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摘 要：文章从监理工程师的角度出发，针对悬索桥索夹制造的重难点进行探讨。使用机械模型专用软件solidworks建模，模拟虎门二桥索夹SJ-2投入使用后的受力状态，找出其受力关键点并以此作为索夹制造过程中质量控制的重点部位。将solidworks模型根据铸造方案进行补充，通过软件接口导入铸造专用软件Anycasting程序，模拟其铸造过程，验证整体铸造方案的可行性。最终通过计算机模拟技术，制定相应的索夹制造过程中监理质量控制措施，为精细化的质量控制监理工作提供科学依据。
关键词：索夹制造，索夹铸造，受力计算，计算机建模，监理工程师
一、工程概况
广东省虎门二桥大沙水道桥采用主跨跨径1200米的双塔单跨钢箱梁悬索桥，索夹采用上下对合的结构形式，上、下两半索夹用M45高强度螺杆相连夹紧，两端配M45的螺母、内球面垫圈、外球面垫圈、防水螺母。在接缝处上半索夹的内侧设有凹槽，下半索夹的内侧设有凸出的嵌齿，上下半索夹的外侧嵌填橡胶防水条防水。索夹螺杆做成缩腰形，以免在螺纹处断裂。
由于主缆倾角不同，所需的夹紧力不同，索夹长度和螺杆数量均不相同，为节省模型，将相近长度的索夹并为一组。同一组索夹耳板销孔位置略有变化，以适应索夹倾角的变化。全桥索夹共分为8种类型，其中有吊索索夹6种，无吊索索夹2种，其中边跨紧缆索夹和锥形索夹各1种。
索夹铸钢件材料为ZG20Mn，应符合《大型低合金钢铸件》（JB/T6402-2006）标准要求。索夹紧固件均采用合金钢制造，其技术指标应符合《合金结构钢》（GB/T 3077-1999）标准要求。上、下半索夹之间的密封条采用乙丙橡胶，其扯断强度≥15MPa，绍尔硬度A40±5，永久变形≤20%。
上述原材料均需进行进厂检查验收，验收时首先核查材料的合格证书等有关原始资料，然后按照标准规定进行入厂检验复查，对材料的有关理化性能、规格型号、外观质量等进行检查，只有经要求检查均合格的情况下方可投入使用。
本文将阐述有吊索索夹类型在计算机模拟运算技术中的应用。
二、计算机模型
2.1索夹模型（前视基准面）
通过计算机建模软件Solid Works对有吊索索夹进行三维立体建模，依据设计图纸尺寸参数要求确定索夹模型前视基准面尺寸参数。（见图1）
2.2索夹模型（右视基准面）
索夹模型前视基准面尺寸参数确定完毕后，通过横向拉伸功能对索夹模型右视基准面进行尺寸参数的确定。（见图2）
注明：
在索夹下半（图2）中，标记尺寸21.45°是用来确定索夹耳板销孔位置的，因每套索夹在主缆上的分布位置不同，且每套索夹所承载的吊索力也不相同，因此每套索夹在该部位标定角度是不相同的。
2.3索夹模型（上视基准面）
索夹模型右视基准面尺寸参数确定完毕后，对索夹模型上视基准面进行尺寸参数的确定。
2.4索夹整体模型
索夹模型上视基准面尺寸参数确定完毕后，则该类索夹立体建模工作完成。（见图3）
2.5索夹装配体模型
将已建模完成的索夹上半、索夹下半及装配完成的螺杆装配体通过Solid Works装配程序，设置面与面贴合的方式将其装配组合。（见图4）
三、模型受力分析
3.1确定受力分析索夹类型
通过计算机受力分析软件Solid Works Simulation程序对已装配完成的索夹添加吊索力（单位：KN），依据设计要求每套索夹在主缆上的分布位置不同，因此每套索夹的耳板销孔位置也相应是不相同的，都是由索夹倾角确定，而索夹倾角、最不利吊索力、恒载作用下的吊索力这三组数据都是相互对应的。（见图5）
注明：
本文将分析有吊索索夹：SJ2，索夹倾角a：21.452°、最不利吊索力：2162.8KN该组索夹的受力分析情况。
3.2设置索夹拉杆件参数
运用Solid Works Simulation程序，对实际受力过程起到上下半索夹夹紧作用的索夹拉杆进行规格尺寸、夹紧力等参数的设置。（见图6）
注明：
索夹拉杆螺栓直径45mm、螺母直径70mm及轴载荷夹紧力705000 N，均为施工设计图中设计说明及设计图纸尺寸要求。
3.3设置索夹相触面组
在Solid Works Simulation程序，选定索夹上半与索夹下半为相触面组，并给定零部件相互间摩擦系数差数。
注明：
在设置索夹相触面零部件参数时，所设置的零部件之间摩擦系数为0.05，该数值为系统默认参数，因索夹上半、下半相接触部位为齿型结构，凹槽与凸台间的配合方式为间隙配合，因受到结构件结构形式的约束，结构件在受到外力作用下，出现横向滑移情况可忽略考虑。
3.4设置零部件相触
在Solid Works Simulation程序中，还应对索夹装配体与模拟主缆设置零部件相触，并且还需设置索夹装配体与主缆之间的摩擦系数参数。
注明：
在设置零部件相触时，索夹装配体与模拟主缆之间的摩擦系数，即为索夹与主缆间的抗滑移系数，当索夹受到最大吊索力（即为设计给出的最不利吊索力）时，索夹与主缆相对是不允许发生位移的，在计算机模拟受力过程中也必须保证两部件相对静止，故在此处摩擦系数设置为0.15，以确保索夹装配体与模拟主缆呈现相对静止状态。
3.5设置固定几何体
在索夹受力计算过程中，在Solid Works Simulation程序中，將模拟主缆设定为固定几何体，主缆两端面使用夹具功能将其固定约束。 3.6设置外部载荷
在Solid Works Simulation程序中，在索夹耳板销孔位置上设置局部坐标系1、坐标系2并添加轴承载荷，轴承载荷力的方向与两个坐标系Y轴方向一致。
注明：
在设置索夹耳板销孔位置的外部载荷时，此处设计给出两种外部荷载力即上图5中所述：索夹类型：SJ2，最不利吊索力：2162.8KN，恒载作用下吊索力1851.1KN。因最不利吊索力>恒载作用下吊索力，所以只考虑索夹在受到最不利吊索力情况下的应力、应变、位移等状态的受力分析云图。
为实现计算机模拟与实际相吻合，在实际情况下索夹耳板销孔部位还安装有关节轴承部件，所以在计算机模拟设置参数时添加的荷载方式为轴承荷载。
3.7设置有限元网格模型
采用有限元计算程序Solid Works Simulation对索夹进行有限元受力分析，索夹有限元网格模型。（见图7）
注明：
单元数目根据默认精度自动划分，在设置索夹有限元网格模型时，还应添加索夹ZG20Mn的材料特性：密度 7850Kg/m3，弹性模量 205GPa，泊松比 0.30等参数。
3.8索夹模型受力分析计算
在Solid Works Simulation程序中将以上限定条件设置完毕后，通过计算机运算求得索夹模型在承载最不利吊索力的情况下所发生的应力、应变、位移情况。
索夹模型受力分析计算过程。（见图8）
3.9索夹模型受力分析结果
通过运用Solid Works Simulation程序进行受力分析计算得出应力、应变、位移三份效果云图模型分析报告。
（1）应力分析报告云图（图9）：
（2）应变分析报告云图（图10）：
3、位移分析报告云图（图11）：
注明：
1、在应力分析报告云图中，应力是索夹受到外部施加的最不利吊索力情况下，索夹内部单位面积上内力的大小。
从图中可以得出：
（1）、索夹上半应力主要集中在圆弧薄壁区中心部位及拉杆承压台与圆弧薄壁区相交处。
最大应力值为：1.713×108 N/m2
（2）、索夹下半应力主要集中在圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方部位及索夹两耳板销孔部位。
最大应力值为：2.588×108 N/m2
2、在应变分析报告云图中，应变是索夹受到外部施加的最不利吊索力情况下，索夹内部单位长度上位移的大小，即索夹内部单元体长度的变化及单元体夹角的变化。
从图中可以得出：
（1）、索夹上半应变主要集中在圆弧薄壁区中心部位及拉杆承压台与圆弧薄壁区相交处。
（2）、索夹下半应变主要集中在圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方部位及索夹两耳板销孔部位。
3、在位移分析报告云图中，位移是索夹受到外部施加的最不利吊索力情况下，索夹内部单位体内某一质点沿某一方向移动的距离，即该质点始末位置之间的距离。
从图中可以得出：
只有索夹下半两耳板销孔部位位移变化最大。
综上所述应力分析报告云图与应变分析报告云图所确定的索夹受力重点部位是相同的，因相同材质下应力与应变在理论上是存在正比例关系的，即：应力=弹性模量×应变，而弹性模量的定义是材料发生小变形时应力与相应应变的比值，是表示物体变形的难易程度。（在运用Solid Works Simulation程序计算受力分析时，已經对索夹ZG20Mn的材料特性弹性模量205GPa进行了设置。）
通过对弹性模量的定义理解，进而验证了索夹应力、应变分析报告云图所确定的索夹受力重点部位是准确的。而位移所表述的单位体内某一质点沿某一方向移动的距离，即为应变所定义的单位体内的某一质点，通过这种相互关系去分析位移与应变的分析报告云图，则再次证明了索夹下半两耳板销孔部位为重点受力位置。
即该套有吊索索夹类型SJ2，索夹倾角a：21.452°，在生产制造过程中，应重点进行质量控制的部位为：
（1）、索夹SJ2上半圆弧薄壁区中心部位。
（2）、索夹SJ2上半拉杆承压台与圆弧薄壁区相交部位。
（3）、索夹SJ2下半圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方部位。
（4）、索夹SJ2下半两耳板销孔部位。
四、铸造模拟计算
在索夹的生产制造过程中，索夹的铸造质量是索夹制造质量优劣的根源。通过Solid Works Simulation程序对索夹的受力分析，已确定出索夹的重点受力部位，下阶段本文将阐述运用铸造模拟软件AnyCasting程序，对索夹的铸造浇铸过程进行计算机模拟，通过计算浇铸系统的几何尺寸及分部位置、冷铁的分部位置、冒口的位置确定及尺寸的设置、模具类型尺寸的设置等，最终实现质量合格的索夹铸造毛坯件，为整个索夹制造质量奠定扎实的基础。
4.1设置铸造实体
在Solid Works程序中将计算机模型索夹SJ2通过文件格式转换导入AnyCasting程序中（铸造浇注系统模型、冷铁模型、冒口模型在Solid Works程序中建立），并在AnyCasting程序中设置铸造实体属性。（图12）
注明：
铸造浇注系统模型、冷铁模型、冒口模型尺寸及位置设定是根据铸造手册（铸造工艺5）中所讲述的浇注系统引入位置的确定、结构尺寸的设计、类型及特点分析，铸钢件浇注系统尺寸的确定，铸钢件冒口设计，冷铁设计（外冷铁设计、内冷铁设计）中所要求制定的，在通过后续铸造模拟软件模拟分析，去验证该设计对索夹SJ2是否可行，如不适合，也能够通过铸造模拟软件分析程序去明确找到不合理位置，在重新进行优化调整。 4.2设置铸造模具
在AnyCasting程序中，将铸造砂型外观尺寸进行设置。（图13）
4.3设置网格划分
在AnyCasting程序中，将索夹铸造模型进行网格划分设置。
注明：
在设置索夹铸造模型网格划分时，正方体网格大小设置为19mm规格，总网格数设置为1932420个正方体单元（根据索夹几何尺寸计算机生成结果），是为了确保铸造完成后的索夹毛坯件质量能够达到设计要求UT探伤检测二级合格标准（如要求UT探伤检测一级合格则减小正方体网格尺寸，增加总网格数）。
4.4设置分析类型
在AnyCasting程序中，索夹铸造模型浇铸时，应充分考虑型腔充型情况及型腔充型前后的热凝固情况。
4.5设置模型材料
在AnyCasting程序中，对索夹模型进行材料特性设置，所设置的材料特性与Solid Works Simulation程序所设置的参数相同。
注明：
（1）、铸件型腔的材料：
在AnyCasting程序中的材料属性归属于韩国KS标准中定义的材料属性内容，通过对索夹ZG20Mn材料的化学成分及力学性能指标分析，结合中外材料对照表内容，确定韩国KS标准中的SM20C与ZG20Mn材料特性基本相符，所以在此处设置的铸件型腔材料为SM20C。
（2）、冷铁附属件的材料：
在铸造浇铸过程中对冷铁附属件的材料应考虑该材料的熔点要大于铸件型腔材料的熔点，避免在浇铸过程中因冷铁附属件熔化，而失去在浇铸时消除铸件型腔内热节点的作用。所以确定在此处设置的冷铁附属件材料为SM35C。
4.6设置铸造浇铸系统
在AnyCasting程序中，对索夹模型铸造浇铸系统的浇铸温度、钢液在型腔中的上升速度、估计充型时间、浇口几何尺寸进行设置。（图14）
注明：
（1）、铸造浇铸系统的浇铸温度设置为1570℃（图中数据1），是根据铸造手册（铸造工艺5）中要求的常见铸钢件浇注温度：复杂薄壁铸钢件壁厚在20～40mm之间，铸钢件毛重≤3000KG，浇铸温度在1570～1590℃之间选择的。
（2）、钢液在型腔中的上升速度设置为19.45mm/s（图中数据2），是根据铸造手册（铸造工艺5）中要求的钢液在型腔中的最小允许上升速度：铸件重量≤5t，铸件结构在简单与中等之间速度为15～20mm/s中计算得出的。
计算过程：先输入建模时设置的浇口半径40mm（图中数据5），采用直接浇铸方式，初设钢液上升速度为20mm/s计算机通过铸造型腔几何尺寸计算，自动生成出估计充型时间为121.104904 Sec（图中数据3），再用索夹铸造模型尺寸的高度2356mm（图中数据4）去除以充型时间（图中数据3）得出钢液在型腔中的上升速度为19.45mm/s该数据在铸造手册钢液在型腔中的最小允许上升速度要求的范围内，进而也验证了建模时设置的浇口半径是合理的。
4.7索夹模型铸造分析结果
在AnyCasting程序中，计算机对索夹铸造模型进行模拟分析计算结果如下：
1、铸造凝固过程分析（图15）：
2、铸造缺陷位置分析（图16）：
注明：
1、在铸造凝固过程分析报告中，索夹重点部位：圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方位置及两耳板销孔位置未出现最终凝固状态，最终凝固部位都集中在冒口的中下方位置，而且该铸造浇铸系统实现了从下至上的顺序凝固铸造过程。
2、在铸造缺陷位置分析报告中，索夹铸造型腔完全凝固后，因冒口为铸造型腔进行了凝固过程的补缩，所以该索夹铸造完成后的缺陷均分布在冒口的中上方位置。
4.8结论
综上所述索夹模型的最终铸造凝固位置及铸造缺陷位置，均分布在铸造型腔的冒口处。索夹铸造型腔凝固过程实现了顺序凝固的状态。根据铸造手册（铸造工艺5）的要求针对索夹SJ2所设置的浇铸系统几何尺寸及分部位置、冷铁分部位置、冒口几何尺寸及分布位置、模具几何尺寸及类型是合理准确的。
五、结语
关于索夹的制造过程，需要经过铸造阶段、热处理阶段、机加工阶段、涂装阶段、焊接（缺陷修补）等。而本文阐述的计算机建模、模型受力分析、铸造模拟，可以为监理工程师对部件制造过程质量的控制实现以下目的：
1、计算机建模，在制造前期监理工程师图纸审查工作中，通过计算机模型的相互配合，可以直觀的找出部件几何尺寸公差配合是否合理，不合理位置在哪里一目了然，同时也明确指出在机加工阶段部件的具体位置要达到的精度要求。
2、模型受力分析，可以帮助监理工程师确定出该制造部件的重点受力位置，通过模型受力分析程序监理工程师可以针对该部件重点受力位置采取相应的质量控制措施，实现监理工程师对质量控制的目的。
3、铸造模拟，可以帮助监理工程师审查施工单位上报的部件铸造方案，对铸造浇铸系统的几何尺寸及分部位置、冷铁的几何尺寸及分部位置、冒口的几何尺寸及分部位置、模具的几何尺寸及类型的设置是否合理。通过铸造浇铸过程模拟，明确的显示出铸造浇铸完成后的铸造型腔整个凝固过程，及铸造缺陷的几何尺寸及分布位置。通过铸造模拟分析程序，解决了部件制造质量的根源（即原材料质量），为后续的部件产品质量奠定了扎实的基础。
综上所述，监理工程师通过采用计算机建模技术模拟索夹铸造与受力过程，最终实现为整个制造项目的每一组部件制定出相对应的质量控制措施，进而达到“量身订制”的质量控制目标。在监理工作要求更精确化的今天有助于帮助监理工程师做到对质量的精准控制。
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[11] 徐芝纶.弹性力学简明手册（第四版）[M].高等教育出版社，2013.
关键词：索夹制造，索夹铸造，受力计算，计算机建模，监理工程师
一、工程概况
广东省虎门二桥大沙水道桥采用主跨跨径1200米的双塔单跨钢箱梁悬索桥，索夹采用上下对合的结构形式，上、下两半索夹用M45高强度螺杆相连夹紧，两端配M45的螺母、内球面垫圈、外球面垫圈、防水螺母。在接缝处上半索夹的内侧设有凹槽，下半索夹的内侧设有凸出的嵌齿，上下半索夹的外侧嵌填橡胶防水条防水。索夹螺杆做成缩腰形，以免在螺纹处断裂。
由于主缆倾角不同，所需的夹紧力不同，索夹长度和螺杆数量均不相同，为节省模型，将相近长度的索夹并为一组。同一组索夹耳板销孔位置略有变化，以适应索夹倾角的变化。全桥索夹共分为8种类型，其中有吊索索夹6种，无吊索索夹2种，其中边跨紧缆索夹和锥形索夹各1种。
索夹铸钢件材料为ZG20Mn，应符合《大型低合金钢铸件》（JB/T6402-2006）标准要求。索夹紧固件均采用合金钢制造，其技术指标应符合《合金结构钢》（GB/T 3077-1999）标准要求。上、下半索夹之间的密封条采用乙丙橡胶，其扯断强度≥15MPa，绍尔硬度A40±5，永久变形≤20%。
上述原材料均需进行进厂检查验收，验收时首先核查材料的合格证书等有关原始资料，然后按照标准规定进行入厂检验复查，对材料的有关理化性能、规格型号、外观质量等进行检查，只有经要求检查均合格的情况下方可投入使用。
本文将阐述有吊索索夹类型在计算机模拟运算技术中的应用。
二、计算机模型
2.1索夹模型（前视基准面）
通过计算机建模软件Solid Works对有吊索索夹进行三维立体建模，依据设计图纸尺寸参数要求确定索夹模型前视基准面尺寸参数。（见图1）
2.2索夹模型（右视基准面）
索夹模型前视基准面尺寸参数确定完毕后，通过横向拉伸功能对索夹模型右视基准面进行尺寸参数的确定。（见图2）
注明：
在索夹下半（图2）中，标记尺寸21.45°是用来确定索夹耳板销孔位置的，因每套索夹在主缆上的分布位置不同，且每套索夹所承载的吊索力也不相同，因此每套索夹在该部位标定角度是不相同的。
2.3索夹模型（上视基准面）
索夹模型右视基准面尺寸参数确定完毕后，对索夹模型上视基准面进行尺寸参数的确定。
2.4索夹整体模型
索夹模型上视基准面尺寸参数确定完毕后，则该类索夹立体建模工作完成。（见图3）
2.5索夹装配体模型
将已建模完成的索夹上半、索夹下半及装配完成的螺杆装配体通过Solid Works装配程序，设置面与面贴合的方式将其装配组合。（见图4）
三、模型受力分析
3.1确定受力分析索夹类型
通过计算机受力分析软件Solid Works Simulation程序对已装配完成的索夹添加吊索力（单位：KN），依据设计要求每套索夹在主缆上的分布位置不同，因此每套索夹的耳板销孔位置也相应是不相同的，都是由索夹倾角确定，而索夹倾角、最不利吊索力、恒载作用下的吊索力这三组数据都是相互对应的。（见图5）
注明：
本文将分析有吊索索夹：SJ2，索夹倾角a：21.452°、最不利吊索力：2162.8KN该组索夹的受力分析情况。
3.2设置索夹拉杆件参数
运用Solid Works Simulation程序，对实际受力过程起到上下半索夹夹紧作用的索夹拉杆进行规格尺寸、夹紧力等参数的设置。（见图6）
注明：
索夹拉杆螺栓直径45mm、螺母直径70mm及轴载荷夹紧力705000 N，均为施工设计图中设计说明及设计图纸尺寸要求。
3.3设置索夹相触面组
在Solid Works Simulation程序，选定索夹上半与索夹下半为相触面组，并给定零部件相互间摩擦系数差数。
注明：
在设置索夹相触面零部件参数时，所设置的零部件之间摩擦系数为0.05，该数值为系统默认参数，因索夹上半、下半相接触部位为齿型结构，凹槽与凸台间的配合方式为间隙配合，因受到结构件结构形式的约束，结构件在受到外力作用下，出现横向滑移情况可忽略考虑。
3.4设置零部件相触
在Solid Works Simulation程序中，还应对索夹装配体与模拟主缆设置零部件相触，并且还需设置索夹装配体与主缆之间的摩擦系数参数。
注明：
在设置零部件相触时，索夹装配体与模拟主缆之间的摩擦系数，即为索夹与主缆间的抗滑移系数，当索夹受到最大吊索力（即为设计给出的最不利吊索力）时，索夹与主缆相对是不允许发生位移的，在计算机模拟受力过程中也必须保证两部件相对静止，故在此处摩擦系数设置为0.15，以确保索夹装配体与模拟主缆呈现相对静止状态。
3.5设置固定几何体
在索夹受力计算过程中，在Solid Works Simulation程序中，將模拟主缆设定为固定几何体，主缆两端面使用夹具功能将其固定约束。 3.6设置外部载荷
在Solid Works Simulation程序中，在索夹耳板销孔位置上设置局部坐标系1、坐标系2并添加轴承载荷，轴承载荷力的方向与两个坐标系Y轴方向一致。
注明：
在设置索夹耳板销孔位置的外部载荷时，此处设计给出两种外部荷载力即上图5中所述：索夹类型：SJ2，最不利吊索力：2162.8KN，恒载作用下吊索力1851.1KN。因最不利吊索力>恒载作用下吊索力，所以只考虑索夹在受到最不利吊索力情况下的应力、应变、位移等状态的受力分析云图。
为实现计算机模拟与实际相吻合，在实际情况下索夹耳板销孔部位还安装有关节轴承部件，所以在计算机模拟设置参数时添加的荷载方式为轴承荷载。
3.7设置有限元网格模型
采用有限元计算程序Solid Works Simulation对索夹进行有限元受力分析，索夹有限元网格模型。（见图7）
注明：
单元数目根据默认精度自动划分，在设置索夹有限元网格模型时，还应添加索夹ZG20Mn的材料特性：密度 7850Kg/m3，弹性模量 205GPa，泊松比 0.30等参数。
3.8索夹模型受力分析计算
在Solid Works Simulation程序中将以上限定条件设置完毕后，通过计算机运算求得索夹模型在承载最不利吊索力的情况下所发生的应力、应变、位移情况。
索夹模型受力分析计算过程。（见图8）
3.9索夹模型受力分析结果
通过运用Solid Works Simulation程序进行受力分析计算得出应力、应变、位移三份效果云图模型分析报告。
（1）应力分析报告云图（图9）：
（2）应变分析报告云图（图10）：
3、位移分析报告云图（图11）：
注明：
1、在应力分析报告云图中，应力是索夹受到外部施加的最不利吊索力情况下，索夹内部单位面积上内力的大小。
从图中可以得出：
（1）、索夹上半应力主要集中在圆弧薄壁区中心部位及拉杆承压台与圆弧薄壁区相交处。
最大应力值为：1.713×108 N/m2
（2）、索夹下半应力主要集中在圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方部位及索夹两耳板销孔部位。
最大应力值为：2.588×108 N/m2
2、在应变分析报告云图中，应变是索夹受到外部施加的最不利吊索力情况下，索夹内部单位长度上位移的大小，即索夹内部单元体长度的变化及单元体夹角的变化。
从图中可以得出：
（1）、索夹上半应变主要集中在圆弧薄壁区中心部位及拉杆承压台与圆弧薄壁区相交处。
（2）、索夹下半应变主要集中在圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方部位及索夹两耳板销孔部位。
3、在位移分析报告云图中，位移是索夹受到外部施加的最不利吊索力情况下，索夹内部单位体内某一质点沿某一方向移动的距离，即该质点始末位置之间的距离。
从图中可以得出：
只有索夹下半两耳板销孔部位位移变化最大。
综上所述应力分析报告云图与应变分析报告云图所确定的索夹受力重点部位是相同的，因相同材质下应力与应变在理论上是存在正比例关系的，即：应力=弹性模量×应变，而弹性模量的定义是材料发生小变形时应力与相应应变的比值，是表示物体变形的难易程度。（在运用Solid Works Simulation程序计算受力分析时，已經对索夹ZG20Mn的材料特性弹性模量205GPa进行了设置。）
通过对弹性模量的定义理解，进而验证了索夹应力、应变分析报告云图所确定的索夹受力重点部位是准确的。而位移所表述的单位体内某一质点沿某一方向移动的距离，即为应变所定义的单位体内的某一质点，通过这种相互关系去分析位移与应变的分析报告云图，则再次证明了索夹下半两耳板销孔部位为重点受力位置。
即该套有吊索索夹类型SJ2，索夹倾角a：21.452°，在生产制造过程中，应重点进行质量控制的部位为：
（1）、索夹SJ2上半圆弧薄壁区中心部位。
（2）、索夹SJ2上半拉杆承压台与圆弧薄壁区相交部位。
（3）、索夹SJ2下半圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方部位。
（4）、索夹SJ2下半两耳板销孔部位。
四、铸造模拟计算
在索夹的生产制造过程中，索夹的铸造质量是索夹制造质量优劣的根源。通过Solid Works Simulation程序对索夹的受力分析，已确定出索夹的重点受力部位，下阶段本文将阐述运用铸造模拟软件AnyCasting程序，对索夹的铸造浇铸过程进行计算机模拟，通过计算浇铸系统的几何尺寸及分部位置、冷铁的分部位置、冒口的位置确定及尺寸的设置、模具类型尺寸的设置等，最终实现质量合格的索夹铸造毛坯件，为整个索夹制造质量奠定扎实的基础。
4.1设置铸造实体
在Solid Works程序中将计算机模型索夹SJ2通过文件格式转换导入AnyCasting程序中（铸造浇注系统模型、冷铁模型、冒口模型在Solid Works程序中建立），并在AnyCasting程序中设置铸造实体属性。（图12）
注明：
铸造浇注系统模型、冷铁模型、冒口模型尺寸及位置设定是根据铸造手册（铸造工艺5）中所讲述的浇注系统引入位置的确定、结构尺寸的设计、类型及特点分析，铸钢件浇注系统尺寸的确定，铸钢件冒口设计，冷铁设计（外冷铁设计、内冷铁设计）中所要求制定的，在通过后续铸造模拟软件模拟分析，去验证该设计对索夹SJ2是否可行，如不适合，也能够通过铸造模拟软件分析程序去明确找到不合理位置，在重新进行优化调整。 4.2设置铸造模具
在AnyCasting程序中，将铸造砂型外观尺寸进行设置。（图13）
4.3设置网格划分
在AnyCasting程序中，将索夹铸造模型进行网格划分设置。
注明：
在设置索夹铸造模型网格划分时，正方体网格大小设置为19mm规格，总网格数设置为1932420个正方体单元（根据索夹几何尺寸计算机生成结果），是为了确保铸造完成后的索夹毛坯件质量能够达到设计要求UT探伤检测二级合格标准（如要求UT探伤检测一级合格则减小正方体网格尺寸，增加总网格数）。
4.4设置分析类型
在AnyCasting程序中，索夹铸造模型浇铸时，应充分考虑型腔充型情况及型腔充型前后的热凝固情况。
4.5设置模型材料
在AnyCasting程序中，对索夹模型进行材料特性设置，所设置的材料特性与Solid Works Simulation程序所设置的参数相同。
注明：
（1）、铸件型腔的材料：
在AnyCasting程序中的材料属性归属于韩国KS标准中定义的材料属性内容，通过对索夹ZG20Mn材料的化学成分及力学性能指标分析，结合中外材料对照表内容，确定韩国KS标准中的SM20C与ZG20Mn材料特性基本相符，所以在此处设置的铸件型腔材料为SM20C。
（2）、冷铁附属件的材料：
在铸造浇铸过程中对冷铁附属件的材料应考虑该材料的熔点要大于铸件型腔材料的熔点，避免在浇铸过程中因冷铁附属件熔化，而失去在浇铸时消除铸件型腔内热节点的作用。所以确定在此处设置的冷铁附属件材料为SM35C。
4.6设置铸造浇铸系统
在AnyCasting程序中，对索夹模型铸造浇铸系统的浇铸温度、钢液在型腔中的上升速度、估计充型时间、浇口几何尺寸进行设置。（图14）
注明：
（1）、铸造浇铸系统的浇铸温度设置为1570℃（图中数据1），是根据铸造手册（铸造工艺5）中要求的常见铸钢件浇注温度：复杂薄壁铸钢件壁厚在20～40mm之间，铸钢件毛重≤3000KG，浇铸温度在1570～1590℃之间选择的。
（2）、钢液在型腔中的上升速度设置为19.45mm/s（图中数据2），是根据铸造手册（铸造工艺5）中要求的钢液在型腔中的最小允许上升速度：铸件重量≤5t，铸件结构在简单与中等之间速度为15～20mm/s中计算得出的。
计算过程：先输入建模时设置的浇口半径40mm（图中数据5），采用直接浇铸方式，初设钢液上升速度为20mm/s计算机通过铸造型腔几何尺寸计算，自动生成出估计充型时间为121.104904 Sec（图中数据3），再用索夹铸造模型尺寸的高度2356mm（图中数据4）去除以充型时间（图中数据3）得出钢液在型腔中的上升速度为19.45mm/s该数据在铸造手册钢液在型腔中的最小允许上升速度要求的范围内，进而也验证了建模时设置的浇口半径是合理的。
4.7索夹模型铸造分析结果
在AnyCasting程序中，计算机对索夹铸造模型进行模拟分析计算结果如下：
1、铸造凝固过程分析（图15）：
2、铸造缺陷位置分析（图16）：
注明：
1、在铸造凝固过程分析报告中，索夹重点部位：圆弧薄壁区靠近索夹端部耳板销孔下方位置及两耳板销孔位置未出现最终凝固状态，最终凝固部位都集中在冒口的中下方位置，而且该铸造浇铸系统实现了从下至上的顺序凝固铸造过程。
2、在铸造缺陷位置分析报告中，索夹铸造型腔完全凝固后，因冒口为铸造型腔进行了凝固过程的补缩，所以该索夹铸造完成后的缺陷均分布在冒口的中上方位置。
4.8结论
综上所述索夹模型的最终铸造凝固位置及铸造缺陷位置，均分布在铸造型腔的冒口处。索夹铸造型腔凝固过程实现了顺序凝固的状态。根据铸造手册（铸造工艺5）的要求针对索夹SJ2所设置的浇铸系统几何尺寸及分部位置、冷铁分部位置、冒口几何尺寸及分布位置、模具几何尺寸及类型是合理准确的。
五、结语
关于索夹的制造过程，需要经过铸造阶段、热处理阶段、机加工阶段、涂装阶段、焊接（缺陷修补）等。而本文阐述的计算机建模、模型受力分析、铸造模拟，可以为监理工程师对部件制造过程质量的控制实现以下目的：
1、计算机建模，在制造前期监理工程师图纸审查工作中，通过计算机模型的相互配合，可以直觀的找出部件几何尺寸公差配合是否合理，不合理位置在哪里一目了然，同时也明确指出在机加工阶段部件的具体位置要达到的精度要求。
2、模型受力分析，可以帮助监理工程师确定出该制造部件的重点受力位置，通过模型受力分析程序监理工程师可以针对该部件重点受力位置采取相应的质量控制措施，实现监理工程师对质量控制的目的。
3、铸造模拟，可以帮助监理工程师审查施工单位上报的部件铸造方案，对铸造浇铸系统的几何尺寸及分部位置、冷铁的几何尺寸及分部位置、冒口的几何尺寸及分部位置、模具的几何尺寸及类型的设置是否合理。通过铸造浇铸过程模拟，明确的显示出铸造浇铸完成后的铸造型腔整个凝固过程，及铸造缺陷的几何尺寸及分布位置。通过铸造模拟分析程序，解决了部件制造质量的根源（即原材料质量），为后续的部件产品质量奠定了扎实的基础。
综上所述，监理工程师通过采用计算机建模技术模拟索夹铸造与受力过程，最终实现为整个制造项目的每一组部件制定出相对应的质量控制措施，进而达到“量身订制”的质量控制目标。在监理工作要求更精确化的今天有助于帮助监理工程师做到对质量的精准控制。
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