作者：张毅
吊钩通常与滑轮组的动滑轮组合成吊钩组，与起升机构的挠性构件联系在一起，起到连接起重机和重物的作用。吊钩的断裂可能导致重大的人身和设备的安全事故，因此，吊钩的安全性能不容忽视。应用现代有限元分析方法可以对吊钩强度进行分析，发现吊钩的最大受力位置，找出其应力分布规律和变形位置，为吊钩的设计提供理论依据。
SolidWorks软件是一款基于Windows系统开发的三维CAD软件，其操作简单易学、功能也比较强大，很多高校、研究所和企业开始用此软件进行产品的研发和设计。SolidWorks Simulation是一款基于有限元的设计分析软件，能对零件和装配体进行静力分析。本文采用SolidWorks 2012对某吊钩进行三维建模和有限元分析。
1 建立几何模型
在工程设计中，分析软件在不断地发展，传统的二维设计已远远不能满足需求，尤其在进行有限元分析时需建立有限元模型，如果零件的尺寸参数更改，还得重新建立有限元模型进行分析，将导致产品设计周期过长。而直接建立产品的三维模型，可使产品趋于形象化、直观化，避免了生成实物模型进行验证，所以本文采用直接建立三维几何模型的方法进行有限元分析。先是根据已知的尺寸参数绘制草图，再通过旋转、拉伸、放样等特征工具完成零件三维几何模型的建立。
本文选择起重量20 t的起重机的吊钩作为研究对象，按照吊钩的标准确定吊钩尺寸，然后完成草绘。吊钩的草图绘制结果如图1所示，钩身的截面形状及尺寸如图2所示。
在SolidWorks软件中，采用将草绘图形进行旋转和放样等特征操作，生成吊钩实体模型，如图3所示。
2有限元分析过程
在SolidWorks Simulation中生成新的算例，进行有限元分析。
2.1 定义材料和加载材料
定义吊钩的材料为Q345钢，密度为p=7 700 kg/m3，弹性模量E一2.1×los MPa，泊松比为0.28，屈服强度为330 MPa。
2.2施加载荷和约束
由于受吊钩形状的影响，整个吊钩钩身的受力并不是线性的，分析计算要占比较大的资源，因此对钩身的受力进行简化，建立有限元模型，会使过程变得简单，缩短计算的时间。吊钩的上部为螺纹联接，可以假定为固定部件，以便于求解，吊钩的钩身弯曲部分的内侧受垂直向下的力，大小为200 000 N。
吊钩组中吊钩横梁等零部件可以调整吊钩工作时的偏斜，载荷可以看作为向下的拉应力。
2.3有限元模型的建立
在SolidWorks Simulation中，采用二阶四面体实体单元划分实体几何体，每个单元有10个节点，并且每个节点有3个自由度。本分析采用实体网格，二阶高品质单元，共得到13 390个节点、9 404个单元，其网格划分结果如图4所示。
3.2 位移结果分析
Simulation分析得到的吊钩位移分布云图如图6所示。由图6可知，吊钩的前端位移最大，为0. 503 5mm，方向向下。位移量较小，不会引起大的变形。
4结论
经过上述有限元计算和分析，可以看出吊钩的最大应力发生在内表面，这足以说明直接三维建模出来的几何实体模型可以较好地反映出吊钩的受力和位移分布情况。与传统设计相比，三维设计可能更智能、更简捷，节约了设计成本，缩短了产品设计周期。
5摘要：以起重量20 t的起重机吊钩作为研究对象，采用SolidWorks 2012建立吊钩的三维模型，运用Solicl-Works软件中的Simulation插件对三维模型进行静力学分析，得出吊钩结构的应力、位移和应变云图，进而得出吊钩的最大应力和位移值，找到其最大受力和变形位置，得到满足强度要求的吊钩模型，为吊钩的三维设计和结构优化提供了理论依据。
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