتور خودرو)
 Engine Analyzer Pro (نرم‌افزار طراحی موتور خودرو)
 CarSim (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو)
 ADVISOR (نرم‌افزار شبیه‌سازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو)
 AirCAD (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
 SpaceCAD (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
 XFLR5 (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
 RcCAD (نرم‌افزار طراحی هواپیما)
 Autoship (نرم‌افزار طراحی کشتی)
 NavCAD (نرم‌افزار طراحی کشتی)
 Shipconstructor (نرم‌افزار طراحی کشتی)
 Tribon (نرم‌افزار طراحی کشتی)
 Robotics Developer studio (نرم‌افزار طراحی ربات)
 Webots (نرم‌افزار طراحی ربات)
 Automation Studio (نرم‌افزار طراحی مدارهای هیدرولیک و پنوماتیک)
 Festo Fluidsim (نرم‌افزار طراحی مدارهای هیدرولیک و پنوماتیک)
 Autodesk Simulation Moldflow (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند تزریق پلاستیک)
 FLOW-3D THERMOSET (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند تزریق پلاستیک)
 Moldex3D (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند تزریق پلاستیک)
 Deform (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند شکل‌دهی)
 Autoform (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند شکل‌دهی)
 Qform (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند شکل‌دهی)
 PAM-STAMP (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند شکل‌دهی)
 Procast (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
 Autocast (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
 FLOW-3D CAST (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
 STAR-Cast (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
 SUTCast (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
 MAGMA (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری)
 WeldPlanner (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند جوشکاری)
 SYSWELD (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند جوشکاری)
 Simufact welding (نرم‌افزار شبیه‌سازی فرایند جوشکاری)
 Piping systems fluid flow (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
 Pipenet (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
 Pipeflow (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
 Pipesys (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
 Pipesim (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
 Pipephase (نرم‌افزار تحلیل جریان پایپینگ)
 Epanet (نرم‌افزار طراحی لوله‌کشی منطقه‌ای و شهری)
 FlowMaster (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
 MSK Channel (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
 AULOS (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
 HEC-RAS (نرم‌افزار تحلیل جریان کانال)
 Primavera (نرم‌افزار مدیریت و کنترل پروژه)
 MS Project (نرم‌افزار مدیریت و کنترل پروژه)
 Minitab (نرم‌افزار کنترل کیفیت آماری)
 SAS (نرم‌افزار کنترل کیفیت آماری)

رشته‌های مرتبط 
مهندسی مکانیک شباهت‌های زیادی با مهندسی هوافضا، مهندسی مکاترونیک و مهندسی خودرو دارد. همچنین با رشته‌هایی مانند مهندسی عمران، مهندسی راه‌آهن، مهندسی برق، مهندسی پزشکی (بیومکانیک)، مهندسی متالورژی، مهندسی رباتیک، مهندسی شیمی، مهندسی نفت، مهندسی دریا، مهندسی صنایع، مهندسی معدن و مهندسی مکانیک بیوسیستم مرتبط است و هم‌پوشانی دارد.

مهندسان مکانیک معروف 

 جیمز وات (۱۷۳۶–۱۸۱۹): تکمیل‌کننده موتور بخار و پدر انقلاب صنعتی.
 گوتلیب دایملر (۱۸۳۴–۱۹۰۰): مهندس و طراح صنعتی، به همراه می‌باخ مخترع اولین موتور سیکلت (دوچرخه موتور دار) و پیشرو در گسترش موتورهای احتراق داخلی، پدر بزرگ موتورهای احتراق داخلی.
 کارل بنز (۱۸۴۴–۱۹۲۹): مخترع موتورهای دیزلی و بنیان‌گذار موتورهای احتراق داخلی (هم دوره با دایملر و می‌باخ) و سازنده اولین خودروی تجاری، مبدع پدال گاز در خودرو و سیستم جرقه زنی با استفاده از شمع و باتری، مخترع کلاچ و مکانیزم تعویض دنده، کاربراتور و رادیاتور نیز از اختراعات اوست.
 ویلهلم می باخ(۱۸۴۶–۱۹۲۹): مهندس و طراح صنعتی، صاحب نشان می باخ، همکاری با دایملر در ساخت موتورهای احتراق داخلی و موتورهای چهار زمانه، دارنده دکترای افتخاری از دانشگاه اشتوتگارت، عضو افتخاری انجمن مهندسین آلمان.
 فردیناند پورشه (۱۸۷۵–۱۹۵۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی پورشه.
 فرانتس جوزف پوپ (۱۸۸۶–۱۹۵۴): یکی از سه بنیان‌گذار شرکت خودروسازی ب ام و.
 آگوست هورش (۱۸۶۸–۱۹۵۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی آئودی.
 آدام اوپل (۱۸۳۷–۱۸۹۵): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی اوپل.
 انزو فراری (۱۸۹۸–۱۹۸۸): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی فراری.
 فروچیو لامبورگینی (۱۹۱۶–۱۹۹۳): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی لامبورگینی.
 اتوره بوگاتی (۱۸۸۱–۱۹۴۷): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی بوگاتی.
 آرماند پژو (۱۸۴۹–۱۹۱۵): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی پژو.
 آندره سیتروئن (۱۸۷۸–۱۹۳۵): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی سیتروئن.
 لوئی رنو (۱۸۷۷–۱۹۴۴): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی رنو.
 ویلیام سی. دورانت (۱۸۶۱–۱۹۴۷): بنیان‌گذار شرکت جنرال موتورز.
 هنری فورد (۱۸۶۳–۱۹۴۷): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی فورد.
 لوئیس شورولت (۱۸۷۸–۱۹۴۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی شورولت.
 دیوید دانبار بیوک (۱۸۵۴–۱۹۲۹): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی بیوک.
 والتر کرایسلر (۱۸۷۵–۱۹۴۰): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی کرایسلر.
 هنری ام. لیلند (۱۸۴۳–۱۹۳۲): بنیان‌گذار شرکت‌های خودروسازی کادیلاک و لینکلن.
 کیشیرو تویودا (۱۸۹۴–۱۹۵۲): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی تویوتا.
 یوشیسوکه آیکاوا (۱۸۸۰–۱۹۶۷): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی نیسان.
 جوجیرو ماتسودا (۱۸۷۵–۱۹۵۲): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی مزدا.
 سوییشیرو هوندا (۱۹۰۶–۱۹۹۱): بنیان‌گذار شرکت خودروسازی هوندا.
 چستر کارلسون (۱۹۰۶–۱۹۶۸): دستگاه زیراکس از نوآوری‌های اوست.
 ساموئل کلت (۱۸۱۴–۱۸۶۲): سازندهٔ اسلحهٔ کلت.
 آیزاک سینگر (۱۸۱۱–۱۸۷۵): سازندهٔ نخستین چرخ خیاطی خانگی.
 رودولف دیزل(۱۸۵۸–۱۹۱۳): سازندهٔ موتورهای معروف دیزل که با گازوئیل کار می‌کنند.
 نیکلاس اتو(۱۸۳۲–۱۸۹۱): مهندس و مخترع اولین موتور احتراق داخلی با بازدهی مطلوب، تعمیم دهنده مفهوم چهار زمانه به موتورهای احتراق داخلی.
 فلیکس وانکل(۱۹۰۲–۱۹۸۸): مخترع موتور دورانی وانکل.
 ویلیس کریر(۱۸۷۶–۱۹۵۰): مخترع تهویه مطبوع
 نیکولا تسلا(۱۸۵۶–۱۹۴۳): مخترع جریان برق متناوب

جستارهای وابسته 
 مهندسی ساخت و تولید
 مهندسی خودرو
 مهندسی مکاترونیک
 مهندسی سیستم‌های انرژی
 بیومکانیک
 نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE
 نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAM

منابع

پیوند به بیرون 

 انجمن مهندسان مکانیک ایران
 مهندسی مکانیک در دانشگاه ایالتی اوهایو

طراحان مکانیک