摘要本文旨在对吊钩进行仿真计算和分析，得到其应力和位移变化的分布云图，从理论上对吊钩的危险截面进行了分析研究，为吊钩进一步的结构设计和优化提供了必要的理论依据。

本文使用三维建模软件Creo创建吊钩的三维模型，以格式吊钩.stp导入有限元软件hypermesh中绘制网格，进行前处理，继而进行求解得到后处理中的应力和位移云图。

本文通过分析有限元后处理的应力和位移云图，得到吊钩的最大等效应力位于吊钩主弯曲面内侧部位，应力大小为213.2MPa；吊钩整体最大变形位于吊钩钩头位置，变形量为0.08061mm。

本文对比最大等效应力和所给材料30号钢的屈服强度295MPa，分析得到吊钩在给定工作载荷下安全的结论，由此求得5t载荷下的安全系数应小于等于1.284；通过静刚度分析，计算得到吊钩在承载方向上的静刚度为3.1839×108N/m。

关键词：hypermesh；吊钩；应力；安全系数1.Creo软件建立吊钩三维模型1.1Creo软件简介Creo是美国PTC公司于2010年10月推出CAD设计软件包。

Creo是整合了PTC公司的三个软件Pro/Engineer的参数化技术、CoCreate的直接建模技术和ProductView的三维可视化技术的新型CAD设计软件包，是PTC公司闪电计划所推出的第一个产品。

Creo是一个整合Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView三大软件并重新分发的新型CAD设计软件包，针对不同的任务应用将采用更为简单化子应用的方式，所有子应用采用统一的文件格式。

Creo目的在于解决CAD系统难用及多CAD系统数据共用等问题。

1.2创建吊钩模型1.打开Creo软件，新建类型：零件，不勾选使用默认模版，确定；选择模版类型为：mmns_part_solid，确定，进入零件绘制界面（图1.1，图1.2，图1.3）图1.1 零件命名图1.2 模板选择2.草绘吊钩弯曲部分的轨迹图绘制（1）选择FRONT平面，点击草绘，进入草绘界面（图1.3，图1.4）图1.3 FRONT平面的选择图1.4 吊钩草绘界面（2）在坐标系原点，使用中心线命令，按照图1.5绘制中心线；使用圆心和点命令绘制圆ϕ85mm，为图1.6。

图1.5 中心线的绘制图1.6 ϕ85mm圆的绘制图1.7 ϕ55mm轴（3）使用线命令，如图1.7建立ϕ55mm轴的外轮廓线。

（4）使用，建立圆ϕ170mm，使用相切命令，与轴左轮廓线和ϕ85mm圆相切，如图1.8。

在135°的中心线上绘制圆ϕ220mm，如图1.9。

绘制圆ϕ56mm与轴右轮廓线与圆ϕ220mm相切，如图1.10。

图1.8 圆ϕ170mm 图1.9 圆ϕ220mm 图1.10 圆ϕ56mm（5）使用中心线命令，绘制距离水平中心轴42mm的中心线。

使用线命令，绘制一条过ϕ170mm圆与竖直轴交点且平行与135°中心线的线段，然后使用偏移命令，使之过ϕ85mm与水平轴交点。

如图1.11图1.11 中心线与偏移线段图1.12 圆ϕ190mm（6）使用圆命令，绘制圆ϕ190mm，使用相切命令，使之与圆ϕ85mm 和（5）中偏移后线段相切。

如图1.12图1.13 圆ϕ24mm 图1.14 圆ϕ190mm（7）绘制圆ϕ24mm，与圆ϕ190mm和距水平轴42mm的中心线相切。

如图1.13。

（8）同理（7）操作，绘制圆ϕ190mm，与圆ϕ24mm和圆ϕ220mm相切。

如图1.14，此时草绘图为图1.15。

图1.15 吊钩草绘图1.16 吊钩轮廓图（9）依据吊钩轮廓使用删除段命令，删去多于线条，得到吊钩轮廓图1.16。

3.复制草绘1中草图，在FRONT平面新建草绘2，粘贴。

图1.17 修剪草绘1 图1.18 修剪草绘24.选中草绘1的曲线，使用修剪命令，如图1.17进行修剪。

选中草绘2的曲线，如图1.18进行修剪。

5.利用平面命令绘制3个新的平面。

平面1为TOP面向上偏移310mm，如图1.19；平面2 是平行于TOP平面且与ϕ56mm圆相切，如图1.20；平面3是过ϕ24mm圆直径且与FRONT平面垂直，如图1.21。

图1.19 平面1 图1.20 平面2图1.21 平面36.使用圆命令，在平面1上建立草绘3，绘制圆ϕ55mm；在平面2上建立草绘4，绘制圆ϕ55mm。

如图1.22图1.22 草绘3 与草绘4图1.23 圆ϕ120mm与圆ϕ24mm7.在TOP面上草绘A-A截面（1）选择TOP平面进入草绘5。

在水平轴上绘制圆ϕ120mm，同理绘制圆ϕ24mm。

如图1.23。

（2）绘制两条水平的中心线，距水平轴27mm；绘制圆ϕ24mm，使用相切命令式之与上侧中心线和圆ϕ120mm相切，如图1.24。

图1.24 水平线与圆ϕ24mm图1.25 A-A截面（3）使用线命令，绘制线段，使用相切命令。

使用删除段命令删除多余线段，得到封闭的A-A截面，如图1.25。

（4）同理A-A截面，在RIGHT平面上绘制B-B截面，如图1.26。

两截面绘制完成为图1.27图1.26 B-B截面图1.27 A-A 截面与B-B截面8.在平面3上建立草绘7，在竖直轴上绘制一个圆，过吊钩轮廓点。

如图1.28。

图 1.28 平面3上的圆图1.29 截面曲线与轨迹曲线9.边界混合建立吊钩实体（1）边界混合所用曲线如图1.29所示。

（2）选择边界混合，依次选择5个截面。

（3）使用填充命令，填充草绘3，4，7截面，形成封闭曲面，然后如图1.30选择边界混合1，填充1，2，3，使用合并命令，最后进行，得到吊钩实体模型。

图1.30 图1.31 吊钩填充图1.32 吊钩实体化（4）选择FRONT平面草绘，绘制四分之一圆，图1.33，然后绘制一条中心线作为旋转轴。

选择旋转命令，完成圆头的绘制。

如图1.34。

图1.33 圆头草图图1.34 吊钩圆头10.绘制吊钩上部。

选择FRONT平面绘制如图1.35的草图，形成封闭截面。

然后选择旋转命令，完成旋转实体，如图1.36。

图1.35 封闭截面绘制图1.36 旋转实体11.选择RIGHT平面，绘制圆孔ϕ9mm，使用拉伸命令，选择对称拉伸，点选移除材料，完成空的绘制，如图1.37。

对吊钩进行倒角与倒圆角处理，如图1.38。

最终吊钩模型为图1.39。

图1.37 圆孔绘制图1.38 倒角与倒圆角图1.39 吊钩三维模型2.吊钩有限元分析2.1 hypermorks软件介绍Altair HyperMesh是一个高性能的通用有限元前、后处理器，支持在交互及可视化的环境下分析设计方案性能。

HyperMesh的用户界面易学易用，可进行多种CAD模型与有限元模型的直接读入，大大降低了重复性建模工作。

其高级的建模功能，如丰富的网格控制和模型管理、网格变形工具、变厚度几何模型中面自动化抽取等，能帮助用户高效处理复杂的几何和网格模型；增强的实体四面体网格划分和六面体网格划分功能降低了模型交互式控制的次数；网格批处理功能将人工几何清理和模型控制工作量降至最低。

HyperMesh优势：强大的有限元分析建模企业级解决方案。

• 通过其广泛的CAD/CAE接口能力以及其可编程、开放式构架的用户定制接口能力，HyperMesh可以在任意工作领域与其他工程软件进行无缝连接工作。

• HyperMesh为用户提供了一个强大的、通用的企业级有限元分析建模平台，帮助用户降低在建模工具上的投资及培训费用。

无以伦比的网格划分技术——质量与效率导向。

• 依靠全面的梁杆、板壳单元、四面体或六面体单元的自动网格划分或半自动网格划分能力，HyperMesh大大降低了复杂有限元模型前处理的工作量。

通过批处理网格划分（Batch Mesher）及自动化组装功能提高用户效率。

• 批处理网格生成技术：无需用户进行常规的手工几何清理及网格划分工作，从而加速了模型的处理工作。

• 高度自动化的模型管理能力，包括模型快速组装以及针对螺栓、点焊、粘接和缝焊的连接管理。

交互式的网格变形、自定义设计变量定义功能。

• HyperMesh提供的网格变形工具帮助用户无需重新修改原有网格即可自动生成新的有限元模型。

提供了由CAE向CAD的逆向接口。

• HyperMesh为用户提供了由有限元模型生成几何模型的功能。

2.2 网格划分（1）启动 HyperMesh13.0：选择 Optistruct 模板，进入 HyperMesh 程序窗口。

HyperMesh 主界面如图2.1所示。

图2.1 主窗口界面图2.2 菜单栏图图2.3 操作界面（2）如图2.2，点击菜单栏，在弹出窗口中选择导入模型。

（3）单击3D，选择tetramesh，如图2.3。

设置如图2.4，点击mesh，网格绘制完成，效果如图2.5。

图2.4 网格设置图2.5 吊钩网格图2.6 定义材料2.3 材料属性和单元属性的定义（1）选择菜单栏中的materials,弹出材料定义面板中Card Image更改为MAT1；杨氏模量E=210000，NU=0.3，RHO=7.85e-09，如图2.6。

（2）选择菜单栏中的propertise，弹出单元定义面板如图2.7设置。

Material 更改为（1）中定义材料，Card image选择为PSOLID。

图2.7 单元属性定义2.4载荷、约束的创建（1）单击load collecrors，loadcol name设置为spc，点击create。

在Anslysis页面中点击constraints，激活nodes，在图形窗口选择吊钩上端面，点击nodes，在弹出窗口中选择by face，单击create创建约束。

如图2.8。

再次单击load collecrors，loadcol name设置为face，点击ceate。

在Anslysis页面中点击forces，激活nodes。

在吊钩B-B面施加垂直方向的额定载荷5T，在B-B截面上方施加正压力的曲面上排列选择50个节点，总载荷49000N，平均每个节点载荷为980N，方向为y轴负向magnitude输入-980N，方向设置为y-axis。

Magnitude%输入2。

如图2.9。

图2.8 吊钩端面约束图2.9 施加载荷2.5点击Anslysis,在面板中选择loadsteps按钮，name输入loadstep，对spc、load打勾，在=后选择spc，force，点击create。

如图2.10。

图2.10 工况设置2.5.计算分析（1）点击菜单Anslysis，在面板中选择optistruct,参数设置如下图2.11。

点击optistruct进行计算。

图2.11（2）运算完成后弹出HyperWorks Solver View窗口，如图2.12；点击result，自行启动后处理器HyperView。