معرفی نرم افزارهای مهندسی مکانیک (5 نرم افزار کاربردی)

مهندسی مکانیک، رشته‌ای گسترده و پویا است که به واسطه تنوع در گرایش‌ها و کاربردها، نیازمند تسلط بر ابزارهای مختلفی است. در این میان، نرم افزارها به‌عنوان ابزاری قدرتمند، نقش بسزایی در انجام وظایف مهندسان مکانیک ایفا می‌کنند. به همین خاطر، آشنایی با 5 نرم افزار مهم در حوزه گرایش جامدات و سیالات به مهندسین مکانیک کمک می‌کند تا بهتر بتوانند عملکرد بهینه خود را بر روی پروژه‌هایشان ارائه دهند.

خلاصه محتوای این مقاله را می‌توانید از طریق فایل صوتی زیر بشنوید:

نقش نرم افزارها در حوزه گرایش جامدات و سیالات مهندسی مکانیک

نرم‌افزارها در گرایش‌های جامدات و سیالات مهندسی مکانیک نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. این ابزارها به مهندسان کمک می‌کنند تا وظایف خود را با دقت، سرعت و قابلیت اطمینان بیشتری به انجام برسانند. در حوزه‌ی جامدات، نرم‌افزارهای تحلیلی و شبیه‌سازی مانند المان محدود (FEM) امکان بررسی تنش‌ها، کرنش‌ها و رفتار مواد تحت بارگذاری‌های مختلف را فراهم می‌سازند و بدین ترتیب خطاهای محاسباتی کاهش می‌یابد.

از سوی دیگر، در گرایش سیالات، نرم‌افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) شرایط پیچیده جریان، انتقال حرارت و پدیده‌های آیرودینامیکی را با دقتی بالا مدل‌سازی کرده و امکان بهینه‌سازی طرح‌ها را پیش از ساخت واقعی به وجود می‌آورند. به این ترتیب، نرم‌افزارها نه‌تنها باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شوند، بلکه دقت تصمیم‌گیری‌های مهندسی را نیز به میزان قابل توجهی ارتقا می‌دهند.

نقش نرم افزارها در گرایش جامدات

• طراحی و مدل سازی: نرم‌افزارهای طراحی به کمک رایانه (Computer-Aided Design یا CAD) مانند SolidWorks و CATIA ابزارهای اصلی در مهندسی مکانیک و صنایع پیشرفته به شمار می‌روند. این نرم‌افزارها امکان ایجاد مدل‌های سه‌بعدی دقیق از قطعات و مجموعه‌ها را فراهم کرده و علاوه بر تعریف مشخصات هندسی و ابعادی، قابلیت بررسی مونتاژ و ارزیابی تداخل قطعات را دارند. یکی از مزیت‌های کلیدی آن‌ها، امکان اجرای تغییرات طراحی در زمان کوتاه و کاهش هزینه‌های توسعه محصول است. در صنایع خودروسازی، از این نرم‌افزارها برای طراحی بدنه و شاسی استفاده می‌شود و پیش از تولید انبوه، مشکلات احتمالی مونتاژ شناسایی می‌گردد. در صنعت هوافضا نیز CATIA به‌طور گسترده در طراحی بدنه هواپیما و سیستم‌های پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• تحلیل تنش و کرنش: نرم‌افزارهای مهندسی مانند ANSYS و Abaqus این امکان را فراهم می‌سازند که مهندسان رفتار قطعات تحت بارهای مختلف مکانیکی را با استفاده از روش المان محدود (FEM) بررسی کنند. این تحلیل‌ها برای اطمینان از ایمنی و دوام سازه‌ها ضروری است. در صنعت پل‌سازی و تجهیزات صنعتی سنگین، استفاده از این ابزارها مانع از بروز شکست‌های پرهزینه می‌شود. به‌طور نمونه، در طراحی توربین‌های بادی، تحلیل تنش و کرنش پره‌ها با کمک Abaqus انجام می‌گیرد تا مقاومت در برابر بارهای متناوب باد تضمین شود.
• تحلیل دینامیکی: بسیاری از قطعات و سیستم‌های مکانیکی در شرایط کاری خود دچار ارتعاشات و نیروهای دینامیکی می‌شوند. نرم‌افزارهایی مانند ANSYS و Abaqus قادرند این پدیده‌ها را به دقت شبیه‌سازی کنند و رفتار دینامیکی سیستم را پیش‌بینی نمایند. این قابلیت در طراحی قطعات موتورها، سیستم‌های تعلیق خودرو یا حتی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله اهمیت ویژه‌ای دارد. برای مثال، در صنعت ریلی، تحلیل دینامیکی اجزای سیستم تعلیق قطار کمک می‌کند تا ایمنی و راحتی سفر در سرعت‌های بالا تضمین شود.
• انتقال حرارت: پدیده انتقال حرارت در بسیاری از کاربردهای صنعتی نقشی کلیدی دارد و نرم‌افزارهایی مانند ANSYS می‌توانند فرایند هدایت، جابجایی و تابش حرارت را با دقت بالا مدل‌سازی کنند. این موضوع در طراحی سیستم‌های خنک‌کننده موتورهای خودرو، بهینه‌سازی مبدل‌های حرارتی در صنایع نفت و گاز، و همچنین تحلیل کارایی سیستم‌های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای نمونه، در صنایع الکترونیک، از شبیه‌سازی انتقال حرارت برای طراحی هیت‌سینک‌ها استفاده می‌شود تا از داغ شدن بیش از حد قطعات جلوگیری شود.

نقش نرم افزارها در گرایش سیالات

• شبیه سازی جریان سیال: نرم‌افزارهایی مانند ANSYS Fluent و OpenFOAM ابزارهای قدرتمندی برای مدل‌سازی رفتار سیالات در هندسه‌های مختلف هستند. این نرم‌افزارها به مهندسان امکان می‌دهند تا پدیده‌هایی مانند جریان آرام یا آشفته، توزیع فشار، افت انرژی و حتی تغییرات دما درون کانال‌ها، لوله‌ها یا محفظه‌های پیچیده را با دقت بالا پیش‌بینی کنند. در صنعت هوافضا، از Fluent برای تحلیل جریان هوا بر روی بال هواپیما استفاده می‌شود تا طراحی آیرودینامیکی بهینه گردد، در حالی که در صنایع خودروسازی، شبیه‌سازی جریان هوا در اطراف بدنه خودرو باعث کاهش ضریب درگ (Drag) و بهبود مصرف سوخت می‌شود.
• تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD): روش CFD یا دینامیک سیالات محاسباتی ابزاری عددی است که با استفاده از معادلات حاکم بر حرکت سیالات (مانند معادلات ناویر-استوکس)، امکان تحلیل دقیق پدیده‌های پیچیده را فراهم می‌آورد. نرم‌افزارهایی مانند Fluent و OpenFOAM این معادلات را در شبکه‌های محاسباتی (Mesh) حل می‌کنند و نتایج دقیقی از میدان سرعت، فشار و دما ارائه می‌دهند. در صنایع نفت و گاز، از CFD برای شبیه‌سازی حرکت چندفازی سیالات در خطوط لوله استفاده می‌شود تا از بروز مشکلاتی مانند کاویتاسیون یا افت فشار شدید جلوگیری گردد. همچنین در مهندسی انرژی، شبیه‌سازی CFD به طراحی کارآمد توربین‌های بخار و گاز کمک می‌کند تا راندمان بالاتری به دست آید.
• طراحی سیستم‌های سیالات: در کنار شبیه‌سازی، طراحی صحیح سیستم‌های سیالات از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نرم‌افزارهایی مانند AutoCAD و ماژول‌های تخصصی آن نظیر P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) امکان ترسیم و مستندسازی دقیق سیستم‌های لوله‌کشی، پمپ‌ها، شیرآلات و تجهیزات کنترلی را فراهم می‌کنند. این طراحی‌ها برای صنایع شیمیایی، پتروشیمی و نیروگاهی حیاتی‌اند، زیرا کوچک‌ترین خطا در طراحی شبکه لوله‌ها می‌تواند منجر به هدررفت انرژی یا بروز مشکلات ایمنی شود. به عنوان نمونه، در نیروگاه‌های بخار، نقشه‌های P&ID برای طراحی سیستم‌های انتقال بخار و آب تغذیه به کار می‌روند تا فرآیند تولید انرژی به‌صورت ایمن و پایدار انجام گیرد.

بررسی و معرفی 5 نرم‌افزار کاربردی در گرایش جامدات و سیالات

حال در این بخش به بررسی 5 مورد از بهترین نرم‌افزارهای موجود در حوزه مهندسین مکانیک گرایش جامدات و سیالات می‌رویم.

1. ANSYS

ANSYS یکی از شناخته‌شده‌ترین نرم‌افزارها در زمینه تحلیل تنش و کرنش، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و انتقال حرارت است که به مهندسان امکان می‌دهد رفتار مواد و سازه‌ها را تحت شرایط مختلف به‌صورت دقیق مدل‌سازی و شبیه‌سازی کنند. این نرم‌افزار که توسعه آن از دهه ۱۹۷۰ آغاز شد، ابتدا برای تحلیل المان محدود (FEA) طراحی شد و با گذر زمان و افزودن ماژول‌های مختلف، به مجموعه‌ای جامع از ابزارهای شبیه‌سازی مهندسی تبدیل شد. ANSYS امروزه در صنایع متنوعی مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی و مهندسی مکانیک به کار می‌رود و با قابلیت‌های پیشرفته خود از جمله شبیه‌سازی سیالات، حرارت، ارتعاشات و جریان‌های چندفازی، مهندسان را قادر می‌سازد تا پیش از ساخت نمونه فیزیکی، عملکرد و ایمنی محصولات خود را تحلیل و بهینه‌سازی کنند.

2. OpenFOAM

OpenFOAM یک نرم‌افزار منبع باز و قدرتمند برای شبیه‌سازی مسائل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که به مهندسان و پژوهشگران امکان می‌دهد جریان‌های سیال، انتقال حرارت و پدیده‌های پیچیده چندفازی را به‌صورت دقیق مدل‌سازی کنند. توسعه این نرم‌افزار از اواخر دهه ۱۹۹۰ آغاز شد و به مرور با ایجاد جامعه‌ای فعال از توسعه‌دهندگان و کاربران، قابلیت‌های آن به شدت گسترش یافت و امروز به یکی از ابزارهای اصلی در حوزه شبیه‌سازی جریان سیالات تبدیل شده است. OpenFOAM به دلیل ماهیت متن‌باز و انعطاف‌پذیری بالا، در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی‌های تجدیدپذیر، نفت و گاز و مهندسی محیط زیست کاربرد فراوان دارد و امکان تحلیل جریان‌های پیچیده در شرایط واقعی را بدون نیاز به هزینه‌های بالای نرم‌افزارهای تجاری فراهم می‌کند.

3. COMSOL Multiphysics

COMSOL یک نرم‌افزار قدرتمند برای شبیه‌سازی مسائل فیزیک چندگانه، شامل تعاملات بین جامدات و سیالات است که به مهندسان و پژوهشگران امکان می‌دهد پدیده‌های پیچیده‌ای مانند انتقال حرارت، جریان سیال، ارتعاشات و الکترومغناطیس را به‌صورت یکپارچه مدل‌سازی نمایند. توسعه این نرم‌افزار از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شد و با گذر زمان، قابلیت‌های آن با افزودن ماژول‌های تخصصی برای حوزه‌های مختلف مهندسی گسترش یافت و امروزه به یکی از ابزارهای اصلی شبیه‌سازی مهندسی تبدیل شده است. COMSOL به دلیل رابط کاربری گرافیکی بصری و انعطاف‌پذیری بالا، در صنایع متنوعی مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی، الکترونیک و مهندسی پزشکی کاربرد دارد و به مهندسان اجازه می‌دهد پیش از ساخت نمونه‌های فیزیکی، عملکرد سیستم‌های پیچیده را تحلیل، بهینه‌سازی و اعتبارسنجی کنند.

4. Star-CCM+

استار سی‌سی‌ام (Star CCM+) یک نرم‌افزار قدرتمند برای شبیه‌سازی مسائل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که به مهندسان امکان می‌دهد جریان‌های سیال، انتقال حرارت، واکنش‌های شیمیایی و پدیده‌های چندفازی را با دقت بالا مدل‌سازی کنند. توسعه این نرم‌افزار از اوایل دهه ۱۹۹۰ آغاز شد و به مرور با تمرکز بر یکپارچگی بین شبیه‌سازی‌های جریان سیال و تحلیل‌های مکانیکی و حرارتی، به یکی از ابزارهای پیشرو در حوزه CFD تبدیل شد. Star CCM+ به دلیل رابط کاربری بصری، ابزارهای پیشرفته مش‌بندی و قابلیت شبیه‌سازی مسائل پیچیده، در صنایع متنوعی مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی، نفت و گاز و مهندسی محیط زیست کاربرد فراوان دارد و به مهندسان امکان می‌دهد تا بتوانند پیش از ساخت نمونه‌های فیزیکی، عملکرد، کارایی و ایمنی سیستم‌ها را تحلیل و بهینه‌سازی کنند.

5. Siemens NX Flow

Siemens NX Flow یک نرم‌افزار قدرتمند برای شبیه‌سازی مسائل دینامیک سیالات و جامدات (CFD) است که به مهندسان امکان می‌دهد جریان‌های سیال، انتقال حرارت و تعامل بین سازه‌ها و سیالات را با دقت بالا تحلیل کنند. توسعه این نرم‌افزار در راستای مجموعه NX شرکت Siemens از دهه ۱۹۹۰ آغاز شد و با یکپارچه‌سازی کامل با محیط طراحی سه‌بعدی NX، فرآیند شبیه‌سازی را برای مهندسانی که از NX برای طراحی محصول استفاده می‌کنند بسیار ساده و بهینه کرده است. NX Flow به دلیل این یکپارچگی و ابزارهای پیشرفته شبیه‌سازی، در صنایع متنوعی مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی، تجهیزات صنعتی و الکترونیک کاربرد گسترده دارد و به مهندسان این امکان را می‌دهد که پیش از تولید نمونه‌های فیزیکی، عملکرد، کارایی و ایمنی محصولات خود را تحلیل و بهینه‌سازی کنند.

برای یادگیری استفاده از نرم‌افزارهای جامدات و سیالات باید چه کاری انجام دهیم؟

برای یادگیری استفاده از نرم‌افزارهای جامدات و سیالات بایستی در دوره‌های مشخص که توسط مجموعه‌های معتبر ارائه می‌شوند، شرکت کنید. گروه آموزشی پارس پژوهان با ارائه انواع دوره‌های مختلف، سعی در عرصه علم و دانش به‌روز در این حوزه دارد.

دوره‌های سیالات

دوره‌هایی که توسط پارس پژوهان ارائه می‌شوند به شرح زیر است:

1. دوره آموزش فلوئنت Fluent مقدماتی

مخاطب این دوره مهندسان مکانیک، هوافضا، عمران و سایر رشته های مرتبط هستند.

محتوای دوره:

• معرفی نرم‌افزار انسیس فلوئنت
• رابط کاربری و تنظیمات
• مدل‌سازی هندسه
• مش‌بندی
• تعریف شرایط مرزی
• حل معادلات
• پس پردازش و تحلیل نتایج

2. دوره آموزش استار سی سی ام STAR CCM+

محتوای این دوره شامل:

• معرفی نرم افزار Star-CCM+
• رابط کاربری و تنظیمات
• مدل‌سازی هندسه
• مش‌بندی
• تعریف شرایط مرزی
• حل معادلات
• پس پردازش و تحلیل نتایج

3. دوره آموزش کامسول COMSOL

مخاطبان این دوره مهندسان مکانیک، هوافضا، عمران، برق و سایر رشته‌های مرتبط‌اند.

محتوای دوره:

• معرفی نرم‌افزار کامسول
• رابط کاربری و تنظیمات
• مدل‌سازی هندسه
• تعریف معادلات و روابط
• حل معادلات
• پس پردازش و تحلیل نتایج

4. دوره آموزش انسیس سی اف ایکس Ansys CFX مقدماتی

محتوای این دوره شامل:

• معرفی نرم افزار CFX
• رابط کاربری و تنظیمات
• مدل‌سازی هندسه
• مش‌بندی
• تعریف شرایط مرزی
• حل معادلات
• پس پردازش و تحلیل نتایج

مزایای دوره نیز عبارتند از:

• ارائه مثال‌های کاربردی
• تمرین عملی
• پشتیبانی آموزشی

5. دوره آموزش سی اف دی با فرترن Fortran CFD

مخاطبان این دوره مهندسان مکانیک، هوافضا، عمران و سایر رشته های مرتبط با دانش برنامه‌نویسی‌ هستند.

محتوای دوره:

• معرفی زبان‌های برنامه‌نویسی مناسب برای CFD
• اصول و مبانی کدنویسی
• شبیه‌سازی مسائل ساده با کد
• حل مسائل پیچیده‌تر با کد

دوره‌های جامدات

دوره‌های جامدات عرضه‌شده در پارس پژوهان عبارتند از:

1. دوره آموزش آباکوس ABAQUS مقدماتی

مخاطبان این دوره مهندسان مکانیک، عمران، متالورژی، هوافضا و سایر رشته‌های مرتبط هستند.

محتوای دوره:

• معرفی نرم‌افزار آباکوس
• مدل‌سازی هندسه
• مفاهیم پایه‌ای المان‌های محدود
• تحلیل تنش و کرنش
• تحلیل دینامیکی
• تحلیل خستگی
• تحلیل حرارتی
• شبیه‌سازی جوشکاری

2. دوره آموزش برنامه نویسی تراش با مسترکم Mastercam

محتوای دوره شامل:

• معرفی نرم‌افزار مسترکم
• ایجاد سطوح و منحنی های پیچیده
• مدل‌سازی قطعات و مجموعه های مکانیکی

3. دوره آموزش شبیه‌سازی دینامیکی و سینماتیکی با MSC.ADAMS

محتوای این دوره:

• معرفی نرم‌افزار ادمز
• مدل‌سازی اجسام و اتصالات
• تحلیل دینامیکی
• تحلیل ارتعاشات
• تحلیل تنش و کرنش
• بهینه‌سازی سیستم‌های مکانیکی

4. دوره آموزش سیمولینک در متلب MATLAB

مخاطبان این دوره شامل مهندسان برق، کنترل، مکانیک و سایر رشته‌های مرتبط هستند.

محتوای دوره:

• معرفی نرم‌افزار سیمولینک
• مدل‌سازی سیستم های دینامیکی
• تحلیل و شبیه‌سازی سیستم‌ها
• طراحی سیستم‌های کنترلی
• پردازش سیگنال

5. دوره آموزش شبیه سازی فرایندهای شکل­‌دهی با دیفورم تری دی Deform 3D

محتوای دوره آموزش دیفرم عبارتند از:

• معرفی نرم‌افزار دیفرم
• شبیه‌سازی فرآیندهای شکل‌دهی فلزات
• تحلیل تنش و کرنش
• تحلیل جریان فلز
• طراحی قالب‌ها

قیمت نرم‌افزارهای مهندسی مکانیک

اگر در ایران هستید و قصد استفاده از نرم‌افزارهای بیان‌شده را دارید، می‌توانید از نسخه‌های کرک‌شده موجود استفاده نمایید. اما اگر خارج از ایران هستید، باید هزینه‌ای را برای استفاده از آن‌ها پرداخت نمایید. بعضی از این نرم‌افزارها دارای نسخه‌هایی برای استفاده تجاری و غیر تجاری دارند و بعضی از آن‌ها به ازای قابلیت‌ها و امکانات مختلف، هزینه آن مورد نظر را دریافت می‌کنند. در جدول زیر اطلاعات مربوط به این موضوع را برای 5 نرم‌افزار معرفی شده نوشته‌ایم:

سخت‌افزار مورد نیاز برای نصب

برای استفاده بهینه از نرم‌افزارهایی که در این مقاله معرفی کردیم، آگاهی از اینکه حداقل سخت‌افزار مورد نیاز برای نصب و اجرای آن‌ها باید از چه ویژگی‌هایی برخوردار باشد اهمیت دارد. بنابراین در جدول زیر این موارد را برای 5 نرم‌افزار مورد بحث در این مقاله نوشته‌ایم:

میزان استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی مکانیک در کشورهای مختلف

همان‌طور که در مقاله بازارکار مهندسی مکانیک: چالش‌ها و فرصت‌‌ها نیز بیان کردیم، این رشته دارای متقضیان زیادی می‌باشد و یکی از راه‌های موفقیت در آن، کسب تجربیات عملی است. بنابراین هنگام یادگیری نرم‌افزار مورد نظر، باید به کاربردهای آن در دنیای واقعی توجه ویژه‌ای داشته باشیم. از آنجایی که نرم‌افزارهایی که در این مقاله به بررسی آن‌ها پرداختیم جزو مهم‌ترین نرم‌افزارهای رشته مهندسی مکانیک هستند، صنایع مختلف در سرتاسر دنیا بسته به نیازهای خاص خود از آن‌ها استفاده می‌کنند. اما آگاهی از اینکه کدام‌یک از آن‌ها پرکاربردتر است، می‌تواند برای افرادی که قصد شروع یادگیری آن‌ها را دارند مفید باشد. برای مثال فراوانی استفاده از این نرم‌افزارها بر اساس اطلاعات موجود از صنایع خودروسازی ایالات متحده آمریکا مطابق نمودار زیر است:

جمع‌بندی

در این مقاله به معرفی مهم‌ترین نرم‌افزارهایی پرداختیم که مهندسان مکانیک در گرایش‌های سیالات و جامدات باید به آن‌ها مسلط باشند. یادگیری این نرم‌افزارها به روشی کاربردی و موثر، می‌تواند باعث شود تا فرصت‌های شغلی بسیار زیادی در صنایع گوناگون برای مهندسان مکانیک فراهم شود. از آنجایی که دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان با رویکردی پروژه‌محور و کاربردی طراحی شده‌اند، شرکت در آن‌ها می‌تواند هم برای دانشجویان و هم برای افراد شاغل در صنعت مفید باشد و آن‌ها را برای ورود به بازار کار یا پیشرفت شغلی آماده سازد.