第一篇:工程力學綜合報告
工程力學綜合報告
姓名: 李越 學號:11104116
本學期,我們系統(tǒng)的學習了工程力學這門學科。通過學習,我了解到工程力學是研究有關(guān)物質(zhì)宏觀運動規(guī)律,及其應用的科學。工程力學一般包括理論力學的靜力學和材料力學的有關(guān)內(nèi)容,是研究物體機械運動的一般規(guī)律和有關(guān)構(gòu)件的強度、剛度、穩(wěn)定性理論的科學,是一門理論性和實踐性都較強的專業(yè)基礎課。
一、靜力學
1、定義
靜力學是力學的一個分支,它主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律,以及如何建立各種力系的平衡條件。靜力學中的平衡,是指物體相對于慣性參考系處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。對于工程中的大多數(shù)問題,可以把固結(jié)在地球表面的參考系作為慣性參考系來研究物體相對于地球的平衡問題。
2、五大公理 公理一
力的平行四邊形法則
作用在物體上同一點的兩個力,可合成一個合力,合力的作用點仍在該點,其大小和方向由以此兩力為邊構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定,即合力等于分力的矢量和。合力的大小和方向也可通過力三角形法得到。即自任一點O以和為兩邊作力三角形,第三邊即所求?!ご斯斫o出了力系簡化的基本方法?!て叫兴倪呅畏▌t是力的合成法則,也是力的分解法則。公理二
二力平衡公理
作用在剛體上的兩個力,使剛體平衡的必要和充分條件是:兩個力的大小相等,方向相反,作用線沿同一直線。·此公理揭示了最簡單的力系平衡條件?!ぶ辉趦闪ψ饔孟缕胶獾膭傮w稱為二力體或二力構(gòu)件。當構(gòu)件為直桿時稱為二力桿。公理三
加減平衡力系公理
在已知力系上加或減去任意平衡力系,并不改變原力系對剛體的作用?!ご斯硎茄芯苛ο档刃У闹匾罁?jù)。·由此公理可導出下列推理:
推理1 力的可傳性 作用在剛體上某點的力,可沿其作用線移動,而不改變它對剛體的作用。由此可知,力對剛體的作用決定于:力的大小、方向和作用線。在此,力是有固定作用線的滑動矢量。
推理2 三力平衡匯交定理 當剛體受到同平面內(nèi)不平行的三力作用而平衡時,三力的作用線必匯交于一點。公理四
作用與反作用定律
兩物體間的相互作用力,大小相等,方向相反,作用線沿同一直線。·此公理概括了物體間相互作用的關(guān)系,表明作用力與反作用力成對出現(xiàn),并分別作用在不同的物體上。公理五 剛化公理
變形體在某一力系作用下處于平衡時,如將其剛化為剛體,其平衡狀態(tài)保持不變。
·此公理提供了將變形體看作剛體的條件。將平衡的繩索剛化為剛性桿,其平衡狀態(tài)不變。
3、主要內(nèi)容
靜力學的基本物理量有兩個:力、力偶。力的概念是靜力學的基本概念之一。經(jīng)驗證明,力對已知物體的作用效果決定于:力的大小(即力的強度);力的方向;力的作用點。通常稱它們?yōu)榱Φ娜?。力的三要素可以用一個有向的線段即矢量表示。凡大小相等方向相反且作用線不在一直線上的兩個力稱為力偶,它對任用平面內(nèi)任一點之矩與矩心位置無關(guān),其大小為力乘以二力作用線間的距離,即力臂,方向由右手螺旋定則確定并垂直于二力所構(gòu)成的平面。力作用于物體的效應分為外效應和內(nèi)效應。外效應是指力使整個物體對外界參照系的運動變化;內(nèi)效應是指力使物體內(nèi)各部分相互之間的變化。對剛體則不必考慮內(nèi)效應。靜力學只研究最簡單的運動狀態(tài)即平衡。如果兩個力系分別作用于剛體時所產(chǎn)生的外效應相同,則稱這兩個力系是等效力系。若一力同另一力系等效,則這個力稱為這一力系的合力。
靜力學的全部內(nèi)容是以幾條公理為基礎推理出來的。這些公理是人類在長期的生產(chǎn)實踐中積累起來的關(guān)于力的知識的總結(jié),它反映了作用在剛體上的力的最簡單最基本的屬性,這些公理的正確性是可以通過實驗來驗證的,但不能用更基本的原理來證明。
4、例題分析
1)物體的受力分析
作用在物體上的每一個力,都對物體的運動或平衡產(chǎn)生一定的影響。因此在研究某一物體的運動或平衡時,必須考慮作用在該物體上所有主動力和約束力。為了便于分析,并能清晰的表示物體的受力情況,可將研究對象,從周圍的物體中分離出來,單畫出這個物體的輪廓圖形,并將周圍物體對它的作用用相應的力來代替,這一過程稱為取分離體。
將分離出來的研究對象視為受力體,在受力體上畫出主動力和周圍物體對它的約束力,得到分離體的受力圖。
確定研究對象,取分離體,分析受力并畫受力圖,這一全過程稱為物體的受力分析。例
1、如圖所示,的三鉸拱橋,由左、右兩拱鉸接而成。設各拱自重不計,在拱AC上作用有載荷P。試畫出拱AC和CB的受力圖。
解:(1)先分析拱BC的受力:由于拱BC自重不計,且只在B、C兩處受到鉸鏈約束,因為BC為二力構(gòu)件。在鉸鏈中心B、C處分別受到Fb、Fc兩力作用,且Fb=-Fc,這兩個力方向如圖(b)所示。
(2)取拱AC為研究對象:由于自重不計,因此主動力只有載荷P。拱在鉸鏈C處受到拱BC給它的約束力F`c的作用,根據(jù)作用和反作用定律,F(xiàn)`c=-Fc。拱在A處受有固定鉸鏈給它的約束力Fa的作用,由于方向未定,可用兩個大小未知的正交分力Fax和Fay代替。拱AC的受力圖如圖(c)所示。
由于拱AC在P、F`c和Fa三力作用下平衡,故可根據(jù)三力平衡匯交定理,確定鉸鏈A處約束力Fa的方向。點D為力P和F`c作用線的交點。
2)力系簡化
研究平面任意力系的簡化時,可以連續(xù)應用力的平行四邊形法則,將力依次合成。還可采用力線平移定理,將力系向某點簡化。這一方法實質(zhì)在于將平面任意力系分解為兩個力系:平面匯交力系和平面力偶系,然后在將這兩個力系合成。
例
2、作用在物體上的力系如圖(a)所示,已知F1=1KN ,F2=1kN,F(xiàn)3=2kN ,M=4Kn·m ,a=30°,圖中長度單位為m。試求力系向O點簡化的初步結(jié)果以及最終的化簡結(jié)果。
解:此題屬于平面任意力系問題。(1)求力系向O點簡化的初步結(jié)果
故主矢F`r的大小及方向為
又主矩M。為
結(jié)果如圖(b)所示。
(2)求力系的最終化簡結(jié)果
由于主矢F`r≠0,M≠0,所以力系的最終化簡結(jié)果為一合力Fr。Fr的大小和方向與主矢F`r相同,其作用線距O點的距離為d,即
M為正值,表示主距為逆時針轉(zhuǎn)向,合力Fr的作用線如圖(c)所示。
3)剛體系統(tǒng)的平衡
例
3、曲柄連桿式壓榨機中的曲柄OA上作用一力偶,其力偶距M=500N·m。已知OA=r=0.1,BD=DC=ED=α=0.3m,機構(gòu)在水平面內(nèi),在圖示位置平衡,此時,∠OAB=90°∠DEC=θ=30°,求水平壓榨力F。
解:本題屬于求機構(gòu)平衡時主動力之間的關(guān)系問題,不必求出許多的約束力。(1)選桿OA為研究對象,畫受力分析圖:它沒有力偶作用,桿AB是二力桿,銷釘A對桿OA的力Fa沿BA方向,根據(jù)平面力偶系平衡條件,鉸鏈O的約束力F必與Fa反向。
列平面力偶系的平衡方程
(2)選桿BC為研究對象,畫出受力圖:所受力有水平壓榨力F,銷釘B的約束力Fb,光滑面C的約束力Fc以及銷釘D的約束力Fd,因桿ED是二力桿,故Fd沿ED方向。
為了使方程中只有一個未知力,選擇其余兩個未知力的交點H為距心,列平衡方程
而 故
4)物體重心的確定
確定物體重心的方法: ·簡單幾何形狀物體的重心
·組合法求重心:a、分割法 b、負面積法
·試驗方法測量重心位置:a、懸掛法 b、稱重法
例
4、試求圖所示振動沉樁器中的偏心塊的重心,已知:R=100mm, r=17mm, b=13mm。
解:將偏心塊看成是有三部分組成,即半徑為R的半圓A1,半徑為r+b的半圓A2和半徑為r的小圓A3。因A3是切去的部分,所以面積應取負值。今使坐標原點與圓心重合,且偏心塊的對稱軸為Y軸,則有Xc=0,設Y1,Y2,Y3分別是A1,A2,A3重心的坐標,所以
于是,偏心塊重心的坐標為
二、材料力學
1、定義
材料力學是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應變、應力、強度、剛度、穩(wěn)定和導致各種材料破壞的極限。材料力學是所有工科學生必修的學科,是設計工業(yè)設施必須掌握的知識。材料力學與理論力學、結(jié)構(gòu)力學并稱三大力學。
2、研究內(nèi)容
在人們運用材料進行建筑、工業(yè)生產(chǎn)的過程中,需要對材料的實際承受能力和內(nèi)部變化進行研究,這就催生了材料力學。運用材料力學知識可以分析材料的強度、剛度和穩(wěn)定性。材料力學還用于機械設計使材料在相同的強度下可以減少材料用量,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計,以達到降低成本、減輕重量等目的。
在材料力學中,將研究對象被看作均勻、連續(xù)且具有各向同性的線性彈性物體。但在實際研究中不可能會有符合這些條件的材料,所以須要各種理論與實際方法對材料進行實驗比較。
包括兩大部分:一部分是材料的力學性能(或稱機械性能)的研究,而且也是固體力學其他分支的計算中必不可缺少的依據(jù);另一部分是對桿件進行力學分析。桿件按受力和變形可分為拉桿、壓桿(見柱和拱)、受彎曲(有時還應考慮剪切)的梁和受扭轉(zhuǎn)的軸等幾大類。桿中的內(nèi)力有軸力、剪力、彎矩和扭矩。桿的變形可分為伸長、縮短、撓曲和扭轉(zhuǎn)。在處理具體的桿件問題時,根據(jù)材料性質(zhì)和變形情況的不同,可將問題分為三類: ① 線彈性問題
在桿變形很小,而且材料服從胡克定律的前提下,對桿列出的所有方程都是線性方程,相應的問題就稱為線性問題。對這類問題可使用疊加原理,即為求桿件在多種外力共同作用下的變形(或內(nèi)力),可先分別求出各外力單獨作用下桿件的變形(或內(nèi)力),然后將這些變形(或內(nèi)力)疊加,從而得到最終結(jié)果。② 幾何非線性問題
若桿件變形較大,就不能在原有幾何形狀的基礎上分析力的平衡,而應在變形后的幾何形狀的基礎上進行分析。這樣,力和變形之間就會出現(xiàn)非線性關(guān)系,這類問題稱為幾何非線性問題。③ 物理非線性問題
在這類問題中,材料內(nèi)的變形和內(nèi)力之間(如應變和應力之間)不滿足線性關(guān)系,即材料不服從胡克定律。在幾何非線性問題和物理非線性問題中,疊加原理失效。解決這類問題可利用卡氏第一定理、克羅蒂-恩蓋塞定理或采用單位載荷法等。
在許多工程結(jié)構(gòu)中,桿件往往在復雜載荷的作用或復雜環(huán)境的影響下發(fā)生破壞。例如,桿件在交變載荷作用下發(fā)生疲勞破壞,在高溫恒載條件下因蠕變而破壞,或受高速動載荷的沖擊而破壞等。這些破壞是使機械和工程結(jié)構(gòu)喪失工作能力的主要原因。所以,材料力學還研究材料的疲勞性能、蠕變性能和沖擊性能。
3、例題分析
構(gòu)件承載能力的確定
在材料力學里,對應于材料強度、材料或構(gòu)件剛度、構(gòu)件穩(wěn)定性的相應結(jié)構(gòu)負荷統(tǒng)稱為構(gòu)件的承載能力。承載能力是構(gòu)件內(nèi)在材質(zhì)結(jié)構(gòu)與外在載荷的統(tǒng)一。外在的載荷,通過構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化方式,分配到微觀材料單元,表現(xiàn)為應力及應變;同樣,微觀的強度、應變或剛度在外力作用下,通過結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化邏輯,統(tǒng)一表現(xiàn)為宏觀的結(jié)構(gòu)的形變及承載能力,即結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定性。
例
5、如圖所示三角構(gòu)架,已知兩桿材料相同,橫截面面積A均為10㎡,許用應力[δ]=100Mpa。試求三角構(gòu)架的許用載荷。
解:(1)求桿的軸力 取節(jié)點A分析。如圖(b)所示,列平衡方程
(2)確定許用載荷 由強度條件
即
總結(jié)
工程力學,作為基礎學科,它與其他學科同樣重要,是機械、土木、交通、能源、材料儀器儀表等相關(guān)工科的基礎;作為應用學科,它幾乎與所有工科專業(yè)交叉,直接解決工科專業(yè)發(fā)展和工程實際中的力學難題。隨著力學學科的發(fā)展,在本世紀將產(chǎn)生一些新的學科結(jié)合點,如生物醫(yī)學工程、環(huán)境與資源、數(shù)字化信息等。經(jīng)典力學與納米科技一起孕育了微納米力學將力學知識應用于生物領域產(chǎn)生了生物力學和仿生力學,這些都是近年來力學學科發(fā)展的亮點??梢灶A料,隨著社會的發(fā)展,力學學科與環(huán)境和人居工程等專業(yè)的學科交叉也將會進一步加強??梢哉f,學好工程力學這門學科,對于我們未來的發(fā)展有著很大的導向作用。
第二篇:工程力學實習報告
工程力學實習報告
——堅守力學專業(yè),實現(xiàn)德智體全面發(fā)展
一. 心得與收獲
奔波而歸,沉淀下來,寫寫心得,記錄收獲,這是成長。
夢想的大學生活豐富多彩,大一的尾聲,實習生活在盼望中走來,在不舍中離去,實習生活給我留下了很多回憶,而心得收獲都是知識的充實,更是人生的成長。七天充實的實習生活,讓我學習到許多課本中沒有的知識,在實踐的舞臺上第一次看到所學的知識舞動。折服于知識的偉大魅力,驚嘆于力學的奇妙無窮,同學團結(jié)互助,大家其樂融融,開闊了視野,增長了見識,(可具體寫一點物理方面的認識,湊字數(shù))所有這些都讓自己倍感充實,感覺到自己成熟了,知識之余明白了應當如何做人做事,也深深感覺到自己肩上的重任,更加堅定了自己的人生方向和目標。
在今后的學習中一定要更加努力勤奮,不管遇到什么問題都要冷靜,要多思考,吃苦耐勞,持之以恒,成就自己??傊@次難得的實習經(jīng)歷讓我收獲了很多很多,為今后進一步走向社會打下了基礎。
二. 實習歷程
【概述】
每天的實習生活井井有條,充實而充滿樂趣。
早晨,我們走進社會,參觀學習,認識實習,走訪各個公司、實驗室、碼頭,親眼見到了力學在工作生活中的廣泛應用,收獲頗深。
下午是視頻學習時間,那些有關(guān)石油鉆井的視頻又讓我們了解了許多關(guān)于石油鉆井的知識,生動的視頻形象細膩的為我們展現(xiàn)了石油開采的整個過程,直觀而具體,擴充了我們的視野,學習到很多。(加看到的內(nèi)容和物理方面知識,具
體一點,100到200字)
【實習第一天——安全教育】
磨刀不誤砍柴工,實習第一天我們進行了必要的安全教育與有關(guān)實習的注意事項,安全是重中之重,只有在保證安全的前提下,各種實習活動才能有所保證,才能井井有條,才能有更多的收獲。
【實習第二天——造船公司】
實習生活的第二天我們來到了青島現(xiàn)代造船有限公司。
青島現(xiàn)代造船有限公司是母公司的現(xiàn)代綜合商事為事業(yè)領域多邊化、事業(yè)結(jié)構(gòu)革新、高附加價值型新事業(yè)開發(fā)而樹立的經(jīng)營方針以及中長期發(fā)展計劃的一環(huán),主要方向是船舶制造,具有造船廠天賜的造船條件并享有多項政府政策優(yōu)惠支持,有著相當好的發(fā)展前景。
來到這里先是經(jīng)理對公司的簡單介紹,通過介紹我對公司又有了很多的了解。通過介紹,我們了解了船廠的歷史,發(fā)展過程,明白了無論作為一個企業(yè)也好,一個人也好,如果他要發(fā)展,要在抓住機遇的同時,更要能夠盡自己最大的努力來為自己的將來打拼。
接著就是參觀學習認識,不覺感慨氣場的廣闊。拍了很多的照片,但卻難以記錄下這恢宏的氣勢,吊車、(自己加,我不認識)等等等等,每個細節(jié)都能展現(xiàn)物理知識的運用,正是這些先進的的科學技術(shù)撐起了造船廠的成功!
這里氣候宜人、降水量較少、波高較低、潮流和濕度適當,擁有得天獨厚的地理條件,是造船的好地方,很不錯,總的來說這兒基礎設施很完善 , 可保證順暢的造船器材的采購及供應。我們參觀了很多造船設備,工程量很大,凝聚了很多工人師傅的汗水,他們工作十分辛苦,但一直很認真,經(jīng)驗技術(shù)都很豐富。
通過這些設備機械,使我們對自己學過的知識更加的立體化,也更直觀,很多以前不知道的東西現(xiàn)在一看就明白了。(加物理方面知識,湊字數(shù))
值得一提的是青島現(xiàn)代造船有限公司執(zhí)意發(fā)展為世界超一流造船廠,他們?nèi)σ愿?,努力工作,為飛躍發(fā)展奠定堅實的基礎。這樣的發(fā)展前景宣言我很震撼,也很佩服,相信他們可以做到,我看到了力學的偉大魅力,更看到了中國海上力量的壯大,海上航線的希望!
唯一有些遺憾的是青島現(xiàn)代造船有限公司是由韓國人來控制的,希望在今后中國方面能夠不斷地采用國際先進的科學技術(shù),不斷的提高自主創(chuàng)新能力,提高
控股能力,生產(chǎn)更加先進的船只,搶占市場空白點,開創(chuàng)屬于中國的海上天地!
【實習第三天——油氣站】(我自己瞎寫一些,你補充吧)
第三天,我們來到了油氣站,一個字——苦!
油氣站的環(huán)境很惡劣,進去之后充滿了煤氣味,由于這里的特殊環(huán)境和特殊原因(具體什么自己寫,我不懂),不允許我們手機開機,因此沒能留下些照片。
我們看了??(具體寫點)
我們還去了石油工人一線的工作地方,這里條件很艱苦,石油工人也很辛苦,(干些什么活)
從油氣站出來我感觸很深,與石油工程相比,我們專業(yè)的就業(yè)環(huán)境相對要好一些,現(xiàn)在的階段我們要珍惜時間,力學學好并不是一件容易的事情,但是只要下功夫,勤動腦,用知識武裝自己,爭取更高的學位,更精彩的未來!
【實習第四天——力學實驗室】
第四天,在校內(nèi)度過——參觀了本校的力學實驗室。
這是充滿奇妙和好奇的早晨。我們參觀了很多的力學模型,許多都是自己從前難以想象的。通過觀察這些奇妙的模型,更加激發(fā)了自己對力學濃厚興趣,或許力學也能夠稱之為一門藝術(shù),一門唯美的藝術(shù),沉浸其中,才能感受到它的博大精神,好似是充滿奧妙的巍峨高山,未知的奧妙等待我們?nèi)ヌ剿?,臨絕頂,方可 “一覽眾山小”。
我們看了??(這個自己具體寫寫,看了什么,體現(xiàn)了力學中的什么原理,詳細一點,寫3到5個)
【實習第五天——大壩】(我自己瞎寫一些,你補充吧)
這是一個拱形土石壩,借助拱形的特殊結(jié)構(gòu),利用山的力量,利用較少的材料達到更好的效果,是一種典型的力學模型應用的實例。(具體寫寫吧)
參觀過后大家在一起娛樂了一番,(具體寫寫吧)。同學們很熱情,也都多才多藝,大家很團結(jié),過得很愉快。
【實習第六天——日照之行】
第六天是令人興奮的一天,我們從青島駛向了日照。日照離青島不遠,也是一個海濱城市,這里生態(tài)良好,風景秀麗,氣候宜人,是我國沿海不可多得的避暑度假勝地。這次我們來到這里參觀了一些地方,收獲很大。
★ 機械廠參觀 ★
在機械廠我們看到了電腦控制的機床,還親眼看到了智能型機床,(介紹一下)。
我們還看到了一些輸入程序代碼的機器,這樣的設備很先進,能夠達到無人操作的純機械化水平,極大的節(jié)省了勞動力,讓我真正感受到了“科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。
★ 日照港之行 ★
日照港是伴隨著我國改革開放誕生、成長起來的新興沿海港口,是國家“六五”期間開始重點規(guī)劃建設的沿海主樞紐港,新亞歐大陸橋東方橋頭堡。1982年開工建設,1986年開港開放?,F(xiàn)在擁有日照、嵐山兩大港區(qū),46個生產(chǎn)性泊位,設計通過能力1.5億噸以上。日照港(集團)有限公司于2003年5月由原日照港務局與嵐山港務局企業(yè)部分聯(lián)合設立,業(yè)務覆蓋港口裝卸、倉儲運輸、國內(nèi)外貿(mào)易、綜合物流、港灣建設、建筑安裝、房地產(chǎn)開發(fā)、工程監(jiān)理、機械制造、賓館旅游等多個行業(yè),現(xiàn)已成為多功能、綜合性的大型現(xiàn)代企業(yè)集團。
這里自然條件很好,可謂得天獨厚,港區(qū)灣闊水深,陸域?qū)拸V,氣候溫和,不凍不淤,是個天然深水良港。各種設施能力也挺強大,集疏運方便快捷,在全國名列前茅,排名第八。
這里環(huán)境很不錯,很大很開闊,讓我開闊了眼界,看到了中國港口的希望與未來。
日照港股份有限公司是經(jīng)山東省人民政府批準,于2002年7月15日正式成立的,公司發(fā)展非常的好,大力發(fā)展“陽光文化”—— 真誠服務、人本人和、激情創(chuàng)業(yè)、自我超越、海納百川。
日照港全體員工在生存發(fā)展過程中所形成的群體意志、思想境界和理想追求也深深打動了我,帶著打造最具活力的國際一流強港的愿望,一起艱苦創(chuàng)業(yè),勵志踐行,拼搏奉獻,實現(xiàn)激情超越。
相信他們一定能夠齊心共譜寫港口發(fā)展新篇章!
后記
中午帶實習的老師請我們吃了飯,下午在中央電視臺體育頻道外景拍攝基地玩了一會,然后我們帶著不舍和憧憬回到了青島。
【實習第七天——總結(jié)】
最后一天是實習總結(jié)。帶隊老師發(fā)言,進行表揚,老師總結(jié)精辟,看問題深刻,更加讓我們明白了實習的意義。
總之這次實習讓我思考良多、感觸良多、收獲良多,所學到的和感受到的,將是我終生受用一筆財富。
通過這一次認識實習,我對相關(guān)的專業(yè)知識有更進一步的了解,也學到了很多之前未曾接觸的東西,受益頗豐。深入工地一線的參觀,使我能夠?qū)⑺鶎W理論的知識與實踐相結(jié)合,系統(tǒng)地鞏固所學的理論知識,深化了對所學理論知識的理解,初步體會到建筑工程的設計與施工的工作特點,熟悉了工程設計與施工現(xiàn)場的各種技術(shù)和管理工作,在實習中,我發(fā)覺自己的分析解決問題的能力得到了很好的鍛煉和培養(yǎng),為未來走向工作崗位做好思想準備。
今后我們要用心的發(fā)掘、勇敢地嘗試、認真的去學習,爭取更大的收獲和啟發(fā),為自己以后的工作和生活積累更多豐富的知識和寶貴的經(jīng)驗。
第三篇:工程力學
飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料,是航空航天工程技術(shù)發(fā)展的決定性因素之一。航空航天材料科學是材料科學中富有開拓性的一個分支。飛行器的設計不斷地向材料科學提出新的課題,推動航空航天材料科學向前發(fā)展;各種新材料的出現(xiàn)也給飛行器的設計提供新的可能性,極大地促進了航空航天技術(shù)的發(fā)展。
航空航天材料的進展取決于下列3個因素:①材料科學理論的新發(fā)現(xiàn):例如,鋁合金的時效強化理論導致硬鋁合金的發(fā)展;高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導致高強度、高模量芳綸有機纖維的發(fā)展。②材料加工工藝的進展:例如,古老的鑄、鍛技術(shù)已發(fā)展成為定向凝固技術(shù)、精密鍛壓技術(shù),從而使高性能的葉片材料得到實際應用;復合材料增強纖維鋪層設計和工藝技術(shù)的發(fā)展,使它在不同的受力方向上具有最優(yōu)特性,從而使復合材料具有“可設計性”,并為它的應用開拓了廣闊的前景;熱等靜壓技術(shù)、超細粉末制造技術(shù)等新型工藝技術(shù)的成就創(chuàng)造出具有嶄新性能的一代新型航空航天材料和制件,如熱等靜壓的粉末冶金渦輪盤、高效能陶瓷制件等。③材料性能測試與無損檢測技術(shù)的進步:現(xiàn)代電子光學儀器已經(jīng)可以觀察到材料的分子結(jié)構(gòu);材料機械性能的測試裝置已經(jīng)可以模擬飛行器的載荷譜,而且無損檢測技術(shù)也有了飛速的進步。材料性能測試與無損檢測技術(shù)正在提供越來越多的、更為精細的信息,為飛行器的設計提供更接近于實際使用條件的材料性能數(shù)據(jù),為生產(chǎn)提供保證產(chǎn)品質(zhì)量的檢測手段。一種新型航空航天材料只有在這三個方面都已經(jīng)發(fā)展到成熟階段,才有可能應用于飛行器上。因此,世界各國都把航空航天材料放在優(yōu)先發(fā)展的地位。中國在50年代就創(chuàng)建了北京航空材料研究所和北京航天材料工藝研究所,從事航空航天材料的應用研究。
簡況 18世紀60年代發(fā)生的歐洲工業(yè)革命使紡織工業(yè)、冶金工業(yè)、機器制造工業(yè)得到很大的發(fā)展,從而結(jié)束了人類只能利用自然材料向天空挑戰(zhàn)的時代。1903年美國萊特兄弟制造出第一架裝有活塞式航空發(fā)動機的飛機,當時使用的材料有木材(占47%),鋼(占35%)和布(占18%),飛機的飛行速度只有16公里/時。1906年德國冶金學家發(fā)明了可以時效強化的硬鋁,使制造全金屬結(jié)構(gòu)的飛機成為可能。40年代出現(xiàn)的全金屬結(jié)構(gòu)飛機的承載能力已大大增加,飛行速度超過了600公里/時。在合金強化理論的基礎上發(fā)展起來的一系列高溫合金使得噴氣式發(fā)動機的性能得以不斷提高。50年代鈦合金的研制成功和應用對克服機翼蒙皮的“熱障”問題起了重大作用,飛機的性能大幅度提高,最大飛行速度達到了3倍音速。40年代初期出現(xiàn)的德國 V-2火箭只使用了一般的航空材料。50年代以后,材料燒蝕防熱理論的出現(xiàn)以及燒蝕材料的研制成功,解決了彈道導彈彈頭的再入防熱問題。60年代以來,航空航天材料性能的不斷提高,一些飛行器部件使用了更先進的復合材料,如碳纖維或硼纖維增強的環(huán)氧樹脂基復合材料、金屬基復合材料等,以減輕結(jié)構(gòu)重量。返回型航天器和航天飛機在再入大氣層時會遇到比彈道導彈彈頭再入時間長得多的空氣動力加熱過程,但加熱速度較慢,熱流較小。采用抗氧化性能更好的碳-碳復合材料陶瓷隔熱瓦等特殊材料可以解決防熱問題。
分類 飛行器發(fā)展到80年代已成為機械加電子的高度一體化的產(chǎn)品。它要求使用品種繁多的、具有先進性能的結(jié)構(gòu)材料和具有電、光、熱和磁等多種性能的功能材料。航空航天材料按材料的使用對象不同可分為飛機材料、航空發(fā)動機材料、火箭和導彈材料和航天器材料等;按材料的化學成分不同可分為金屬與合金材料、有機非金屬材料、無機非金屬材料和復合材料。
材料應具備的條件 用航空航天材料制造的許多零件往往需要在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等極端條件下工作,有的則受到重量和容納空間的限制,需要以最小的體積和質(zhì)量發(fā)揮在通常情況下等效的功能,有的需要在大氣層中或外層空間長期運行,不可能停機檢查或更換零件,因而要有極高的可靠性和質(zhì)量保證。不同的工作環(huán)境要求航空航天材料具有不同的特性。
高的比強度和比剛度 對飛行器材料的基本要求是:材質(zhì)輕、強度高、剛度好。減輕飛行器本身的結(jié)構(gòu)重量就意味著增加運載能力,提高機動性能,加大飛行距離或射程,減少燃油或推進劑的消耗。比強度和比剛度是衡量航空航天材料力學性能優(yōu)劣的重要參數(shù):
比強度=/
比剛度=/式中[kg2][kg2]為材料的強度,為材料的彈性模量,為材料的比重。
飛行器除了受靜載荷的作用外還要經(jīng)受由于起飛和降落、發(fā)動機振動、轉(zhuǎn)動件的高速旋轉(zhuǎn)、機動飛行和突風等因素產(chǎn)生的交變載荷,因此材料的疲勞性能也受到人們極大的重視。
優(yōu)良的耐高低溫性能 飛行器所經(jīng)受的高溫環(huán)境是空氣動力加熱、發(fā)動機燃氣以及太空中太陽的輻照造成的。航空器要長時間在空氣中飛行,有的飛行速度高達3倍音速,所使用的高溫材料要具有良好的高溫持久強度、蠕變強度、熱疲勞強度,在空氣和腐蝕介質(zhì)中要有高的抗氧化性能和抗熱腐蝕性能,并應具有在高溫下長期工作的組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。火箭發(fā)動機燃氣溫度可達3000[2oc]以上,噴射速度可達十余個馬赫數(shù),而且固體火箭燃氣中還夾雜有固體粒子,彈道導彈頭部在再入大氣層時速度高達20個馬赫數(shù)以上,溫度高達上萬攝氏度,有時還會受到粒子云的侵蝕,因此在航天技術(shù)領域中所涉及的高溫環(huán)境往往同時包括高溫高速氣流和粒子的沖刷。在這種條件下需要利用材料所具有的熔解熱、蒸發(fā)熱、升華熱、分解熱、化合熱以及高溫粘性等物理性能來設計高溫耐燒蝕材料和發(fā)冷卻材料以滿足高溫環(huán)境的要求。太陽輻照會造成在外層空間運行的衛(wèi)星和飛船表面溫度的交變,一般采用溫控涂層和隔熱材料來解決。低溫環(huán)境的形成來自大自然和低溫推進劑。飛機在同溫層以亞音速飛行時表面溫度會降到-50[2oc]左右,極圈以內(nèi)各地域的嚴冬會使機場環(huán)境溫度下降到-40[2oc]以下。在這種環(huán)境下要求金屬構(gòu)件或橡膠輪胎不產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。液體火箭使用液氧(沸點為-183[2oc])和液氫(沸點為-253[2oc])作推進劑,這為材料提出了更嚴峻的環(huán)境條件。部分金屬材料和絕大多數(shù)高分子材料在這種條件下都會變脆。通過發(fā)展或選擇合適的材料,如純鋁和鋁合金、鈦合金、低溫鋼、聚四氟乙烯、聚酰亞胺和全氟聚醚等,才能解決超低溫下結(jié)構(gòu)承受載荷的能力和密封等問題。
耐老化和耐腐蝕 各種介質(zhì)和大氣環(huán)境對材料的作用表現(xiàn)為腐蝕和老化。航空航天材料接觸的介質(zhì)是飛機用燃料(如汽油、煤油)、火箭用推進劑(如濃硝酸、四氧化二氮、肼類)和各種潤滑劑、液壓油等。其中多數(shù)對金屬和非金屬材料都有強烈的腐蝕作用或溶脹作用。在大氣中受太陽的輻照、風雨的侵蝕、地下潮濕環(huán)境中長期貯存時產(chǎn)生的霉菌會加速高分子材料的老化過程。耐腐蝕性能、抗老化性能、抗霉菌性能是航空航天材料應該具備的良好特性。
適應空間環(huán)境 空間環(huán)境對材料的作用主要表現(xiàn)為高真空(1.33×10[55-1]帕)和宇宙射線輻照的影響。金屬材料在高真空下互相接觸時,由于表面被高真空環(huán)境所凈化而加速了分子擴散過程,出現(xiàn)“冷焊”現(xiàn)象;非金屬材料在高真空和宇宙射線輻照下會加速揮發(fā)和老化,有時這種現(xiàn)象會使光學鏡頭因揮發(fā)物沉積
而被污染,密封結(jié)構(gòu)因老化而失效。航天材料一般是通過地面模擬試驗來選擇和發(fā)展的,以求適應于空間環(huán)境。
壽命和安全 為了減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量,選取盡可能小的安全余量而達到絕對可靠的安全壽命,被認為是飛行器設計的奮斗目標。對于導彈或運載火箭等短時間一次使用的飛行器,人們力求把材料性能發(fā)揮到極限程度。為了充分利用材料強度并保證安全,對于金屬材料已經(jīng)使用“損傷容限設計原則”。這就要求材料不但具有高的比強度,而且還要有高的斷裂韌性。在模擬使用的條件下測定出材料的裂紋起始壽命和裂紋的擴展速率等數(shù)據(jù),并計算出允許的裂紋長度和相應的壽命,以此作為設計、生產(chǎn)和使用的重要依據(jù)。對于有機非金屬材料則要求進行自然老化和人工加速老化試驗,確定其壽命的保險期。復合材料的破損模式、壽命和安全也是一項重要的研究課題。
第四篇:工程力學
工程力學、流體力學、巖土力學、地基與基礎、工程地質(zhì)學、工程水文學、工程制圖與cad、計算機應用、建筑材料、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、工程結(jié)構(gòu)、給水排水工程、施工技術(shù)與管理。結(jié)構(gòu)力學,工程測量,土力學與基礎工程。
主要實踐性教學環(huán)節(jié):包括工程制圖、認識實習、測量實習、工程地質(zhì)實習、專業(yè)實習或生產(chǎn)實習、結(jié)構(gòu)課程設計、畢業(yè)設計或畢業(yè)論文等,一般安排40周左右。
主要專業(yè)實驗:材料力學實驗、建筑材料實驗、結(jié)構(gòu)試驗、土質(zhì)試驗等
第五篇:工程力學認識實習報告
實習方向:工程力學認識實習實習目的:
讓我們從實踐中對這門自己即將從事的專業(yè)獲得一個感性認識,為今后專業(yè)課的學習打下堅實的基礎,為今后書本與實踐的結(jié)合打下基礎。實習中,將所學知識和實習內(nèi)容互相驗證,并對一些實際問題加以分析和討論,使學生對建筑工程專業(yè)的基本知識有一個良好的感性認識,了解專業(yè)概況,為后續(xù)專業(yè)理論知識的學習奠定一個良好的基礎,同時,使學生對本行業(yè)的工作性質(zhì)有一個初步的了解,培養(yǎng)學生對本專業(yè)的熱愛,強化學生的事業(yè)心和責任感,鞏固專業(yè)思想。通過實習讓我們對建筑物的規(guī)模,作用及特點有了初步的了解。實習過程
(一)實習時間:XX年06月22日
實習地點:**大學建筑技術(shù)示范基地
在實踐基地有各種建筑模型,散水,排水管,屋面桁架,植被屋面,保溫墻的三種做法等等。
種植屋面:在屋面防水層上付土覆土或鋪設鋸末、蛭石等松散材料,并種植植物,起到隔熱作用的屋面。鋼筋直螺紋接頭優(yōu)點:接頭抗拉強度高,質(zhì)量可靠,不燒傷鋼筋不減少有效截面面積,工序簡單,成本較低,施工安全,不污染環(huán)境。受氣候影響。能做到連續(xù)工作。施工工藝:購入成螺紋連接套筒并驗收合格,鋼筋斷料,斷頭切平。鋼筋螺紋滾壓成型鋼筋現(xiàn)場螺紋直接。空心砌塊磚:煤渣、煤矸石、尾礦渣、化工渣或天然砂、海涂泥等(以上原料的一種或數(shù)種)作為主要原料,不經(jīng)高溫煅燒而制造的一種新型墻體材料稱之為免燒磚。由于該種材料強度高、耐久性好、尺寸標準、外形完整、色澤均一,具有古樸自然的外觀,可做清水墻也可以做任何外裝飾。因此,是一種取代粘土磚的極有發(fā)展前景的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
(二)實習時間:XX年06月23日
實習地點:****再建商業(yè)區(qū)
建筑總面積為6300平方米。工程期三年零六個月,施工以基本完成,正在進行裝修階段。建筑采用框架結(jié)構(gòu),受力方式為梁板承重結(jié)構(gòu)?;◢弾r鋼架固定式貼墻,外觀美觀,堅固耐用。外墻是玻璃幕墻具有良好的隔聲﹑隔熱及保溫的功能。
點支式玻璃幕墻施工工藝流程:
(1)測量放線
(2)鋼結(jié)構(gòu)制作安裝
(3)焊接處理
(4)接件安裝
(5)玻璃清洗及安裝
(6)調(diào)整打膠清洗
(7)檢查驗收
由于再建建筑間加了剛結(jié)構(gòu)天橋,建筑局部將承受更多荷載,必須做加固處理。采用了粘貼鋼板和碳纖維方法加固。確保了天橋放置處梁及柱的安全。
(三)實習時間:XX年06月24日
實習地點:****路生活區(qū)舊城改造工程
建筑物采用框架結(jié)構(gòu),承受結(jié)構(gòu)由混凝土現(xiàn)澆而成,圍護構(gòu)建是混凝土砌塊,地下二層,地上十八層。建筑面積11432平方米。墻體上預留洞一部分是支模板澆灌水泥時用來固定模板的,還有其它的洞眼是留做線路通道。樓梯口處樓板混凝土只留配筋,目的是以便工程驗收只用。由于砌塊澆注問題,出現(xiàn)了墻體局部不垂直,砂輪機將突出部分打磨掉,保證墻體的平整。
(四)實習時間:XX年06月25日
實習地點:**大橋
**最大的城市橋梁工程,也時省內(nèi)技術(shù)較為先進規(guī)模較大的城市橋梁,時也是配合**公園中再建景觀橋。全長220米,單跨100米,總寬55米。由市城建局項目部及施工方組織承建。
大橋采用拱型結(jié)構(gòu)。主跨為剛管拱,主跨由四根預應力鋼絞固定,主跨兩側(cè)的拱為半拱,混凝土澆鑄而成。兩個半跨下面的柱子連接處加了抗震橡膠墊。從而減少地震力對橋身造成的破壞。橋面由左右兩個主跨用懸索支撐。圓弧鋼管用混凝土填充,該結(jié)構(gòu)能抵抗更大的壓力和拉力,提高了整體的穩(wěn)定性和強度。在大橋的主跨之間用大量的‘k’型鋼架固定。預防橋面左右晃動,增強了大橋的整體性。
(五)實習時間:XX年06月26日
實習地點:**市**生態(tài)工業(yè)園區(qū)在建汽車裝配車間
廠房為南北兩跨結(jié)構(gòu),房頂鋼架由主次梁構(gòu)成,主梁橫向,次梁縱向,次梁搭在主梁上。主次梁成矩形,結(jié)構(gòu)簡單,受力合理。增強建筑的整體穩(wěn)定性。
整個廠房由三排牛腿柱兩排屋架組裝而成,搭建單層雙跨廠房。堅固耐用,經(jīng)濟合理。牛腿柱的安裝方法是澆鑄杯型基礎,再將預制的牛腿柱吊裝到基礎之中,調(diào)整柱的位置,然后放置柳丁,用水泥砂漿灌縫填充固定?,F(xiàn)場工人師傅正在預制鋼筋混凝土桁架屋頂。屋頂為三角形,每一個模型可做四個屋頂。不僅省時省力,而且減少了預制屋頂制作時的誤差。
(六)實習時間:XX年06月29日
實習地點:六教101教室
觀看了關(guān)于力學的應用的資料片,主要講了在航空航天及水利工程領域上的應用。固體力學是力學中形成較早、理論性較強、應用較廣的一個分支,它主要研究可變形固體在外界因素(如載荷、溫度、濕度等)作用下,其內(nèi)部各個質(zhì)點所產(chǎn)生的位移、運動、應力、應變以及破壞等的規(guī)律。流體力學主要研究在各種力的作用下,流體的狀態(tài),以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態(tài)之間的相互作用的重要分支。計算力學是根據(jù)力學中的理論,利用現(xiàn)代電子計算機和各種數(shù)值方法,解決力學中的實際問題的一門新興學科。它橫貫力學的各個分支,不斷擴大各個領域中力學的研究和應用范圍,同時也在逐漸發(fā)展自己的理論和方法。
(七)實習時間:XX年07月02日
實習地點:七教103教室
姚處長和馬主任給我做的講座。講了結(jié)構(gòu)設計及求職技巧的相關(guān)知識。他們都是國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師,首先馬主任為我們介紹了力學在實際工作中方方面面的問題,他主要提到了基礎兩個字,強調(diào)一定要把基礎打好。講了磚混結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu),剪力墻結(jié)構(gòu)的承重及一些細部的知識,在設計計算中注意的問題,講了一些構(gòu)件截面的設計等等在實際設計中的問題。
接下來姚處長又給我們講述了關(guān)于力學就業(yè)方面的相關(guān)問題。他主要負責中煤**設計院人力資源的工作,也負責在我們學校招生,有著豐富的經(jīng)驗。他對力學專業(yè)的就業(yè)問題非常樂觀。給我們講了招聘單位在招人時通常注重哪些方面的問題,首先我們應該把基礎知識學好,招聘單位招人時主要看成績單上的數(shù)學,及理論力學,材料力學,結(jié)構(gòu)力學的成績;講了面試的技巧,受益匪淺,最后是同學們問問題的時間,這是的同學們積極問兩位專家的問題,學生自由提問的時候,大家最關(guān)心的問題就是:“工程力學的就業(yè)前景和待遇怎么樣?”。老師當時就指出,工程力學不僅僅是純力學,還和工程問題相結(jié)合,不斷的強化自己,武裝自己。將來的激烈的競爭之中占有一席之地。實習收獲
1碳纖維的加固應用——參觀**商業(yè)區(qū)
加固原理:鋼筋混凝土柱在承受軸向壓力時,構(gòu)件是由于受到極限值非常小的橫向擴張引起的,如能在構(gòu)件四周創(chuàng)造橫向約束,以阻止受壓構(gòu)件的這種橫向擴張,從而提高構(gòu)件抗壓承載力和變形能力。碳纖維加固適用范圍:碳纖維加固法可用于混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪加固,同時廣泛用于各類工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的防震、防裂、防腐的補強。
碳纖維與傳統(tǒng)的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補強相比,具有節(jié)省空間,施工簡便,不需要現(xiàn)場固定設施,施工質(zhì)量易保證,基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重,耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外,采用該工法,可大大提高建筑物的使用壽命,降低加固成本。因此,碳素纖維作為劃時代的補強材料,而備受青睞和關(guān)注。
2框架—剪力墻結(jié)構(gòu)——參觀**舊城改造工程
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)也稱框剪結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻,構(gòu)成靈活自由的使用空間,滿足不同建筑功能的要求,同樣又有足夠的剪力墻,有相當大的剛度,框架結(jié)構(gòu)的受力特點,是由框架和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成的新的受力形式,所以它的框架不同于純框架結(jié)構(gòu)中的框架,剪力墻在框剪結(jié)構(gòu)中也不同于剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻.因為,在下部樓層,剪力墻的位移較小,它拉著框架按彎曲型曲線變形,剪力墻承受大部分水平力,上部樓層則相反,剪力墻位移越來越大,有外側(cè)的趨勢,而框架則有內(nèi)收的趨勢,框架拉剪力墻按剪切型曲線變形,框架除了負擔外荷載產(chǎn)生的水平力外,還額外負擔了把剪力拉回來的附加水平力,剪力墻不但不承受荷載產(chǎn)生的水平力,還因為給框架一個附加水平力而承受負剪力,所以,上部樓層即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小,框架中也出現(xiàn)相當大的剪力.3廠房結(jié)構(gòu)特點和鋼結(jié)構(gòu)特點——參觀**工業(yè)園區(qū)汽車裝配廠房
汽車裝配車間的廠房由對稱的兩部分組成.梯形屋架。有吊頂.并采用排架結(jié)構(gòu),排架結(jié)構(gòu)中柱與屋架鉸接與基礎剛接,這種結(jié)構(gòu)能承受較大的荷載,在冶金和機械廠房中應用廣泛.排架結(jié)構(gòu)的廠房跨度大,高度較高.這種結(jié)構(gòu)受力合理,建筑設計靈活,施工方便.包括橫向排架:屋架組成;縱向聯(lián)系構(gòu)成:基礎梁,聯(lián)系梁,圈梁,吊頂梁等組成.而且對側(cè)面采光和天窗采光的情況及其屋面受力符合要求。
鋼結(jié)構(gòu)的特點,其特點如下: 1材料強度高,在相同荷載和約束作用下,采用鋼結(jié)構(gòu)時,結(jié)構(gòu)的自重通常較小.當跨度和荷載相同時,剛架的重量只有鋼筋混泥土的1/4-1/3.所以鋼結(jié)構(gòu)特別適用于跨度大.高度高.荷載大的結(jié)構(gòu)也最適用于可移動,有拆裝要求的結(jié)構(gòu).2.鋼材料的塑性和韌性好,由于鋼材料的塑性好,所以鋼結(jié)構(gòu)在一般情況下不會因偶然超載或局部超載而斷裂.鋼材料的韌性好使鋼結(jié)構(gòu)對荷載的適應性較強,鋼材料的這些性能對鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠提供了充分的保證.3.鋼材料整體性好.4.建筑用鋼材焊接性良好.5.鋼結(jié)構(gòu)制造簡單,施工方便,具有良好的裝配性.6.鋼材的不滲漏適用于秘密閉的結(jié)構(gòu) 7.鋼材料易于腐蝕.應采取防護措施.8.鋼結(jié)構(gòu)的耐熱性好,但防火性差.溫度變化時,廠房結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生溫度變形,所以當廠房面積尺寸很大時,為避免產(chǎn)生過大的溫度應力,應在廠房的橫向和縱向設置溫度縫
5實習體會
通過這一次認識實習,我對相關(guān)的專業(yè)知識有更進一步的了解,也學到了很多之前未曾接觸的東西,受益頗豐。深入工地一線的參觀,使我能夠?qū)⑺鶎W理論的知識與實踐相結(jié)合,系統(tǒng)地鞏固所學的理論知識,深化了對所學理論知識的理解,初步體會到建筑工程的設計與施工的工作特點,熟悉了工程設計與施工現(xiàn)場的各種技術(shù)和管理工作,在實習中,我發(fā)覺自己的分析解決問題的能力得到了很好的鍛煉和培養(yǎng),為未來走向工作崗位做好思想準備。此外,通過實習,我開闊了視野,增加了對建筑施工的理性認識
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