机械设计及理论学科的研究方向与国防工业、航空航天工业及地方工业的发展紧密相关，是辽宁省重点培育学科。本学科自80年代开始就开展了机械设计相关的研究，经过多年的努力，围绕着航空工业技术形成了以航空CAD技术及应用、航空工程材料与结构强度和机械系统动态性能分析为主的稳定而有行业和地域特色的研究方向。自1998年获得硕士点以来，这一领域的研究水平又有了很大的提高，取得了一批用于航空发展，国防建设和地方技术进步的成果，并具备跟踪国际前沿研究领域的实力，在国内同一学科中具有鲜明的特色。本学科现有硕士生导师17人，教授14人，副教授20人，具有博士学历人员18名。建有国防科工委航空制造工艺数字化重点学科实验室、辽宁省数字化工艺仿真与测试技术重点实验室、辽宁省航空装备数字化与检测技术实验室、动强度与模态分析实验室、CAD与机构运动实验室；具有2个实验基地，即工程实验中心、机械基础实验中心，近五年共发表论文225余篇，其中90%在国内外核心学术刊物上发表，有42篇被国际三大检索收录，出版专著和教材3部，完成了国家自然科学基金和国防科工委基础研究项目等科研项目30余项，共培养硕士研究生87人。目前在读研究生有50余人。机械设计及理论学科点的主要研究方向有：机械CAD/CAM技术及应用、航空工程材料与结构强度、汽车结构及优化设计和机械系统动态性能分析与设计等。
(1) 机械CAD/CAM技术及应用
机械CAD/CAM技术是以计算机作为技术手段来生成各种数字信息与图形信息，并以此进行产品的数字化设计与制造，是制造企业实现数字化制造的核心技术。本方向围绕着航空航天工业的特点，针对大型、复杂曲面、整体结构、梯度功能的航空零件的设计制造，结合现代设计方法和先进制造技术，进行航空产品的数字化设计与制造方面的研究工作。本方向针对航空工业的特点，主要从事以下几个方面的研究：1.航空零件的数字化设计与制造 2.机构的优化设计与运动仿真 3. 航空产品的智能设计技术。随着计算机技术的发展，在新型型号机的设计与制造当中积极采纳并应用了计算机技术，从而在该机的微机控制领域取得了重大突破，实现了主要零部件工艺的完全微机控制，开发了航空齿轮传动的CAD软件和机构运动仿真CAD软件，完成了“机械优化设计中BP神经网络的应用研究”、“虚拟切削加工仿真及工艺参数优化”等科研项目。同时根据先进制造技术及现代设计理论不断地对设计自动化技术进行理论研究和创新，先后完成了“定制自适应产品快速开发系统研究”、“IGES模型可视化及测试系统开发”等科研项目，取得了突出的成就和显著的经济和社会效益。
(2) 航空工程材料与结构强度
本方向的主要研究内容有：1.开展航空材料焊接结构疲劳断裂行为研究，利用试验及数值仿真手段，对钛合金光滑焊缝表面疲劳短裂纹行为进行系统研究，进一步预测航空结构件的寿命；2.开展航空钛合金激光焊接结构及新型梯度结构材料疲劳性能评价方法研究，为航空钛合金材料的应用及发展提供技术数据支持，扩大其使用环境适应性；3.开展计算机辅助工程的研究和特性分析，利用高端CAD／CAE软件进行动态设计、性能仿真研究、结构参数化设计，通过虚拟样机设计和分析，进行新型机械传动装置的开发研究，利用计算机辅助进行有限元分析和结构强度分析与评价，为机械工程设计及其优化提供可靠的理论和实验依据。
钛合金已成为航空工业中广泛应用的重要结构材料，在钛合金工程应用上，我国存在较大差距，在钛合金损伤行为、失效机理等方面研究的差距更是显而易见的，尤其是航空钛合金激光焊接结构及新型梯度结构材料疲劳性能评价方法研究，将为航空钛合金材料的应用及发展提供技术数据支持，并为航空钛合金材料开拓新的应用领域。采用先进的设备进行钛合金激光焊接及新型梯度结构材料的制备，对结构材料疲劳性能进行大量试验，面向航空领域进行研发，总结试验方法及数据，逐步形成新的材料性能评价体系，为航空钛合金材料开拓新的应用领域提供支持，将具有显著的经济和社会效益。
完成了航空基金等科研项目10余项，共发表论文80余篇，其中SCI、EI、ISTP收录10余篇，正承担国防基础科研项目、航空科学基金、辽宁省教育厅、辽宁省重点实验室专项资金计划项目。然而，在实验研究方面，因经费所限，设备规模小，实验范围有限。
(3) 机械系统动态性能分析与设计
机械系统动态性能分析与设计是机械设计及理论学科主要研究方向之一，主要从事以下几个方面的研究：研究机械系统运动学、动力学及机械精度的分析与设计，机械振动、噪声控制与测试方法。该方向主要从事现代机械设备的动态性能、可靠性、安全性等研究，特别是结合航空关键零部件的设计与制造，充分面向先进制造领域的机械设备研发方向，进行设计理论与方法的研究，提高机械设备的综合性能，并力求解决工程实际的关键技术，产生更大的经济和社会效益。
本研究方向多年来致力于机械系统运动学、动力学及机械精度的分析与设计，以各种机械设备为研究对象，进行动态性能、可靠性、安全性等研究，在模型建立、动态仿真、性能分析等方面具有扎实的理论基础和丰富的工程实践经验，同时采用先进的分析与设计技术和手段，在大型机械设备的虚拟样机设计和动态性能分析方面接近国内外先进水平，面向航空制造和东北老工业基地的设备研发，解决大型设备和零部件设计的关键技术，提高机械设备的综合性能，产生更大的经济和社会效益。
本方向承担过一批国家级和省级重点课题，在《航空学报》、《振动工程学报》、《应用力学学报》等杂志和在国际著名期刊《J. Sound and Vibration》、《J. Fluids and Structures》上发表论文10篇，有10多篇论文被SCI、EI、ISTP检索。现有教授4名，副教授8名，具有博士学位的人员5名，具有机械振动、噪声控制与测试方法等先进实验设备。
数字化制造与仿真技术沈阳市重点实验室简介
数字化制造与仿真技术实验室是沈阳航空工业学院以航空工业为研究背景，以激光应用技术、数字化制造技术、仿真技术和试验测试技术为研究基础的集科研、教学、生产和管理为一体的创新型实验室。2005年经沈阳市批准成为市级重点实验室。
数字化制造与仿真技术沈阳市重点实验室由激光应用技术实验室、数字化在线检测技术实验室、数控切削参数优化实验室组成，围绕先进制造技术中的关键技术、学术热点和应用推广展开科学研究工作，是机械制造与自动化学科和机械电子工程学科及相关学科专业交叉综合的科研与学术基地，也是向国内外开放的科研、技术开发、人才培养基地。目前实验室拥有5KW CO2多功能激光加工系统、HRPS-ⅢA快速成形机、SCPS350紫外光快速成型机、SPS450激光快速成型机、ZK－500型硅橡胶注型机、PAWAE全波形声发射检测仪和多种数控加工设备，总价值520万元。实验室研究人员由具有博士学位的中青年骨干教师组成，其中教授5人、副教授8人。在研课题有国防基础科研项目1项、辽宁省重点实验室项目1项、航空科学基金项目1项及其他省部级项目10多项，横向合作20多项，并获得了一批科研成果。目前实验室主要有三个研究方向：
1、激光应用技术：主要从事激光加工、快速成形、新材料及性能分析等方面研究。
2、航空难加工零件制造及机电装备制造技术：主要从事难加工材料高效加工工艺、装备及其应用；难加工材料切削及磨削和应用信息交流等方面的研究。
3、数字化制造及测控技术：该方向主要从事机械设计与制造过程的数字化、集成化和信息化技术研究以及以航空制造业数字化工程为背景的逆向工程技术和测控技术。
数字化制造与仿真技术重点实验室建设的总体目标是建成国内先进、特色鲜明、部分研究和技术开发领域在国际上有一定影响的研究基地；形成有自我发展动力的运行机制，有创新精神和团队意识的优秀学术梯队，有一批突破性进展的产业化科技成果的研究集体。