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基于Solidworks软件的吊钩分析 |
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作者：王谦 赵俊利 |
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吊钩作为起重运输机械的重要受力部件，起到连接起重机和重物的作用，如果损坏极易造成人身伤亡，其工作安全性能非常重要。因此吊钩的结构设计和材料选用要求保证不会发生突然断裂的危险。所以要利用现代的设计方法和设计理论结合计算机技术对吊钩进行优化设计。
1 模型建立
选择合金钢作为吊钩材料。因为钢结构具有强度高，塑性、韧性好，较高的强度能承载重的构件和结构。良好的塑性可使结构和构件破坏前变形比较明显且易于被发现，在一般情况下不会因超载而突然断裂。钢结构良好的性能可调整结构和构件局部的高峰应力，使应力变化趋于平缓。良好的韧性可使结构或构件在动载荷作用下破坏时要吸收比较多的能量。
通过Solidworks软件建立吊钩模型，如图1所示。
2 吊钩的应力分析和位移分析
应用Solidworks中的cosmosxpress设计分析工具对吊钩进行分析。
(1)首先选用合金钢作为材质；
(2)由于零件在分析过程中保持不动，约束就是用来固定零件的表面。所以必须约束零件的一个面，此处选择吊钩的环眼处作为约束面；
(3)选择载荷，并指定受力面能力；
(4)确定受力方向，由于吊钩受到向下的货物拉力，所以指定力的方向为垂直水平面向下；
(5)运行结果，得到吊钩应力分布图(见图2)。
图2 吊钩应力分布图
由吊钩的应力分布图可以看出应力的最大值位于吊钩内表面。结合材料力学知识可知应力达到某一特定值后，开始大规模塑形变形的现象称为屈服。它标志着材料的力学响应由弹性变形阶段进入塑形变形阶段。由于钢结构的塑性很好，所以在允许的载荷下只发生压缩而不会断裂。但又由于钢结构的结构特点，经常会在某些地方发生局部应力集中，使截面的完整性遭到破坏。所以综合考虑结构和应力对吊钩的结构设计尤其重要。
在cosmosxpress中显示吊钩的位移分布图(见图3)。由位移分布图可以看出最大位移发生在吊钩前端部位。而吊钩的位移分布本质上是应力引起的钢结构的应变造成的。在载荷一定的情况下，吊钩前端部分由于受力面积小，导致变形大。在进一步的优化设计中应引起注意。
图3 吊钩的位移分布图
3 吊钩的结构优化
本文对吊钩的结构优化设计是通过分析上面的应力和位移分布图并利用Solidworks中的cosmosxpress设计分析工具对吊钩进行小范围内的优化设计，在满足应力和位移的条件下更改相应尺寸的上下界，得到新的合理的吊钩模型，减轻了吊钩质量，得到了优化的吊钩模型(见图4)。
图4 优化后的吊钩模型
4 结语
用Soildworks软件建立了吊钩模型，然后运用COSmosxpress应力分析工具对吊钩进行应力分析，得到了应力和位移分布图，找到危险截面，进一步调整吊钩尺寸，优化吊钩结构设计，得到了最优的吊钩模型。比传统的理论计算更能真实地反映吊钩内部应力应变情况，为今后吊钩的设计提供了一种新的思路，使设计更可靠、更高效。(end)
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(4/20/2012) |
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