基于Hypermesh的吊钩有限元结构分析

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2

4.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3

6.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ϕ24mm

7.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。