¿Qué es Historia de la ingeniería mecánica moderna?

Desde el siglo XX, el desarrollo de la ingeniería mecánica en el mundo ha superado con creces al del siglo pasado. Especialmente después de la Segunda Guerra Mundial, a medida que el trabajo científico y tecnológico ha pasado de las actividades personales a la socialización, el desarrollo general de la ciencia y la tecnología, especialmente la combinación de tecnología electrónica, tecnología nuclear y tecnología aeroespacial con tecnología mecánica, ha promovido enormemente el desarrollo. de ingenieria mecanica .desarrollo de.
En los 40 años previos a la Segunda Guerra Mundial, las principales características del desarrollo de la ingeniería mecánica fueron: heredar la tecnología tradicional del siglo XIX, y mejorar, potenciar y ampliar continuamente su ámbito de aplicación. Por ejemplo, se ha mejorado significativamente el grado de mecanización en las industrias agrícola y minera; se ha incrementado la potencia de la maquinaria eléctrica y se ha mejorado aún más la eficiencia, y la aplicación de motores de combustión interna se ha extendido a casi toda la maquinaria móvil.

Con la mejora del nivel de diseño de la máquina herramienta y el desarrollo de nuevos materiales para herramientas y tecnología de automatización mecánica, el nivel de tecnología de fabricación mecánica ha mejorado enormemente. El sistema de gestión científica iniciado por el estadounidense FW Taylor se ha implementado ampliamente en algunos países desde principios del siglo XX y ha promovido el desarrollo de la ingeniería mecánica.
En los 30 años posteriores a la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo de la ingeniería mecánica se caracteriza por: además de la mejora y expansión de la tecnología original, se ha profundizado significativamente la amplia integración y penetración mutua con otros campos de la ciencia y la tecnología, formando muchas nuevas ramas de la ingeniería mecánica, el campo de la ingeniería mecánica se amplía sin precedentes y la velocidad de desarrollo se acelera.

Durante este período, la tecnología nuclear, la tecnología electrónica y la tecnología aeroespacial se desarrollaron rápidamente. Se ha mejorado enormemente la naturaleza sistemática, completa y exhaustiva de la producción y la investigación científica. La aplicación de la máquina se encuentra casi en todos los departamentos de producción y departamentos de investigación científica, y profundiza en los departamentos de vida y servicio.
Después de entrar en la década de 1970, la ingeniería mecánica se combinó con las tecnologías eléctrica, electrónica, metalúrgica, química, física y láser, creando muchos procesos nuevos, nuevos materiales y nuevos productos, haciendo que los productos mecánicos sean más precisos y eficientes, y la automatización del proceso de fabricación, etc. Alcanzó un nivel sin precedentes. Desde la década de 1960, las computadoras se han popularizado y aplicado gradualmente en la investigación científica, el diseño, la producción y la gestión de la industria mecánica.

En el pasado, muchas tareas inconvenientes de cálculo y análisis en la ingeniería mecánica se calculaban científicamente con computadoras, lo que se ha vuelto más complejo para varias disciplinas de la ingeniería mecánica, una dirección más precisa ha creado las condiciones.
Maquinaria de energíaDesde finales del siglo XIX hasta principios del siglo XX, la mayoría de las máquinas de energía, como turbinas de agua, turbinas de vapor, motores diesel, motores de gasolina, etc., ya han poseído las características básicas de los productos modernos.

El desarrollo futuro es principalmente para mejorar la eficiencia, aumentar la potencia, mejorar las condiciones de control operativo y ampliar el ámbito de aplicación. Después de entrar en la década de 1950, la reducción de la contaminación ambiental se ha convertido en un tema importante.

Los nuevos tipos de maquinaria de potencia desarrollados desde el siglo XX incluyen la turbina de gas que entró en uso práctico a fines de la década de 1930 y el motor de pistón rotativo inventado en la década de 1950. Desde la década de 1950, los reactores nucleares han entrado en las filas de la maquinaria eléctrica como un nuevo tipo de generador de vapor, convirtiéndose en un gran avance en la ingeniería energética. Se han adoptado o se están estudiando dispositivos de energía que utilizan otras fuentes de energía, como la energía eólica, solar, geotérmica, oceánica y de biomasa.
Turbinas hidráulicas Las turbinas hidráulicasFrancis y de cangilones creadas en la segunda mitad del siglo XIX son de estructura simple, de alta eficiencia, adecuadas para alturas elevadas y rápidamente ganaron popularidad. Desde el siglo XX, la variedad de turbinas hidráulicas se ha desarrollado rápidamente.

En 1920, el austriaco V. Kaplan desarrolló una turbina de paletas de flujo axial adecuada para baja altura de agua. En vísperas de la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron con éxito turbinas de bomba reversibles y turbinas tubulares.

En 1956 surge la turbina de flujo diagonal, cuya característica es que el rodete es ligero y puede adaptarse a los requerimientos de las centrales de almacenamiento de energía. Las turbinas hidráulicas se utilizan principalmente para la generación de energía hidroeléctrica. La capacidad de una sola unidad aumentó de 120 MW en la década de 1940 a 600 MW en la década de 1960. En 1981, la turbina hidráulica más grande del mundo superó los 700 MW.
Turbinas de vapor Lasturbinas de vapor se han convertido en el principal equipo de generación de energía térmica a principios del siglo XX y han reemplazado a algunas máquinas de vapor como motor principal de las centrales eléctricas de barcos. Desde entonces, el desarrollo de turbinas de vapor se combina principalmente con la mejora de las calderas, aumentando la potencia, mejorando la eficiencia térmica y reduciendo el consumo y costo de material.

Después de la Segunda Guerra Mundial, para mejorar la eficiencia térmica, las turbinas de vapor de las centrales eléctricas a gran escala solían adoptar parámetros de vapor supercríticos, con una presión de vapor de 30-35 MPa y una temperatura de 593-650 ° C. Pero debido a la necesidad de un costoso acero inoxidable austenítico para fabricar calderas. Los parámetros de vapor seleccionados posteriormente han disminuido.

La potencia de una sola unidad de las turbinas de vapor ha seguido aumentando. En 1912, la potencia máxima era de 25 megavatios, en 1947 de 100 megavatios y en 1962 de 500 megavatios. En 1972, la turbina de vapor de dos ejes de fabricación suiza alcanzó los 1.300 megavatios, que es la unidad más grande hasta ahora.
El motor de combustión internaamplía drásticamente el ámbito de aplicación del motor de combustión interna desde el siglo XX. La mayoría de la maquinaria móvil utiliza motores de combustión interna como energía. Para reducir la contaminación del motor de combustión interna, especialmente el escape del motor de automóvil, se adopta una cámara de combustión de turbulencia de suministro de aire estratificado, la relación de mezcla de aire y combustible y el tiempo de encendido se controlan mediante una computadora, y tecnologías como la inyección de aire secundario y se adopta la recirculación de gases de escape.

Al mismo tiempo, se están probando turbinas de gas, motores diesel turboalimentados y volantes, motores de hidrógeno y motores Stirling con menos o ninguna contaminación de escape. El principal desarrollo de los motores de gasolina después de ingresar al siglo XX es expandir el volumen del cilindro, aumentar la relación de compresión, aumentar la velocidad para aumentar la potencia y concentrarse en reducir el consumo de energía.

Los motores diesel se utilizaron principalmente en barcos, maquinaria agrícola, maquinaria de construcción y minería, camiones grandes y tanques antes de la década de 1950. Los motores diesel son capaces de ahorrar combustible, tienen menos contaminación de escape y tienen una larga vida útil. El ámbito de aplicación continúa expandiéndose. Después de la década de 1950, los motores diesel también se utilizaron como energía en algunos automóviles pequeños. El motor de pistón rotativo (ver imagen) fue fabricado en 1957 por el ingeniero federal alemán F. Wankel.

Este tipo de motor tiene una estructura simple, sin movimiento alternativo, tamaño pequeño, peso ligero y bajo costo. Sin embargo, la cantidad de fuga de gas a bajas velocidades es mayor que la de los motores alternativos, y el rendimiento de potencia a baja velocidad y el ahorro de combustible son menores que los de los motores alternativos. En los últimos años, la brecha se está reduciendo gradualmente debido a las continuas mejoras en las estructuras de diseño, los procesos y los materiales.

Motor de pistón rotativo

Turbinas de gas Lasturbinas de gas se desarrollaron rápidamente durante las décadas de 1930 y 1940. En 1939, Suiza construyó la primera central eléctrica de carga máxima con turbina de gas del mundo. En 1941, se introdujo una locomotora de turbina de gas. Ese mismo año, un avión a reacción propulsado por turbina de gas voló con éxito en el Reino Unido. Después de la Segunda Guerra Mundial, las turbinas de gas no solo se utilizaron en la aviación, sino también en centrales eléctricas de reserva y oleoductos y gasoductos.

En 1982, la potencia de una sola unidad de la turbina de gas más grande del mundo alcanzó los 100 megavatios y la eficiencia alcanzó el 30%. Estados Unidos está estudiando un nuevo tipo de unidad de 200 megavatios con una eficiencia del 40%. Después de la década de 1950, el método de utilizar turbinas de gas, calderas y turbinas de vapor para formar un dispositivo de ciclo combinado gas-vapor para mejorar la eficiencia térmica ha ganado ciertas aplicaciones.

MecánicaDesde el siglo XX, la mecánica genera muchas nuevas ramas: mecánica estructural, Placas y Conchas, elasticidad, plasticidad, fatiga, resistencia a la fluencia y teoría ambiental, mecánica de fracturas, mecánica experimental. Entre ellos, la mecánica de la fractura tiene una gran influencia a la hora de juzgar la estructura del mecanismo. La teoría inicial de la mecánica de la fractura, la teoría del balance de energía, fue presentada por AA Griffiths del Reino Unido en 1920.

Cuando estudió el efecto de los defectos de la superficie del material sobre la fatiga, encontró que solo considerar la concentración de tensión no podía explicar completamente el problema, por lo que propuso la suposición de que el material tiene grietas y consideró el balance de energía de todo el sistema, lo que llevó a la teoría de la fractura frágil del material.

Después de la Segunda Guerra Mundial, después de más investigaciones por parte de académicos de los Estados Unidos, Gran Bretaña y otros países, se formó la nueva rama de la mecánica de fracturas. El nombre de Fracture Mechanics comenzó en 1956, el criterio de fractura del material 70 ha crecido a tres tipos: un valor K E de tenacidad a la fractura , el desplazamiento de la apertura de la punta de la grieta y el DQO integral J, además de los aspectos positivos de la unión micro y macro moderna.
Método de elementos finitosEn la década de 1950, Estados Unidos comenzó a utilizar el método de elementos finitos para el análisis de tensiones. La idea básica era convertir el continuo en un número finito de elementos y luego utilizar el análisis matricial para resolver las incógnitas en la computadora. Después de 20 años de popularización y aplicación, el método de elementos finitos se ha utilizado para resolver casi todos los problemas de campo y continuos, incluidos problemas como tensión, deformación, vibración, campo de temperatura y campo de flujo. Muchos problemas de ingeniería complejos que fueron inferidos por datos empíricos o verificados por análisis experimentales en el pasado pueden resolverse de manera más simple y precisa mediante métodos de cálculo.