مهندسی مکانیک
مهندسی مکانیک یکی از قدیمی‌ترین و محبوب‌ترین رشته‌های دانشگاهی است که با استفاده از دانش ریاضیات، فیزیک و علم مواد، سیستم‌های مکانیکی را طراحی و تحلیل می‌کند. علم مهندسی مکانیک در هر تحلیلی مانند رباتیک، بیومکانیک، مکانیک جامدات، مکانیک سیالات و غیره که مستلزم بررسی تأثیر نیرو و انرژی بر وضعیت بدن است، استفاده می شود. امروزه هیچ محصولی بدون تحلیل استرس عرضه نمی شود. حتی شرکت های مطرح فناوری مانند اپل به دنبال استخدام مهندسان مکانیک برای مشارکت در طراحی و تولید لپ تاپ و رایانه های همراه هستند.
نرم افزار تخصصی در مهندسی مکانیک.
نرم افزارهای تخصصی مهندسی مکانیک را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:
- نرم افزارهای کامپیوتری مانند Mathematica و Maple و زبان های برنامه نویسی مانند C++، Fortran، MATLAB و Python
- نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) مانند SOLIDWORKS، CATIA و Inventor
- نرم افزارهای تجزیه و تحلیل به کمک کامپیوتر (CAE) مانند Ansys، Abaqus، COMSOL و LS-DYNA
- نرم افزارهای ساخت به کمک کامپیوتر (CAM) مانند CATIA، Solid Edge، CAMWorks و Fusion 360
نرم افزارهای کامپیوتری و زبان های برنامه نویسی.
در زمینه مهندسی مکانیک محاسبات سنگین و پیچیده زیادی وجود دارد. دانشجویان و مهندسین مکانیک به نرم افزار کامپیوتر و زبان برنامه نویسی نیاز دارند تا محاسبات خود را سریعتر و دقیق تر انجام دهند. انتخاب زبان برنامه نویسی مناسب برای مهندسان مکانیک بسیار مهم است. زبان های برنامه نویسی مختلفی در این زمینه موجود است که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. آشنایی با MATLAB برای محاسبات تحلیلی و عددی، C++ برای انجام محاسبات پیچیده و سنگین، Fortran برای توسعه حل نرم افزار FEM و Python به عنوان ساده ترین و قوی ترین زبان برنامه نویسی که جایگاه ویژه ای در پروژه های هوش مصنوعی دارد، برای هر دانشجوی مکانیک الزامی است. .
نرم افزارهای MATLAB، Mathematica و Maple از بهترین برنامه های محاسباتی ریاضی برای مهندسان به ویژه مهندسین مکانیک هستند. این نرم افزارها علاوه بر محاسبات معمول ریاضی مانند مشتق، انتگرال، حل معادلات جبری و حل معادلات دیفرانسیل، قابلیت برنامه نویسی خوبی نیز دارند.
در میان زبان های برنامه نویسی، متلب برای محاسبات تحلیلی و عددی، C++ برای انجام محاسبات پیچیده و سنگین، فرترن برای محاسبات با دقت بالا و توسعه تحلیل المان محدود (FEA) و حل کننده های نرم افزار پایتون به عنوان ساده ترین و قوی ترین حل کننده های نرم افزاری که دارد برجسته است. جایگاه ویژه ای در پروژه های هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) برای هر دانشجوی مهندسی مکانیک ضروری است. برای این کار می توانید از آموزش های کامل و کاربردی در مکادم بهره مند شوید.
آموزش متلب برای مهندسین مکانیک.
MATLAB یک محیط نرم افزاری عالی برای محاسبات عددی، تجزیه و تحلیل داده ها و تولید نمودار است. این زبان برنامه نویسی نوشتن کدهای عددی و انجام تحلیل های پیچیده را آسان می کند. متلب مخفف Matrix-Laboratory می باشد که به پایه محاسباتی این نرم افزار اشاره دارد. در حالی که بیشتر زبان های برنامه نویسی با اعداد کار می کنند، متلب محاسبات خود را با ماتریس ها و به طور کلی با آرایه ها انجام می دهد. MathWoks، سازنده MATLAB، محصول خود را اینگونه توصیف می کند: زبان محاسبات فنی.
سادگی و بسیاری از کارکردهای تعریف شده متلب (MATLAB) باعث محبوبیت این نرم افزار در بین مهندسین و محققان شده است. بدون شک متلب یکی از بهترین ابزارها برای محاسبه، برنامه نویسی و شبیه سازی مسائل مهندسی است. Macadami یکی از بهترین و به روزترین آموزش های متلب را با بیانی ساده و روان همراه با مثال های فراوان در سایت خود منتشر کرده است.
نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD).
در گذشته، مهندسان پس از تجسم طراحی خود، با دست روی کاغذ نقاشی می کردند. اما امروزه مهندسان طرح های خود را با استفاده از نرم افزارهای طراحی به کمک کامپیوتر ایجاد می کنند. به این ترتیب که تک تک اجزای یک سیستم، مثلاً یک خودرو را طراحی می کنند، سپس این قطعات را در کنار هم قرار می دهند و پس از بررسی ها و اصلاحات لازم، نقشه نهایی طراحی خود را تولید می کنند. طراحی به کمک کامپیوتر یا نرم افزار CAD علاوه بر راحتی، سرعت طراحی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر یا CAD ابزارهایی هستند که به مهندسان، معماران، طراحان صنعتی و سایر حرفه های مرتبط کمک می کنند تا مدل ها و نقشه های سه بعدی محصولات، ساختمان ها یا قطعات را ایجاد کنند. این نرم افزارها عملکردهای متنوعی از جمله طراحی، تحلیل و شبیه سازی را ارائه می دهند و به کاربران اجازه می دهند تا به راحتی تغییرات، بهبود و بازخورد را ایجاد کنند.
آموزش نرم افزار SOLIDWORKS
SolidWorks یکی از مهم ترین و قدرتمندترین برنامه های طراحی به کمک کامپیوتر است که در سال های اخیر جایگاه قدرتمندی در دانشگاه ها و صنعت به دست آورده است. در حال حاضر شرکت های بزرگی مانند Baxter، Arconic و Cepheid از این نرم افزار قدرتمند استفاده می کنند. در ایران با گذشت زمان علاقه عمومی جامعه مهندسی و به ویژه دانشجویان و شرکت های خصوصی به این نرم افزار افزایش یافت و اکنون بخش بزرگی از بازار طراحی به کمک کامپیوتر در اختیار این نرم افزار قرار گرفته است برای استفاده از نرم افزار نرم افزار. نرم افزار SOLIDWORKS یکی از معروف ترین و قدرتمندترین برنامه های CAD (طراحی به کمک کامپیوتر) است، اگرچه در زمینه های CAE (مهندسی به کمک کامپیوتر) و CAM (تولید به کمک کامپیوتر) قابلیت های محدودی دارد. ویژگی مهم و کلیدی این آموزش رفع بسیاری از مشکلات هر قسمت از این نرم افزار می باشد.
نرم افزار تجزیه و تحلیل به کمک کامپیوتر (CAE).
نرم افزار Computer Aided Analysis (CAE) یکی از ابزارهای مهم در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی، انرژی، ساخت و ساز و غیره است. این نرم افزارها امکان مدل سازی، تحلیل و شبیه سازی سیستم ها و سازه های مختلف را فراهم می کند که باعث بهبود طراحی، کاهش هزینه ها و صرفه جویی در زمان می شود. بسیاری از نرم افزارهای تحلیل به کمک کامپیوتر (CAE) بر اساس روش های حل عددی مانند روش اجزای محدود (FEM)، روش تفاضل محدود (FDM) و روش حجم محدود (FVM) هستند.
روش المان محدود (FEM) در مهندسی مکانیک
روش اجزای محدود (FEM) یک روش عددی برای حل معادلات دیفرانسیل معمولی (ODE) و معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) است. از آنجایی که معادلات حاکم بر اکثر مسائل مهندسی معادلات دیفرانسیل هستند، استفاده از روش اجزاء محدود (FEM) به حل مسائل پیچیده مهندسی کمک می کند. یادگیری اصول صحیح و اولیه این دوره بسیار مهم است. از این رو مکدمی مفتخر است که آموزش روش اجزا محدود به کار گرفته شده توسط دکتر مریم مهنما (استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران) را به صورت رایگان ارائه کرده است. اکنون، دو رویکرد رایج برای به کارگیری این روش قدرتمند وجود دارد:
- مشکلات کدنویسی با استفاده از زبان برنامه نویسی متلب (برنامه های سبک) یا زبان برنامه نویسی فرترن (محاسبات سنگین)
- شبیه سازی مشکلات با استفاده از نرم افزارهای تجاری مانند Abaqus، Marc، ANSYS یا COMSOL
تحلیل المان محدود (FEA) با متلب
آموزش روش اجزا محدود با استفاده از نرم افزار متلب به مهندسان مکانیک این امکان را می دهد که تحلیل و مدل سازی دقیق تری از سازه ها و سیستم های مختلف انجام دهند. برای شروع، مهمترین مرحله پرداختن به مفاهیم اجزای محدود است. این مفاهیم شامل آشنایی با مفاهیمی مانند گره های صریح و ضمنی، عناصر و روش های یکپارچه سازی است.
از آنجایی که متلب دارای توابع بسیار کارآمد و متنوعی برای محاسبات ریاضی است، می‌توان آنالیز اجزای محدود (FEA) را به آسانی بدون درگیر شدن با برنامه‌نویسی و الگوریتم‌های پیچیده ریاضی پیاده‌سازی کرد، به طوری که تمرکز صرفاً بر یادگیری و تمرین عنصر محدود باشد. مفاهیم روش (FEM).
آباکوس (Abaqus); نرم افزار اجزای محدود
نرم افزار Abaqus یکی از قدرتمندترین و گسترده ترین برنامه های تحلیل المان محدود (FEA) در جهان است. این نرم افزار توسط Dassault Systemes توسعه یافته است. Abaqus برای تحلیل و مدل سازی سازه ها، سیستم های مکانیکی، مشکلات دینامیکی، آنالیز ضربه، آنالیز حرارتی و موارد دیگر در زمینه مکانیک و صنعت استفاده می شود. به همین دلیل آشنایی کامل دانشجویان این رشته ها با این نرم افزار ضروری است. یکی از ویژگی های مهم و کلیدی آموزش Macadam Abaqus تبیین مباحث شبیه سازی علمی و عددی همراه با حل بسیاری از مسائل می باشد.
پس از یادگیری و برنامه نویسی الگوریتم های روش اجزای محدود، به درک مناسبی از این روش و فرآیند حل آن دست یافته اید. اکنون که فرآیند یادگیری به پایان رسیده است، دیگر برنامه نویسی برای حل مسائل کلاسیک و تکراری به صرفه نیست و به جای آن از نرم افزارهای تجاری استفاده می کنیم. در صورت لزوم تلاش خود را بر افزایش قابلیت های این نرم افزارها برای مقابله با شبیه سازی های دشوار متمرکز خواهیم کرد. این کار به کمک نوشتن زیربرنامه در نرم افزارهای تجاری مانند Abaqus امکان پذیر است که گروه Macacademy آموزش های زیادی را بر روی آن به شما ارائه می دهد.
نوشتن زیربرنامه در Abaqus (زیر روال کاربر Abaqus)
یکی از ویژگی های نرم افزار Abaqus نوشتن زیر روال هایی است که به کاربران این امکان را می دهد تا با توجه به نیاز خود، قابلیت های حل این نرم افزار را ارتقا دهند. گاهی ممکن است یک مهندس مکانیک به ویژگی نیاز داشته باشد که به طور پیش فرض در نرم افزار Abaqus موجود نباشد. در این شرایط نوشتن زیربرنامه به زبان فرترن به کاربران امکان می دهد تا عملکردهای ویژه ای داشته باشند. به عنوان مثال، زیربرنامه UMAT (UMAT = مواد تعریف شده توسط کاربر)، به کاربران کمک می کند تا یک زیربرنامه را برای تعریف رفتار مکانیکی مواد در Abaqus تعریف کنند. آموزش Subroutine Abaqus دقیقا به کاربر یاد می دهد که چگونه یک زیربرنامه شبیه UMAT را در Fortran بنویسد. در دوره های آموزشی مک آکادمی (آکادمی مهندسی مکانیک) آموزش های زیادی وجود دارد تا علاقه مندان بتوانند قدم به قدم این قابلیت ها را بیاموزند.
