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工程力学中四种强度理论

工程力学中四种强度理论
工程力学中四种强度理论

为了探讨导致材料破坏的规律,对材料破坏或失效进行了假设即为强度理论,简述工程力学中四大强度理论的基本内容

一、四大强度理论基本内容介绍:

1、最大拉应力理论(第一强度理论):

这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是:

σ1=σb。σb/s=[σ]

所以按第一强度理论建立的强度条件为:

σ1≤[σ]。

2、最大伸长线应变理论(第二强度理论):

这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。

εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得:

ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E

所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。

按第二强度理论建立的强度条件为:

σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。

3、最大切应力理论(第三强度理论):

这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。

依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力)

由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。

所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。

按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。

4、形状改变比能理论(第四强度理论):

这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力

状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。

二、四大强度理论适用的范围

1、各种强度理论的适用范围及其应用

第一理论的应用和局限

1、应用

材料无裂纹脆性断裂失效形势(脆性材料二向或三向受拉状态;最大压应力值不超过最大拉应力值或超过不多)。

2、局限

没考虑σ2、σ3对材料的破坏影响,对无拉应力的应力状态无法应用。

第二理论的应用和局限

1、应用

脆性材料的二向应力状态且压应力很大的情况。

2、局限

与极少数的脆性材料在某些受力形势下的实验结果相吻合。

第三理论的应用和局限

1、应用

材料的屈服失效形势。

2、局限

没考虑σ2对材料的破坏影响,计算结果偏于安全。

第四理论的应用和局限

1、应用

材料的屈服失效形势。

2、局限

与第三强度理论相比更符合实际,但公式过于复杂。

2、总结来讲:

第一和第二强度理论适用于:铸铁、石料、混凝土、玻璃等,通常以断裂形式失效的脆性材料。

第三和第四强度理论适用于:碳钢、铜、铝等,通常以屈服形式失效的塑性材料。

以上是通常的说法,在实际中,有复杂受力条件下,哪怕同种材料的失效形

式也可能不同,对应的强度理论也会随之改变。例如,在三向应力状况下,某些塑性材料会呈现出脆性材料最经典的断裂失效,又或者正好相反。比较经典的例子,如碳钢材料螺钉,单向拉伸时会断裂而不会屈服。因此具体情况还要具体分析。

强度理论四个基本的强度理论

强度理论四个基本的强度理论 四个基本的强度理论分别为第一强度理论,第二强度理论,第三强度理论和第四强度理论。现将它们的有关知识点对应列于四个强度理论比较表,以便于比较学习。未在表中涉及的内容,此处给出介绍。 第一强度理论--看一下它的强度条件的取得。 在简单拉伸试验中,三个主应力有两个是零,最大主应力就是试件横截面上该点的应力,当这个应力达到材料的极限强度sb时,试件就断裂。因此,根据此强度理论,通过简单拉伸试验,可知材料的极限应力就是sb。于是在复杂应力状态下,材料的破坏条件是 s1=sb(a) 考虑安全系数以后的强度条件是 s1≤[s](1-59) 需指出的是:上式中的s1必须为拉应力。在没有拉应力的三向压缩应力状态下,显然是不能采用第一 强度理论来建立强度条件的。 第二强度理论--看看它的强度条件的取得 此理论下的脆断破坏条件是 e1=ejx =sjx /E (b) 由式(1-58) 可知,在复杂应力状态下一点处的最大线应变为 e1=[s1-m(s2+s3)]/E 代入(b)可得 [s1-m(s2+s3)]/E =sjx /E 或[s1-m(s2+s3)]=sjx 将上式右边的sjx 除以安全系数及得到材料的容许拉应力[s]。故对危险点处于复杂应力状态的构件, 按第二强度理论所建立的强度条件是: [s1-m(s2+s3)]≤[s] (1-60) 第三强度理论--也来看看它的强度条件的取得 对于象低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验时材料就是沿斜截面发生滑移而出现明显的屈服现象的。这时试件在横截面上的正应力就是材料的屈服极限ss,而在试件斜截面上的最大剪应力(即45°斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半。于是,对于这一类材料,就可以从单向拉伸试验中得到材料的 极限值txy txy =ss/2 按此理论的观点,屈服破坏条件是 tmax =txy =ss/2(c) 由公式(1-56)可知,在复杂应力状态下下一点处的最大剪应力为 tmax =(s1-s3)/2 其中的s1、s3分别为该应力状态中的最大和最小主应力。故式(c)又可改写为 (s1-s3)/2=ss/2 或(s1-s3)=ss 将上式右边的ss除以安全系数及的材料的容许拉应力[s],故对危险点处于复杂应力状态的构件,按第 三强度理论所建立的强度条件是:

四大强度理论

第10章强度理论 10.1 强度理论的概念 构件的强度问题是材料力学所研究的最基本问题之一。通常认为当构件承受的载荷达到一定大小时,其材料就会在应力状态最危险的一点处首先发生破坏。故为了保证构件能正常地工作,必须找出材料进入危险状态的原因,并根据一定的强度条件设计或校核构件的截面尺寸。 各种材料因强度不足而引起的失效现象是不同的。如以普通碳钢为代表的塑性材料,以发生屈服现象、出现塑性变形为失效的标志。对以铸铁为代表的脆性材料,失效现象则是突然断裂。在单向受力情 况下,出现塑性变形时的屈服点 σ和发生断裂时的强度极限bσ可由实 s 验测定。 σ和bσ统称为失效应力,以安全系数除失效应力得到许用应s 力[]σ,于是建立强度条件 可见,在单向应力状态下,强度条件都是以实验为基础的。 实际构件危险点的应力状态往往不是单向的。实现复杂应力状态下的实验,要比单向拉伸或压缩困难得多。常用的方法是把材料加工成薄壁圆筒(图10-1),在内压p作用下,筒壁为二向应力状态。如再配以轴向拉力F,可使两个主应力之比等于各种预定的数值。这种薄壁筒

试验除作用内压和轴力外,有时还在两端作用扭矩,这样还可得到更普遍的情况。此外,还有一些实现复杂应力状态的其他实验方法。尽管如此,要完全复现实际中遇到的各种复杂应力状态并不容易。况且复杂应力状态中应力组合的方式和比值又有各种可能。如果象单向拉伸一样,靠实验来确定失效状态,建立强度条件,则必须对各式各样的应力状态一一进行试验,确定失效应力,然后建立强度条件。由于技术上的困难和工作的繁重,往往是难以实现的。解决这类问题,经常是依据部分实验结果,经过推理,提出一些假说,推测材料失效的原因,从而建立强度条件。 图10-1 经过分析和归纳发现,尽管失效现象比较复杂,强度不足引起的失效现象主要还是屈服和断裂两种类型。同时,衡量受力和变形程度的量又有应力、应变和变形能等。人们在长期的生产活动中,综合分析材料的失效现象和资料,对强度失效提出各种假说。这类假说认为,材料之所以按某种方式(断裂或屈服)失效,是应力、应变或变形能等因素中某一因素引起的。按照这类假说,无论是简单应力状态还是复杂应力状态,引起失效的因素是相同的。也就是说,造成失效的原因与应力状态无关。这类假说称为强度理论。利用强度理论,便可由简单应力状态的实验结果,建立复杂应力状态下的强度条件。至于某种强

工程力学中四种强度理论

为了探讨导致材料破坏的规律,对材料破坏或失效进行了假设即为强度理论,简述工程力学中四大强度理论的基本内容 一、四大强度理论基本内容介绍: 1、最大拉应力理论(第一强度理论): 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是: σ1=σb。σb/s=[σ] 所以按第一强度理论建立的强度条件为: σ1≤[σ]。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论): 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。 εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得: ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E 所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。 按第二强度理论建立的强度条件为: σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。 3、最大切应力理论(第三强度理论): 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。 依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力) 由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。 所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。 按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。 4、形状改变比能理论(第四强度理论): 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力

状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。 二、四大强度理论适用的范围 1、各种强度理论的适用范围及其应用 第一理论的应用和局限 1、应用 材料无裂纹脆性断裂失效形势(脆性材料二向或三向受拉状态;最大压应力值不超过最大拉应力值或超过不多)。 2、局限 没考虑σ2、σ3对材料的破坏影响,对无拉应力的应力状态无法应用。 第二理论的应用和局限 1、应用 脆性材料的二向应力状态且压应力很大的情况。 2、局限 与极少数的脆性材料在某些受力形势下的实验结果相吻合。 第三理论的应用和局限 1、应用 材料的屈服失效形势。 2、局限 没考虑σ2对材料的破坏影响,计算结果偏于安全。 第四理论的应用和局限 1、应用 材料的屈服失效形势。 2、局限 与第三强度理论相比更符合实际,但公式过于复杂。 2、总结来讲: 第一和第二强度理论适用于:铸铁、石料、混凝土、玻璃等,通常以断裂形式失效的脆性材料。 第三和第四强度理论适用于:碳钢、铜、铝等,通常以屈服形式失效的塑性材料。 以上是通常的说法,在实际中,有复杂受力条件下,哪怕同种材料的失效形

(完整版)四大强度理论基本内容介绍

四大强度理论基本内容介绍: 1、最大拉应力理论(第一强度理论): 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是: σ1=σb。σb/s=[σ] 所以按第一强度理论建立的强度条件为:σ1≤[σ]。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论): 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。 εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得:ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E 所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。按第二强度理论建立的强度条件为:σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。 3、最大切应力理论(第三强度理论): 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。 依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力)

由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。 按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。 4、形状改变比能理论(第四强度理论): 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。 四大强度理论适用的范围 各种强度理论的适用范围及其应用 第一理论的应用和局限 1、应用 材料无裂纹脆性断裂失效形势(脆性材料二向或三向受拉状态;最大压应力值不超过最大拉应力值或超过不多)。 2、局限 没考虑σ2、σ3对材料的破坏影响,对无拉应力的应力状态无法应用。 第二理论的应用和局限 1、应用 脆性材料的二向应力状态且压应力很大的情况。 2、局限 与极少数的脆性材料在某些受力形势下的实验结果相吻合。

材料力学四个强度理论

四大强度准则理论: 1、最大拉应力理论(第一强度理论): 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是: σ1=σb。σb/s=[σ] 所以按第一强度理论建立的强度条件为: σ1≤[σ]。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论): 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。 εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得: ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E 所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。 按第二强度理论建立的强度条件为: σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。 3、最大切应力理论(第三强度理论): 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。 τmax=τ0。 依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力) 由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。 所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。 按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。 4、形状改变比能理论(第四强度理论): 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。 发生塑性破坏的条件为: 所以按第四强度理论的强度条件为:sqrt(σ1^2+σ2^2+σ3^2-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]

工程力学 名词解释

工程力学名词解释 1、稳定性(stability): 是指构件在压缩载荷的作用下,保持平衡形式 不能发生突然转变的能力; 2、约束力(constraint force): 当物体沿着约束所限制的方向有运动或 运动趋势时,彼此连接在一起的物体之间将产生相互作用力,这种力称为约束力。 3、光滑面约束(constraint of smooth surface): 构件与约束的接触面 如果说是光滑的,即它们之间的摩擦力可以忽略时,这时的约束称为光滑面约束。 4、加减平衡力系原理:在承受任意力系作用的刚体上,加上任意平衡 力系,或减去任意平衡力系,都不会改变原来力系对刚体的作用效应。这就是加减力系平衡原理。 5、二力构件:实际结构中,只要构件的两端是铰链连接,两端之间没 有其他外力作用,则这一构件必为二力构件。 6、自锁:主动力作用线位于摩擦角范围内时,不管主动力多大,物体 都保持平衡,这种现象称为自锁。 7、固体力学(solid mechanics):即研究物体在外力作用下的应力、变 形和能量,统称为应力分析。 8、材料科学中的材料力学行为:即研究材料在外力和温度作用下所表现出 的力学性能和失效行为。 9、工程设计(engineering design):即设计出杆状构件或零部件的合理形状 和尺寸,以保证它们具有足够的强度、刚度和稳定性。 10、微元(element):如果将弹性体看作由许多微单元体所组成,这些微单 元体简称微元体或微元。 11、弹性体受力与变形特点:弹性体在载荷作用下,将产生连续分布的内力。 弹性体内力应满足:与外力的平衡关系;弹性体自身变形协调关系;力与变形之间的物性关系。这是弹性静力学与刚体静力学的重要区别。 12、外力突变:所谓外力突变,是指有集中力、集中力偶作用的情形:分布 载荷间断或分布载荷集度发生突变的情形。 13、控制面:在一段杆上,内力按某一种函数规律变化,这一段杆的两个端

强度理论-压力极限.

受均匀外压时是否存在使材料破坏的极限压力? 1.主题词 材料强度,强度理论,压力,破坏, 2.问题背景 水是有压力的,水深每增加10米,水的压力就增加一个大气压,那么在几千米的大海深处物体所受到的压力之大是在地球表面难以模拟和想象的。为什么在深海海底的软泥中还能完好无损地保存着史前微生物的遗体,一些海底生物也没有因为海水的压力而消亡? 类似地,土层对于埋藏在土中的物体也有压力作用,而且比水的压力更大,每4米土深就相当于10米水深。恐龙作为7000万年前的生物早已成为化石沉入地底,并随着底层下降,同样承受着巨大的土压力,为什么如今的考古学家居然可以发掘出完整的恐龙骨架?它为什么没有被土压碎? 这两个疑问可以归纳为同一个力学问题:即受均匀外压时,是否存在着一个使材料发生强度破坏的极限压力?如果答案是肯定的,那末就需要有试验验证对于确定的物体材料测出确定的极限压力。如果答案是否定的,那么需要给出一个令人信服的理论解释。 南京地质学校的教师李泰来在十几年的时间里做了无数个试验,包括在4600米深海的水压试验。在这样的深度,被抽成真空的热水瓶胆由于比重比海水小,被轻易地压得粉碎;但是,一块普通的豆腐乳由于比重比海水大,居然丝毫无损(在地面上,仅用一个装满水的矿泉水瓶就可以把这种豆腐乳压碎压扁)。大量的试验过后,李泰来得出了如下结论: “水其实只对比重比它小的物体有压力;对于比重和它一样的物体是没有压力的。而对于比重大的物体,水不仅产生不了压力,而且反过来被对方‘压’”。 基于新的比重理论和大量精确的试验数据,最终得出了更惊人的结论:物体自由落体理论、单摆振动理论、万有引力定律和流体静压定律、浮力定律等五大经典定律全部在精密的实验面前被推翻! 本案例只讨论在外压下材料的强度问题。 3.问题与思考题 (1)你相信这个关于水压力与比重相关的结论吗? (2)物体的强度和材料的强度有何区别?是否存在着一个使材料发生强度破坏的极限压力? (3)试设计一个试验方案可以验证问题(3)的答案 4.问题分析与参考答案 (1)这个关于水压力与比重相关的结论确实是前所未闻的。为了使问题明确起见,让我们首先讨论上文提到的两个试验。对于试验的结果,可能并不值得怀疑,但如何解释这一结果却是大不一样。抽真空的热水瓶胆在深海下被压碎属于外压失稳破坏,失稳是结构或构件的一种特定的失效形式,这与实心物体的强度破坏完全是两回事,两者间不具备什么可比性,因此以此事实归纳出的结论是难以令

四大强度理论对比

四大强度理论 1、最大拉应力理论(第一强度理论): 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是: σ1=σb。σb/s=[σ] 所以按第一强度理论建立的强度条件为: σ1≤[σ]。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论): 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。 εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得: ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E 所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。 按第二强度理论建立的强度条件为: σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。 3、最大切应力理论(第三强度理论): 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。 τmax=τ0。 依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力) 由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。

所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。 按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。 4、形状改变比能理论(第四强度理论): 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力 状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。 发生塑性破坏的条件为: 所以按第四强度理论的强度条件为: 2、sqrt(σ1^2+σ2^2+σ3^2-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ] 四个强度理论的比较

兰州大学网络教育工程力学命题作业四种强度理论的详细说明

详细说明四种强度理论的破坏标志、基本假设内容、建立的强度条件公式以及适用的范围。 一、四大强度理论基本内容介绍: 1、最大拉应力理论(第一强度理论): 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素最大拉应力,无论什么应力状态,只要第一主应力达到单向拉伸时的强度极限,即断裂。 破坏形式:断裂。 破坏条件:σ1=σb。 强度条件:σ1≤[σ]。 缺点:未考虑其他两主应力。 使用范围:适用脆性材料受拉。如:铸铁拉伸、扭转。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论): 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。破坏假设:最大拉伸应变达到简单拉伸的极限(假定直到发生断裂仍可用胡克定律计算)。 破坏形式:断裂。 脆断破坏条件: ε1=εu=σb/E ε1=[σ1-μ(σ2+σ3)]/E 破坏条件:σ1-μ(σ2+σ3)=σb。 强度条件:σ1-μ(σ2+σ3)≤[σ]。 缺点:不能广泛解释脆断破坏一般规律。 使用范围:适于石料、混凝土轴向受压的情况。 3、最大切应力理论(第三强度理论): 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。破坏假设:复杂应力状态危险标志最大切应力达到该材料简单拉、压时切应力极限。 破坏形式:屈服。 破坏因素:最大切应力。 屈服破坏条件:τmax=τu=σs/2 τmax=(σ1-σ3)/2。 破坏条件:σ1-σ3=σs。 强度条件:σ1-σ3≤[σ]。 缺点:无σ2影响。

工程力学课后习题答案

工程力学 练习册 学校 学院 专业 学号 教师 姓名

第一章静力学基础 1-1 画出下列各图中物体A,构件AB,BC或ABC的受力图,未标重力的物体的重量不计,所有接触处均为光滑接触。 (a) (b) (c) (d) (e)

(f) (g) 1-2 试画出图示各题中AC杆(带销钉)和BC杆的受力图 (a)(b)(c) (a) 1-3 画出图中指定物体的受力图。所有摩擦均不计,各物自重除图中已画出的外均不计。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

第二章 平面力系 2-1 电动机重P=5000N ,放在水平梁AC 的中央,如图所示。梁的A 端以铰链固定,另一端以撑杆BC 支持,撑杆与水平梁的夹角为30 0。如忽略撑杆与梁的重量,求绞支座A 、B 处的约束反力。 题2-1图 解得: N P F F B A 5000=== 2-2 物体重P=20kN ,用绳子挂在支架的滑轮B 上,绳子的另一端接在绞车D 上,如图所示。转动绞车,物体便能升起。设滑轮的大小及轴承的摩擦略去不计,杆重不计,A 、B 、C 三处均为铰链连接。当物体处于平衡状态时,求拉杆AB 和支杆BC 所受的力。 题2-2图 解得: P F P F AB BC 732.2732.3=-= 2-3 如图所示,输电线ACB 架在两电线杆之间,形成一下垂线,下垂距离CD =f =1m ,两电线杆间距离AB =40m 。电线ACB 段重P=400N ,可近视认为沿AB 直线均匀分布,求电线的中点和两端的拉力。 题2-3图 以AC 段电线为研究对象,三力汇交 2-4 图示为一拔桩装置。在木桩的点A 上系一绳,将绳的另一端固定在点C ,在绳的点B 系另一绳BE ,将它的另一端固定在点E 。然后在绳的点D 用力向下拉,并使绳BD 段水平,AB 段铅直;DE 段与水平线、CB 段与铅直线成等角α=0.1rad (弧度)(当α很小时, tan α≈α)。如向下的拉力F=800N ,求绳AB 作用于桩上的拉力。 题2-4图 作BD 两节点的受力图 联合解得:kN F F F A 80100tan 2=≈= α 2-5 在四连杆机构ABCD 的铰链B 和C 上分别作用有力F 1和F 2,,机构在图示位置平衡。求平衡时力F 1和F 2的大小间的关系。 题2-5图 以B 、C 节点为研究对象,作受力图 解得:4 621=F F 2-6 匀质杆重W=100N ,两端分别放在与水平面成300 和600 倾角的光滑斜面上,求平衡时这两斜面对杆的约束反力以及杆与水平面间的夹角。 题2-6图 2-7 已知梁AB 上作用一力偶,力偶矩为M ,梁长为l ,梁重不计。求在图a,b,两三种情况下,支座A 和B 的约束反力。 (a ) (b ) 题2-7图

四种强度理论

1、最大拉应力理论: 这一理论又称为第一强度理论。这一理论认为破坏主因是最大拉应力。不论复杂、简单的应力状态,只要第一主应力达到单向拉伸时的强度极限,即断裂。 破坏形式:断裂。 破坏条件:σ1 =σb 强度条件:σ1≤[σ] 实验证明,该强度理论较好地解释了石料、铸铁等脆性材料沿最大拉应力所在截面发生断裂的现象;而对于单向受压或三向受压等没有拉应力的情况则不适合。 缺点:未考虑其他两主应力。 使用范围:适用脆性材料受拉。如铸铁拉伸,扭转。 2、最大伸长线应变理论 这一理论又称为第二强度理论。这一理论认为破坏主因是最大伸长线应变。不论复杂、简单的应力状态,只要第一主应变达到单向拉伸时的极限值,即断裂。破坏假设:最大伸长应变达到简单拉伸的极限(假定直到发生断裂仍可用胡克定律计算)。 破坏形式:断裂。

脆断破坏条件:ε1= εu=σb/E ε1=1/E[σ1?μ (σ2+σ3)] 破坏条件:σ1?μ(σ2+σ3) = σb 强度条件:σ1?μ(σ2+σ3)≤[σ] 实验证明,该强度理论较好地解释了石料、混凝土等脆性材料受轴向拉伸时,沿横截面发生断裂的现象。但是,其实验结果只与很少的材料吻合,因此已经很少使用。 缺点:不能广泛解释脆断破坏一般规律。 使用范围:适于石料、混凝土轴向受压的情况。 3、最大切应力理论: 这一理论又称为第三强度理论。这一理论认为破坏主因是最大切应力 maxτ。不论复杂、简单的应力状态,只要最大切应力达到单向拉伸时的极限切应力值,即屈服。破坏假设:复杂应力状态危险标志最大切应力达到该材料简单拉、压时切应力极限。 破坏形式:屈服。 破坏因素:最大切应力。 τmax=τu=σs/2 屈服破坏条件:τmax=1/2(σ1?σ3 ) 破坏条件:σ1?σ3= σs 强度条件:σ1?σ3≤[σ]

材料四大强度理论

四大强度准则理论: 1、最大拉应力理论(第一强度理论): 这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是: σ1=σb。σb/s=[σ] 所以按第一强度理论建立的强度条件为: σ1≤[σ]。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论): 这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得: ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E 所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。按第二强度理论建立的强度条件为: σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。 3、最大切应力理论(第三强度理论): 这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。τmax=τ0。依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs--横截面上的正应力) 由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。 4、形状改变比能理论(第四强度理论): 这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。发生塑性破坏的条件为: 所以按第四强度理论的强度条件为:sqrt(σ1^2+σ2^2+σ3^2-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]

《工程力学》第7次作业(应力状态与强度理论).

《工程力学》第7次作业(应力状态与强度理论) 2009-2010学年第2学期3系、5系各班 班级学号姓名成绩 一、填空题 1.过构件内某点各个截面中的最大正应力和最小正应力就是该点处的。 2.最大切应力作用面与主应力作用面成度角。 3.研究点的应力状态,通常是该点取单元体,由于单元体尺寸为,所以可认为单元体每个侧面上的应力是;两相互平行的侧面上相应的应力大小是的,符号是的。 4.若单元体某一截面上的,则该截面称为主平面;主平面上的称为主应力。一个单元体上有相互的三对主平面,因此有三个主应力,它们按代数值大小的排列顺序是。 5.人们把从生产实践和力学试验中观测到的材料失效现象与构件的应力分析相结合,提出了一些解释材料在复杂应力状态下失效原因的假说,这些假说称为。材料失效的现象尽管多种多样,但其主要形式不外乎两种:一是,二是。 6.第一强度理论认为是引起材料失效的原因,其强度条件为。 7.第三强度理论认为是引起材料失效的原因,其强度条件为。 8.第四强度理论认为是引起材料失效的原因,其强度条件为。 二、问答题 1、什么叫一点处的应力状态?为什么要研究一点处的应力状态?如何研究一点处的应力状态? 2、.什么叫单元体?什么叫主平面和主应力?主应力与正应力有什么区别?

三、计算题 1、试画出图示简支梁上点A和B处的应力单元体,并算出这两点的主应力数值。 2、试求各单元体中指定斜截面上的正应力和切应力。

3、对于下列所示的单元体,试求: (1)求出主应力和主平面方位; (2)画出主单元体; (3)最大切应力。 4、如图所示的圆轴,直径30=d mm ,如拉力50=F KN ,扭矩2.0=M KN·m , []120 =σMPa 。试按第三和第四强度理论,校核其强度。

四种强度理论(1)

由于材料的破坏按其物理本质分为脆断和屈服两类形式,所以,强度理论也就相应地分为两类,下面就来介绍目前常用的四个强度理论。 1、最大拉应力理论: 这一理论又称为第一强度理论。这一理论认为破坏主因是最大拉应力。不论复杂、简单的应力状态,只要第一主应力达到单向拉伸时的强度极限,即断裂。 破坏形式:断裂。 破坏条件:σ1 =σb 强度条件:σ1≤[σ] 实验证明,该强度理论较好地解释了石料、铸铁等脆性材料沿最大拉应力所在截面发生断裂的现象;而对于单向受压或三向受压等没有拉应力的情况则不适合。 缺点:未考虑其他两主应力。 使用范围:适用脆性材料受拉。如铸铁拉伸,扭转。 2、最大伸长线应变理论 这一理论又称为第二强度理论。这一理论认为破坏主因是最大伸长线应变。不论复杂、简单的应力状态,只要第一主应变达

到单向拉伸时的极限值,即断裂。破坏假设:最大伸长应变达到简单拉伸的极限(假定直到发生断裂仍可用胡克定律计算)。 破坏形式:断裂。 脆断破坏条件:ε1=εu=σb/E ε1=1/E[σ1?μ (σ2+σ3)] 破坏条件:σ1?μ(σ2+σ3) =σb 强度条件:σ1?μ(σ2+σ3)≤[σ] 实验证明,该强度理论较好地解释了石料、混凝土等脆性材料受轴向拉伸时,沿横截面发生断裂的现象。但是,其实验结果只与很少的材料吻合,因此已经很少使用。 缺点:不能广泛解释脆断破坏一般规律。 使用范围:适于石料、混凝土轴向受压的情况。 3、最大切应力理论: 这一理论又称为第三强度理论。这一理论认为破坏主因是最大切应力 maxτ。不论复杂、简单的应力状态,只要最大切应力达到单向拉伸时的极限切应力值,即屈服。破坏假设:复杂应力状态危险标志最大切应力达到该材料简单拉、压时切应力极限。 破坏形式:屈服。 破坏因素:最大切应力。 τmax=τu=σs/2 屈服破坏条件:τmax=1/2(σ1?σ3)

《工程力学(工程静力学与材料力学)(第3版)》习题解答:第12章 强度理论

工程力学(工程静力学与材料力学)习题与解答 第12章 强度理论 12-1 对于建立材料在一般应力状态下的失效判据与设计准则,试选择如下合适的论述。 (A )逐一进行试验,确定极限应力; (B )无需进行试验,只需关于失效原因的假说; (C )需要进行某些试验,无需关于失效原因的假说; (D )假设失效的共同原因,根据简单试验结果。 知识点:建立强度理论的主要思路 难度:一般 解答: 正确答案是 D 。 12-2 对于图示的应力状态(y x σσ>)若为脆性材料,试分析失效可能发生在: (A )平行于x 轴的平面; (B )平行于z 轴的平面; (C )平行于Oyz 坐标面的平面; (D )平行于Oxy 坐标面的平面。 知识点:脆性材料、脆性断裂、断裂原因 习题12-2、12-3图

难度:难 解答: 正确答案是 C 。 12-3 对于图示的应力状态,若x y σσ=,且为韧性材料,试根据最大切应力准则,失效可能发生在: (A )平行于y 轴、其法线与x 轴的夹角为45°的平面,或平行于x 轴、其法线与y 轴的夹角为45°的平面内; (B )仅为平行于y 轴、法线与z 轴的夹角为45°的平面; (C )仅为平行于z 轴、其法线与x 轴的夹角为45°的平面; (D )仅为平行于x 轴、其法线与y 轴的夹角为45°的平面。 知识点:韧性材料、塑性屈服、屈服原因 难度:难 解答: 正确答案是 A 。 12-4 铸铁处于图示应力状态下,试分析最容易失效的是: (A )仅图c ; (B )图a 和图b ; (C )图a 、b 和图c ; (D )图a 、b 、c 和图d 。 知识点:脆性材料、脆性断裂、断裂准则 习题12-4、12-5图

工程力学课程教学大纲

《工程力学》课程教学大纲 课程代码:210305 课程名称:工程力学/Engineering Mechanics 学时/学分:96 / 6 先修课程:《高等数学》、《线性代数》 适用专业:机械设备及自动化、材料成型及控制工程、汽车应用技术、金属材料工程 开课院系:基础教学学院工程力学教学部 开课院系:基础教学学院工程力学教学部 教材:《工程力学教程》西南交大应用力学与工程系编 2004年7月 参考教材:《理论力学》第六版哈尔滨工业大学理力教研室高教社2002年8月教材: 主要参考书:《材料力学》单辉祖高等教育出版社 2004年 4月第二版 《材料力学》刘鸿文高等教育出版社 2004年第四版 一、课程的性质和任务 《工程力学》包括理论力学和材料力学这两门课的主要部分内容,是机电、材料、汽车等工科大学一门重要的技术基础课。它的任务是使学生在学习高等数学、工程制图等课程的基础上,培养学生对简单工程对象正确建立力学模型的能力,对这些力学模型进行静力学,运动学,动力学(包括瞬时与过程)分析和计算的能力;同时对构件的强度、刚度以及稳定性等问题有明确的基本概念和基本计算能力。能利用工程力学的基本概念判断分析结果正确与否的能力。并为后续课程学习、以及从事工程技术工作打下坚实的力学基础。 二、教学内容和基本要求 理论力学内容部分和基本要求: (一)静力学: 力的概念;约束及约束力;物体的受力分析;各种力系的简化与平衡;摩擦和物体的重心。(二)运动学: 描述点的运动方程、在其基础上求点速度和加速度;刚体的平动与定轴转动方程的建立、如何求其速度和加速度;重点讲授点的复合运动和刚体的平面运动。 (三)动力学: 质点运动微分方程,动力学普遍定理应用,惯性力的概念及达朗伯原理。 学完理论力学后,应完整地理解基本内容,掌握基本概念、基本理论和基本方法,并达到下列要求: 1、具有从简单实际问题中提出理论力学问题的初步能力。 2、能选取分离体并正确画出受力图。 3、平面力系和空间力系的简化;能熟练运用平面力系的平衡方程求解简单物系的平衡问题(包 括考虑有摩擦力的情况)。 4、能正确地运用分解和合成的方法分析点的运动。能熟练运用点的速度合成定理。熟练地计算 刚体作平面运动时角速度和刚体上点的速度。 5、能正确运用动力学普遍定理求解简单的动力学问题。 6、能熟练地运用达朗伯原理求解简单的动反力问题。

工程力学答案

1. 一物体在两个力的作用下,平衡的充分必要条件是这两个力是等值、反向、共线。 ( √ ) 2. 若作用在刚体上的三个力的作用线汇交于同一个点,则该刚体必处于平衡状态。 ( × ) 3. 理论力学中主要研究力对物体的外效应。 ( √ ) 4. 凡是受到二个力作用的刚体都是二力构件。 ( × ) 5. 力是滑移矢量,力沿其作用线滑移不会改变对物体的作用效果。 ( √ ) 6. 在任何情况下,体内任意两点距离保持不变的物体称为刚体。 ( √ ) 7. 加减平衡力系公理不但适用于刚体,而且也适用于变形体。 ( × ) 8. 力的可传性只适用于刚体,不适用于变形体。 ( √ ) 9. 只要作用于刚体上的三个力汇交于一点,该刚体一定平衡。 ( × ) 10. 力的平行四边形法则只适用于刚体。 ( √ ) 1.作用在刚体上两个不在一直线上的汇交力F 1和F 2 ,可求得其合力R = F 1 + F 2 ,则其合力的大小 ( B;D ) (A) 必有R = F 1 + F 2 ; (B) 不可能有R = F 1 + F 2 ; (C) 必有R > F 1、R > F 2 ; (D) 可能有R < F 1、R < F 2。 2. 以下四个图所示的力三角形,哪一个图表示力矢R 是F 1和F 2两力矢的合力矢量 ( B ) 3. 以下四个图所示的是一由F 1 、F 2 、F 3 三个力所组成的平面汇交力系的力三角形,哪一个图表示此汇交力系是平衡的 ( A ) 4.以下四种说法,哪一种是正确的 ( A ) (A )力在平面内的投影是个矢量; (B )力对轴之矩等于力对任一点之矩的矢量在该轴上的投影; (C )力在平面内的投影是个代数量; (D )力偶对任一点O 之矩与该点在空间的位置有关。 5. 以下四种说法,哪些是正确的? ( B ) F F R ( F F R ( F F R ( F R F ( F F F ( F F F ( F F F ( F F F (

工程力学资料

1:钢筋混凝土钢架的受力及支座情况如图。已知F =10KN ,m =15KN.m ,钢架自重不计,求支座反力。 解:1、刚架为研究对象,画刚架的受力图, 建立坐标轴 2、列平衡方程求解未知力 ∑F x =0 F -F BX =0 F BX =F =10KN ∑m A (F )=0 -F ×3-m +F BY ×3=0 F BY =15KN () ∑F y =0 F A +F BY =0 F A =-F BY =-15KN () 2: 一刚架受到q 、F 作用,试求A,B 支座处反力。 解: 0=∑A m - F h-q ·a ·a /2 +F By ·a=0 F By = +F a h q a 2= 9KN (向上_) 0=∑B m q ·a · 2 a -F ·h - F Ay ·a=0 F Ay = -F h/a+qa/2 =-7kN(向下) 0=∑x F F+ F AX =0 F AX = 4KN(向左) 3直角弯杆AB 和构件BCD 在B 处铰接而成,不计各构件自重,尺寸a 及矩为M 的力偶已知,求D 支座的约束反力。 1、()←= a m X D ()↓=a m Y D

4试求F 对B 点之矩。 解:直接计算矩心B 到力F 作用线的垂直距离d 比较麻烦。可将F 分解为两个力F 1 和F 2。 它们的大小分别为:F 1 = F cos300 F 2=F sin30 由合力矩定理,得: m B (F )= m B (F 1)+ m B (F 2)=F 2×b -F 1×a =F (b sin300 -a cos300 ) =500(0.2×sin300 -0.1× cos300 )=6.67N.m 5求如图所示平面汇交力系的合力。 解:取直角坐标系如图,合力F R在坐标轴上的投影为: F R =∑F X = -400+250cos450 -200×4/5=-383.2(N) F RY =∑F Y = 250sin450 -500+200×3/5=-203.2(N) =+= 2 2RY RX R F F F 433.7(N) α=arctg(203.2/383.2)=27.90 因F RX ,FRy 均为负值,所以F R 在第三象限,如图。 6求图所示三角支架中杆AC 和杆BC 所受的力。 解:(1)为研究对象,画受力图 (2)选取坐标系 (3)列平衡方程,求解未知力 由 060sin 0 0=-=∑W N Y AC 得 KN W N AC 55.11866.010 60 sin 0 === 由 060cos 0 0=-=∑AC BC N N X 得 KN N N AC BC 77.55.055.1160cos 0 =?== 7图示矩形截面杆,横截面上的正应力沿截面高度线性分布,截面顶边各点处的正应力均为 σmax =100 MPa ,底边各点处的正应力均为零。试问杆件横截面上存在何种内力分量,并确 定其大小。图中之C 点为截面形心。

工程力学作业

工程力学作业 一、填空题: 1.受力后几何形状和尺寸均保持不变的物体称为。 2.构件抵抗的能力称为强度。 3.圆轴扭转时,横截面上各点的切应力与其到圆心的距离成比。 4.梁上作用着均布载荷,该段梁上的弯矩图为。 5.偏心压缩为的组合变形。 6.柔索的约束反力沿离开物体。 7.构件保持的能力称为稳定性。 8.力对轴之矩在情况下为零。 9.梁的中性层与横截面的交线称为。 10.图所示点的应力状态,其最大切应力是。 11.物体在外力作用下产生两种效应分别是。 12.外力解除后可消失的变形,称为。 13.力偶对任意点之矩都。 14.阶梯杆受力如图所示,设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A,弹性模量为E,则杆中最大正应力 为。 15.梁上作用集中力处,其剪力图在该位置有。 16.光滑接触面约束的约束力沿指向物体。 17.外力解除后不能消失的变形,称为。 18.平面任意力系平衡方程的三矩式,只有满足三个矩心的条件时,才能成为力系平衡的 充要条件。 19.图所示,梁最大拉应力的位置在点处。 20.图所示点的应力状态,已知材料的许用正应力[σ],其第三强度理论的强度条件是。 21.物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态,称为。

22.在截面突变的位置存在集中现象。 23.梁上作用集中力偶位置处,其弯矩图在该位置有。 24.图所示点的应力状态,已知材料的许用正应力[σ],其第三强度理论的强度条件是。 25.临界应力的欧拉公式只适用于杆。 26.只受两个力作用而处于平衡状态的构件,称为。 27.作用力与反作用力的关系是。 28.平面任意力系向一点简化的结果的三种情形是。 29.阶梯杆受力如图所示,设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A,弹性模量为E,则截面C的位移 为。 30.若一段梁上作用着均布载荷,则这段梁上的剪力图为。 二、计算题: 1.梁结构尺寸、受力如图所示,不计梁重,已知q=10kN/m,M=10kN·m,求A、B、C处的约束力。 2.铸铁T梁的载荷及横截面尺寸如图所示,C为截面形心。已知I z=60125000mm4,y C=157.5mm,材料许用压 应力[σc]=160MPa,许用拉应力[σt]=40MPa。试求:①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件校核梁的强度。

四大强度理论

四种强度理论的破坏标志、基本假设内容、建立的强度条件 公式以及适用的范围。 一、四大强度理论基本内容介绍: 1、最大拉应力理论(第一强度理论):这一理论认为引起材料脆性断裂破坏的因素是最大拉应力,无论什么应力状态,只要构件内一点处的最大拉应力σ1达到单向应力状态下的极限应力σb,材料就要发生脆性断裂。于是危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是:σ1=σb。σb/s=[σ]所以按第一强度理论建立的强度条件为:σ1≤[σ]。 2、最大伸长线应变理论(第二强度理论):这一理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素,无论什么应力状态,只要最大伸长线应变ε1达到单向应力状态下的极限值εu,材料就要发生脆性断裂破坏。εu=σb/E;ε1=σb/E。由广义虎克定律得:ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。按第二强度理论建立的强度条件为:σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。 3、最大切应力理论(第三强度理论):这一理论认为最大切应力是引起屈服的主要因素,无论什么应力状态,只要最大切应力τmax达到单向应力状态下的极限切应力τ0,材料就要发生屈服破坏。依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs——横截面上的正应力)由公式得:τmax=τ1s=(σ1-σ3)/2。所以破坏条件改写为σ1-σ3=σs。按第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。 4、形状改变比能理论(第四强度理论):这一理论认为形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏。 二、四大强度理论适用的范围 1、各种强度理论的适用范围及其应用第一理论的应用和局限1、应用材料无裂纹脆性断裂失效形势(脆性材料二向或三向受拉状态;最大压应力值不超过最大拉应力值或超过不多)。 2、局限没考虑σ2、σ3对材料的破坏影响,对无拉应力的应力状态无法应用。 第二理论的应用和局限1、应用脆性材料的二向应力状态且压应力很大的情况。 2、局限与极少数的脆性材料在某些受力形势下的实验结果相吻合。 第三理论的应用和局限1、应用材料的屈服失效形势。2、局限没考虑σ2对材料的破坏影响,计算结果偏于安全。 第四理论的应用和局限1、应用材料的屈服失效形势。2、局限与第三强度理论相比更符合实际,但公式过于复杂。

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