L'estructura dels components mecànics és el suport bàsic per realitzar les seves funcions previstes. No només té la missió de transmetre la força i el moviment, sinó que també ha d'aconseguir un rendiment òptim sota restriccions espacials i condicions de funcionament. Des de la disposició microscòpica de gelosia fins a la configuració geomètrica macroscòpica, el disseny estructural sempre s'adhereix als triples punts de referència de racionalitat mecànica, viabilitat tecnològica i fiabilitat operativa, demostrant la saviesa morfològica de la ciència de l'enginyeria.
El primer principi del disseny estructural és l'adaptació mecànica. Els components han de determinar la seva configuració principal en funció del tipus de força (tensió, compressió, flexió, torsió o càrrega combinada) i les característiques de distribució de l'esforç. Per exemple, els coixinets de rodament que suporten càrregues radials utilitzen una estructura combinada de pistes anulars i elements rodants, dispersant la pressió a través del contacte punt/línia; mentre que els engranatges que transmeten el parell es basen en perfils de dents evolvents, utilitzant la malla de la superfície de les dents per convertir el moviment de rotació en una sortida de potència suau. Aquestes estructures no són un simple apilament geomètric, sinó que es basen en càlculs precisos que utilitzen la mecànica dels materials i les teories de l'elasticitat per garantir que la tensió màxima estigui per sota del valor permès i la deformació es controli dins d'un rang precís.
Les restriccions espacials i la lògica de muntatge són una altra dimensió clau del disseny estructural. En equips complexos, els components han de coordinar diverses peces dins d'un espai limitat, per la qual cosa sovint s'utilitzen estructures lleugeres modulars, niades o de paret fines-. Per exemple, l'anell d'engranatge sincronitzador d'una transmissió d'automòbil aconsegueix la sincronització de la velocitat alhora que comprimeix les dimensions axials mitjançant un disseny integrat de splines internes i externes i superfícies còniques; la flexió del reductor harmònic en una articulació de robot industrial utilitza una estructura en forma de tassa-de paret fina-combinada amb principis de deformació elàstica per aconseguir un equilibri entre una alta relació de transmissió i un volum petit. Aquests dissenys han de tenir en compte tant l'accessibilitat del mecanitzat (p. ex., la planificació de la trajectòria d'eina) com la seqüència de muntatge (p. ex., les característiques de posicionament de la prova d'error-) per evitar la degradació del rendiment a causa de la redundància o la interferència estructural.
La compatibilitat de processos també influeix profundament en la morfologia estructural. Les foses han d'evitar angles aguts i canvis bruscos de gruix per evitar la porositat de contracció, emprant així transicions arrodonides i dissenys de gruix de paret uniformes; Les peces mecanitzades utilitzen sistemes de forats estandarditzats, dades planes i altres elements estructurals per millorar l'eficiència i la consistència del mecanitzat. Tot i que la tecnologia de fabricació additiva moderna ha alleujat algunes restriccions estructurals, les estructures innovadores com els canals de refrigeració conformes i el farcit de gelosia encara s'han d'optimitzar juntament amb les característiques de formació del material per evitar defectes deformats o esquerdes.
El disseny estructural dels components mecànics és essencialment un triple acoblament de requisits funcionals, lleis mecàniques i capacitats de fabricació. Amb el desenvolupament de la tecnologia de simulació i els bessons digitals, el disseny estructural està passant de l'experiència-dirigida a dades-, pre-simulant l'estrès, la deformació tèrmica i la vida a la fatiga en un entorn virtual, accelerant la iteració d'alt-rendiment i alt-rendiment i alt-fiabilitat per a estructures de control i fiabilitat d'alt nivell, proporcionant un suport d'estructures d'alta fiabilitat{6} d'alt rendiment. equipament.
