金枪鱼延绳钓钓钩和起重机吊钩材料及力学性能

金枪鱼延绳钓是悬浮于大洋表中层、钓捕个体较大的金枪鱼的一种渔具，属被动性渔具［1］。了解金枪鱼延绳钓钓钩在钓获渔获物时的受力情况和应力应变情况［2］，有利于改进金枪鱼延绳钓钓钩设计和材料选择。钓钩是延绳钓捕捞作业中最重要的组成部分之一，钓钩变形或断裂会导致延绳钓无法正常作业。因此，在进行钓钩结构设计和材料选用过程中，要保证作业时不发生突然断裂。

目前，关于延绳钓钓钩的断裂、钓钩所承受的最大咬钩力、破坏点及强度分析的相关研究较少，起重机吊钩的应力、位移变化、优化设计和检测方法等与金枪鱼延绳钓钓钩具有相似之处，而对于起重机吊钩的应力、位移变化、优化设计和检测等有相关的报道。

本文对金枪鱼延绳钓钓钩种类、材料和受力，起重机吊钩应力、位移变化、优化设计和检测等国内外相关文献进行整理分析，从而为科研人员开展相关研究提供参考。

1 钓钩种类、材料和受力

1.1 钓钩种类

钓钩的种类、型号很多。不同型号的鱼钩，其轴头、钩轴、后弯、前弯、钩底、尖芒、倒刺、钩轴长、尖高和钩宽的尺寸和它们之间的比例都截然不同。同一种型号鱼钩，依大小不同，又分许多系列。常用的金枪鱼延绳钓钓钩一般有圆形钩、环形钩、J形钩［3］。

圆形钩是前弯呈圆弧形，从尖芒到后弯部分略呈圆形的一种钓钩。其特点是:钩宽较大，尖芒内倾，与钩轴构成的角度大于90°;前弯与钩轴构成的角度大于20°;尖高为钩轴长的70%～80%。钩轴粗细适中，鱼易在口部被钓获，对鱼的伤害较小，上钩率较高，脱钩率低［3-5］。

环形钩是前弯与钩轴几乎平行，轴头与钩轴成一定的角度，钩底与前弯成弧形，弯曲程度较缓和，形成环形。其特点是:脱钩率介于圆形钩和J形钩之间，易造成鱼类死亡。

J形钩因钩形同英文字母“J”而得名，钩柄粗壮结实，前弯与钩轴几乎平行。其特点是:鱼上钩时，钩尖可迅速刺入其口腔或胃内，脱钩率较高，易从渔获物上摘下。

1.2 钓钩材料和力学性能

陈启亮等［6］采用5.5 mm 65 Mn盘条生产的0.3～1.6 mm 钢丝，强度为 500～650 MPa，满足用户对鱼钩力学性能的需求。Melchers［7］研究在自然水和微咸水中模拟钢结构腐蚀。印度学者Edappazham等［8］选取7个不同尺寸、用来捕捞金枪鱼和体型中等的渔获的钓钩进行实验，认为钓钩直径与抗拉强度呈正相关关系。王磊［9］根据环形钩、J形钩、三锚钩、活饵钩、软饵钩等，介绍了钓钩的结构和构成。

1.3 钓钩受力

海上调查发现，当金枪鱼咬上钓钩时，锋利的钩尖可迅速刺穿鱼体的上颚，伴随鱼体在海中的剧烈挣扎，鱼体的上颚会顺着钓钩的外形轮廓移动，最终会被卡在靠近倒刺以下的前弯部位。由此可判定钓钩的主要受力区域在靠近钩尖的前弯处。鱼体咬钩挣扎的随机性决定了钓钩的受力点可以分布在上述前弯的任意部位，鱼体急剧挣扎时的动拉力与鱼的游速和相应的动能有关，也与干线的弹性有关。干线的弹性决定吸收上述动能的变形长度［10］。鱼体咬钩挣扎的任意性决定了钓钩所受的动拉力是不断变化的，对金枪鱼钓钩进行受力分析时，可取金枪鱼鱼体可产生的最大动拉力施加于前弯内侧的不同方位进行类比。

2 起重机吊钩应力、位移、优化设计和检测

2.1 吊钩应力和位移

章永生［11］用承载能力法计算起重机吊钩静强度可以充分发挥吊钩材料潜力，使理论计算和实际情况更符合。汪曦［12］应用有限元法分析了片式吊钩的应力情况，包括最大接触应力及最大拉伸应力的位置和数值，分析了多片式铆接结构的优缺点。Yu等［13］获得了吊钩指定应力状态时的受力和位移，找出了最危险(压力最大)的部位。白学勇等［14］对吊钩进行仿真计算和分析，得出其应力和位移变化的分布图。Guo等［15］指出硬态切削会产生独特钩形剖面特征的残余应力。卢泽晖等［16］介绍了吊钩在试验载荷下的应力分布与应变情况。Torres等［17］研究得出了起重机吊钩工作时断裂的原因。引起断裂的主要原因为材料裂纹导致钢的脆性断裂，吊钩焊接处产生弥散硬化脆裂。Uddanwadiker［18］通过预测应力集中区域，调整吊钩的形状以提高工作寿命和降低失败率。Tripathi等［19］指出应力分析在设计零件和结构中具有重要的作用，特别是在负载时。

以上文献表明，对于吊钩的应力和位移研究，大部分是采用有限元分析的方法进行，大型有限元软件ANSYS可建立3D模型、获得应力随时间变化的分布模式、预测应力集中区域，可为金枪鱼延绳钓钓钩的结构设计和优化提供研究方法。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0426/504.html