钢结构施工过程有限元数值模拟分析方法及计算结果
摘要：介绍济南奥体中心主体育场钢结构的制作工艺与施工过程，钢结构施工过程有限元数值模拟分析方法及计算结果，有效地指导钢结构的施工过程。
关键词：加工制作施工数值分析
一、工程概况
济南奥体中心主体育场位于济南市东部新城区龙洞地区经十东路，总体建筑面积
154323m2 ，可容纳6万座席。体育场屋盖形状类似济南市树“柳叶”造型，整体椭圆平面长轴约360m，短轴约310m。体育场上部钢结构屋盖采取东、西两片独立的折板型空间悬挑桁架罩棚结构，单片罩棚最宽约70m，南北纵向最长约330m。罩棚中间高、两边低，高差14m，最高点离地面约52m。主桁架最大悬挑长度约53m，悬臂根部最大高度7m；最小悬挑长度28m，悬臂根部高度5m；悬臂端部高度1.5m。结构整体建筑效果如图1所示。
体育场钢结构屋盖东、西罩棚每侧径向主桁架均为64榀，悬挑罩棚前端屋面为平板结构，环向次桁架共布置9圈，形成折板型空间悬挑结构主要受力体系。中部桁架下弦平面设置6道Φ50mm的预应力棒钢水平支撑，以增强结构的整体侧向抗扭刚度，如图2所示。64榀主桁架下端通过32根Y型钢柱支撑于外围型钢混凝土墩台之上，上部（悬挑根部）通过32个节点支座支撑于看台上的钢管砼塔柱上，形成稳定的空间结构受力体系。主体育场罩棚钢结构用量约6600 t，由江苏沪宁钢机股份有限公司制作与安装。
二、钢结构制作与施工
1. 钢结构制作与施工的特点
本工程钢结构的制作与施主要有以下特点：主体钢屋盖呈双曲面，各点标高不一、空间定位点多样；主要结构构件超重、超长；主桁架跨度大、安装高度高，悬挑长度大；节点对中心线对称，但不完全相同，特别是铸钢节点，现场拼装胎架数量多。其中的制作施工质量控制难点主要有：钢构件加工质量的控制；结构安装现场的测量、放线和校正，现场场地布置；桁架现场安装；高空焊接对安装质量的影响；安装工期短，安全施工保证措施等。
2. 钢结构加工制作
针对本工程结构加工制作及施工的特点与难点，制作前编制了详细的焊接工艺流程，施工中采取了一系列工艺措施，保证结构每一根构件的质量，进而确保整个工程的质量要求。限于篇幅与阐述的重点，此处仅做简要介绍。本工程钢结构构件和节点的制作可分为：钢管桁架构件的制作、节点支座的加工与铸钢节点制作、次桁架平面分段的加工制作等。对管桁架主要采用相贯焊接节点，上、下弦杆的部分复杂交汇节点采用了铸钢加工节点。
（1）弧形钢管桁架结构制作
本工程相贯线数控切割加工钢管主要规格为Φ127x6~Φ450x25。根据工厂加工制作此类结构构件的实际情况，对于弧度较小的钢管主要采用了中频弯管；对于弧度较大的构件采用冷加工弯管工艺。构件在工厂分段制作组装，发运至现场后拼装成立体桁架单元进行吊装。（2）支座节点的加工制作
本工程钢结构节点形式主要包括钢管桁架相贯节点、铸钢件节点、预应力钢棒节点、H型钢柱支座节点、钢管柱支座节点等。铸钢件节点采用德国标准DIN17182，材料牌号
GS-20Mn5V。对其中重要的钢管柱支座节点，采用了板式加劲焊接加工预先就位、安装中构件散装对接焊进行拼接的工装措施。典型的结构内圈支座节点制作工艺如下（图3）：1）组装胎架，平铺底板；
2）支座底板与底板下部加劲板反造法组装；
3）支座底板组合件与钢管柱的组装并反驳、刻划上部构件安装线；
4）支座上部构件定位肋板的组装；
5）支座本体与主桁架支撑构件的组装。
3. 钢结构施工过程
结合现场土建施工条件，采用场内、场外分区、分段进行结构的拼装与吊装、验收合格后再分步卸载、最终完成结构施工的施工方案。在先行施工完成的砼看台上布置内、外两圈施工临时支撑，依次安装上部屋面分段桁架、安装内圈支座，再安装侧面分段桁架、完成外圈支座的定位焊接；最后安装环向次桁架，主结构整体吊装完毕。之后逐步卸除内圈临时支撑架（外圈支撑已在安装内圈支座的同时已同步逐次卸除），实施结构卸载。
（1）主结构吊装施工
施工中采用从场地中轴往南北两端对称吊装、东西两侧罩棚钢结构的安装对称进行的吊机行走技术路线，共分东西两侧对称的8个吊装区域。场内、外大型履带吊分别选用350t、200t 及150t 级别。主桁架吊装施工分段如图4所示，每二榀组成一个立体吊装单元。屋面桁架由大型履带吊从场内以立体分段的形式进行吊装；吊装到位后放置在临时支撑系统上固定、调整，进行内圈V型支座的安装，如图5所示。侧面桁架由大型履带吊从场外以立体分段的形式进行吊装、就位；罩棚结构的外圈支座组装焊接、立体桁架的拼接安装完成后，最后进行环向次桁架的安装。次桁架重量较小，在地面上拼装好进行整体吊装。
（2）临时支撑布设
根据现场施工方案，设置内、外两圈临时支撑。外圈临时支撑系统（双肢Φ609x12钢管柱）布置在屋面桁架下部内圈支座附近的砼看台上（在屋面桁架安装过程中已及时去掉并用结构内支座取代，实现循环利用）；内圈临时支撑系统（4L 125x12格构柱，竖肢水平间距1m，L63x6腹杆）布置在砼看台的C~F轴之间，整个罩棚吊装完成并验收合格、卸载后方可拆除。内圈格构支撑柱间上部设2 H450x300x20x25横梁布设主桁架支撑点位并将内圈支撑连成整体；当临时支撑柱下端不在下部砼梁柱框架网格上时，在相应砼看台上搭设钢结构转换传力平台，支撑柱固定在钢平台上。
（3）结构卸载
本工程钢结构卸载工作主要特点为：
1）结构体系较复杂，卸载计算分析工作量大；
2）卸载点存在水平位移；
3）卸载总吨位大，单点卸载吨位大；
4）卸载点分布广，工程组织难度大；
5）施工临时支撑刚度不够产生不均匀沉降，在结构中产生局部高应力。
通过方案比较优选，最终实施的卸载方案是在结构施工过程分析计算的基础上，按照等距、微量下降的原则，根据计算所得的各支撑点卸载行程分步实施结构卸载。按照计算结果在卸载初期先采用不等距行程步消除由于临时支撑各点刚度差异产生的主结构受力与变形的不均匀性，以尽可能实现荷载的平稳转移；随后等量5mm、同步微量地完成卸载。卸载点水平位移较大时，在卸载步间需把千斤顶松掉，利用垫块代替支撑，调整其垂直度释放其水平位移，如图6所示。
三、结构施工过程有限元数值分析
在施工准备阶段，经过与设计和施工方技术专家深入讨论，初步形成了现有的施工组织措施。对于施工过程比较关键的问题，如施工的加载顺序、施工合拢温度、卸载顺序以及施工过程中的变形控制等，缺乏理论上的计算数据支持。对于此类复杂的新型结构体系来说，对施工全过程进行模拟分析计算，给出一些动态的量化指标，是保证工程安全有效实施不可或缺的一个重要环节。
1.有限元数值分析目的和意义
通过施工全过程模拟分析，控制结构构件在各荷载工况及其最不利组合作用下施工全过程中强度及稳定性要求，保证钢结构施工的安全性；通过考虑施工顺序加载模拟计算，准确了解结构安装过程中的内力分布、变化与变形情况，分阶段提供钢结构验收的变形控制指标，并得到卸载前钢结构的内应力及其几何位形，准确进行后继的卸载分析；模拟计算施工卸载过程工况，为合理实施施工卸载工序提供可靠依据。
2.有限元数值分析实施方法与步骤
针对本工程结构体系的类型与施工工艺特点，分别采用MIDAS/GEN V7.1.2与SAP 2000进行结构施工吊装与卸载过程的数值模拟分析。吊装过程分析采用了钢结构整体施工计算模型（包括支撑体系钢结构），主要考察了工况取值为结构自重＋施工荷载（0.2倍构件自重）时分段、分步吊装施工时结构各施工步的累积受力与变形情形；卸载过程分析则采用了主体钢结构的分析模型，通过程序特有的GAP单元模拟实施各卸载工况；该单元刚度采用了考虑体育场下部砼梁柱结构与钢结构支撑体系整体变形的总刚度，以期得到更接近现场施工实际情形的分析效果。由于上述的施工模拟数值分析过程均考虑了荷载工况的施加顺序与结构的累积变形几何效应，所进行的有限元计算实际上是静力非线性的过程。施工过程数值分析的荷载工况步骤即对应于现场实施的实际安装过程；根据实际的施工非线性加载过程，得到各阶段结构的应力、位移变形及支撑反力等计算数值，指导施工控制及验收。
除上述的结构整体施工全过程模拟计算外，对施工过程中可能出现一些意外工况，如卸载过程不同步或局部受力支撑点失稳等，分析其对整体结构应力分布及变形产生的影响、通过计算对意外工况的敏感性进行评估，以确保局部失稳状态不会引起连锁反应而导致整体破坏等，也有着很现实的意义。限于篇幅，仅给出其中部分的结构整体吊装与卸载施工分析计算典型结果进行说明。
3.结构吊装施工过程数值分析结果
根据上述的结构施工技术方案，采用累计38个荷载步对结构吊装过程进行数值模拟，详细了解各阶段结构的受力与变形情况，对现场采取的相应施工方案进行及时的跟踪与控制，取
得了整个吊装施工过程中结构的内力与变形、支撑系统反力变化较为均匀、缓和并始终处于预控合理范围的良好的技术经济效果。给出其中一组典型的数值分析结果以资说明。
4.结构卸载过程数值分析结果
根据上述的结构卸载施工方法与步骤，采用累计7个施工荷载步对结构卸载过程进行数值
模拟，各卸载点分布图及其具体卸载步骤行程见图10、表1。由于数值分析考虑了结构下部各卸载点处支撑的总刚度效应（考虑体育场下部砼梁柱结构与钢结构支撑体系整体变形），各卸载点支撑总刚度存在差异（不具有对X轴的对称性），对各卸载点实施的卸载行程均是不同的。
对各卸载步结构受力与变形情况进行及时跟踪与测控，整个卸载过程中结构的内力与变形、支撑系统反力变化较为均匀、缓和并始终处于预控合理范围，保证了结构卸载过程的安全可靠。各卸载点支撑分批、逐次退出工作，屋盖钢结构从支撑受力状态顺利转换到自由受力状态，取得了良好的技术经济效果。给出其中一组典型的数值分析结果以资说明。
四、结语
本文介绍了济南奥体中心主体育场钢结构工程的制作与施工情况，对结构的施工过程进行了全面的有限元模拟计算，给出了相应的数值分析典型结果。通过对施工方案及工艺的正确理解与模拟，有限元数值分析结果能够较好地指导实际工程的施工过程。随着钢结构工程项目的日趋大型化与复杂化，这种准确跟踪结构施工全过程的数值模拟工作也就显得愈发的重要。
参考文献：
(1) 钢结构设计规范GB50017-2003.
(2) 建筑钢结构焊接规程JGJ81-2002.
(3) 钢结构工程施工质量验收规程GB 50205-2001.
(4) 牟在根. 简明钢结构设计与计算. 北京:人民交通出版社, 2005.
(5) 李和华等. 钢结构连接节点设计手册(第二版). 北京: 中国建筑工业出版社, 2005.
(6) 王寅大, 蔺军, 谢艳花. “岭南明珠”体育馆屋盖钢结构施工过程模拟计算. 第四届海峡两岸及香港钢结构技术交流会论文集. 上海, 2006.
(7) 济南奥林匹克体育中心体育场钢结构罩棚工程施工组织设计. 江苏沪宁钢机股份有限公司, 2007.
钢结构设计计算公式及计算用表
钢结构设计计算公式及计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表1采用。钢铸件的强度设计值应按表2采用。连接的强度设计值应按表3~5采用。
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中间包结构有限元分析 摘要介绍了某钢厂中间包结构存在的问题，简要论述了中间包产生变形和裂纹的机理。利用数值模拟的方法对中间包结构强度和刚度进行有限元分析，通过计算所得的中间包温度场和应力场，显示中间包结构高应力区和强度的薄弱位置，提出改进方案。此外还改变中间包的耐火材料层的厚度和综合导热系数，分析这些因素对中间包温度场和应力场的影响，为中间包结构的优化提供理论支持。 关键词中间包结构强度刚度有限元分析 Finite Element Analysis of the Tundish Structure NI Sai-zhen, LI Fu-shuai, TAO Jin-ming (Metallurgical technology research institute of Beijing in CCTEC , Beijing 100028, China) Abstract In this paper, we introduced the problems of the tundish structure in a steel work at first, and briefly discussed the mechanism for the occurring of the tundish deformation and crack. Using the finite element method to analyze strength and stiffness for the tundish structure, according to the temperature and stress field, we can find hot point and high stress region. The effects of the fireproof material thickness and the total conductive coefficient on the temperature and stress field are also studied. Key words tundish structure strength stiffness finite element analysis 1 前言 一直以来对中间包的研究都侧重于中间包内流场的分析，有关中间包流场研究的文章很多[1-5]，而对于中间包包体本身结构分析，研究者却很少关注，在这方面的文献也较少。中间包的强度以及结构的稳定性对于浇注的顺利进行以及保证铸坯质量方面同样起到很重要的作用。在热应力以及外载荷作用下中间包会产生变形，改变水口间的相对位置。如果变形过大的话，会影响到水口对中操作。包体的变形还可能使其产生裂纹，严重破坏包体结构，从而发生事故，不利于安全生产的进行。 某钢厂中间包为七机七流，铸机断面尺寸为150mm×150mm，流间距为1250mm，浇注周期约为36min，主要生产碳素结构钢Q235B，优质碳素结构钢45#，低合金结构钢 25MnSiV、Q345B等钢种，该中间包为T形结构，容量为40吨。中间包内衬耐火材料由外向内依次为工作层、永久层、保温层。该中间包存在以下问题： （1）现场反应变形比较严重，而相应结构的六机六流的中间包变形问题不明显； （2）新的中间包在开始浇铸时，靠四个耳轴支撑，中间底部与中间罐车横梁不接触，但随着浇铸时间的不断增加，中间就会慢慢凹陷，浇铸大约5-6小时后，中间 底部就会与横梁接触； （3）旧中间包或多或少都存在中间凹陷的永久变形，有些变形较大，在浇铸前中间
有限元分析理论基础
有限元分析概念 有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类：
1）材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2）几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。 3）非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。
有限单元法与有限元分析
有限单元法与有限元分析 1.有限单元法 在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，这种简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 随着电子计算机的发展，有限单元法是迅速发展成一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 1.1.有限元法分析本质 有限元法分析计算的本质是将物体离散化。即将某个工程结构离散为由各种单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来；单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态的需要和计算精度而定（一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大）。所以有限元中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同新材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数目非常多而又合理，则所获得的结果就与实际情况相符合。 1.2.特性分析 1）选择位移模式： 在有限单元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法；选择节点力作为基本未知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法中位移法应用范围最广。 当采用位移法时，物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理量如
钢结构计算题-答案完整
《钢结构设计原理计算题》 【练习1】两块钢板采用对接焊缝（直缝）连接。钢板宽度Ｌ＝250mm ，厚度t=10mm 。钢材采用Ｑ235，焊条E43系列，手工焊，无引弧板，焊缝采用三级检验质量标准， 2/185mm N f w t =。试求连接所能承受的最大拉力?=N 解：无引弧板时，焊缝的计算长度w l 取实际长度减去2t ，即250-2*10mm 。 根据公式 w t w f t l N
【变化】若取消端焊缝，问?=N 解：上题中令03=N ，622001?-=w l ,得kN N N 344.5051==
钢结构有限元分析
2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析 2.1建立有限元模型 如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图，它的工作过程是：卸料卡车间歇把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓，受料仓存储大粒度煤块。刮板给料机把受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。破碎机把最大入料粒度为1500mm 的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块，煤块由底部的传送带传出。 图2.1 破碎站主视图 图2.2 破碎机布置图
破碎站钢结构的弹性模量E＝200000MPa，泊松比μ=0.3，质量密度ρ=7.8×10-3kg/cm3。破碎站由支撑件H型钢和斜支撑(角钢)组成。在结构离散化时，由于角钢和其它部位铰接，铰接是具有相同的线位移，而其角位移不同。承受轴向力，不承受在其它方向的弯矩，相当于二力杆，所以H型钢用梁单元模拟，角钢用杆单元模拟。破碎站是由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成，故计算时是分别对这两部分进行的。离散后，受料仓和给料机共686个单元，其中梁单元598 个，杆单元88个，节点总数为597个，有限元模型如图2.3和图2.4所示。 图2.3 受料仓与给料机有限元模型 图2.4 受料仓与给料机有限元模型俯视图
2.2载荷等效计算 2.2.1主要结构截面几何参数 破碎站主要结构采用H型钢梁，截面尺寸如图2.5所示，各截面横截面积A，截面 惯性矩I y ，I z 和极惯性矩I如下。 图2.5 截面尺寸 料仓及给料机支撑结构 料仓及给料机六根支撑立柱(H500×400×12×20) A= 215.2mm2，I y＝101947×104mm4，I z＝21340×104mm4，I＝240×104mm4料仓B－B面横梁和给料机E－E、F－F面横梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4料仓C－C面和D－D面横梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4给料机两根纵梁(H550×400×12×20) A=22120mm2，I y＝125678×104mm4，I z＝21341×104mm4，I＝243×104mm4给料机六根横梁(H400×400×12×20) A=20320mm2，I y＝62479×104mm4，I z＝21339×104mm4，I＝234×104mm4其它横梁(H400×300×12×20) A=16320mm2，I y＝48026×104mm4，I z＝9005×104mm4，I＝181×104mm4 斜支撑的横截面积 ∠125×12：A＝2856mm2 ∠75× 6：A＝864mm2
基于ansys的连杆机构的有限元分析
目录 摘要 ............................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract (2) 第一章分析方法和研究对象 ........................................... 错误！未定义书签。 1.1 有限单元法的概述....................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1 有限单元法的历史 (4) 1.1.2 有限单元法的基本概念 (4) 1.2 ANSYS软件简介 (4) 1.2.1 ANSYS主要应用领域 (4) 1.2.2 ANSYS操作界面 (5) 1.2.3 ANSYS的主要功能 (6) 1.2.4 ANSYS主要特点 (7) 1.3 曲柄滑块机构简介 (7) 1.3.1 曲柄滑块定义 (8) 1.3.2 曲柄滑块机构特性应用以及分类 (8) 第二章曲柄滑块机构的求解 (10) 2.1 曲柄滑块机构的问题描述 (10) 2.2 曲柄滑块机构问题的图解法 (10) 2.2.1 图解法准备工作 (11) 2.2.2 图解法操作步骤 (11) 第三章有限元瞬态动力学概述 (14) 3.1 有限元瞬态动力学定义 (14) 3.2 瞬态动力学问题求解方法........................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 完全法 (14) 3.2.2 模态分析法 (14) 3.2.2 缩减法 (15) 3.1 有限元结构静力学分析基本概念 (15) 3.1 有限元结构静力学分析步骤 (16) 第四章曲柄滑块的有限元瞬态动力学分析 (17) 4.1 曲柄滑块机构瞬态简要概述 (17) 4.2曲柄滑块有限元瞬态动力学分析步骤 (18)
钢结构强度稳定性计算书
钢结构强度稳定性计算书 计算依据： 1、《钢结构设计规范》GB50017-2003 一、构件受力类别： 轴心受压构件。 二、强度验算： 1、轴心受压构件的强度，可按下式计算： σ = N/A n≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN； A n──净截面面积,取A n= 298 mm2； 轴心受压构件的强度σ= N / A n = 10×103 / 298 = 33.557 N/mm2； f──钢材的抗压强度设计值，取f= 205 N/mm2； 由于轴心受压构件强度σ= 33.557 N/mm2≤承载力设计值f=205 N/mm2,故满足要求！ 2、摩擦型高强螺栓连接处的强度，按下面两式计算，取最大值： σ = (1-0.5n1/n)N/A n≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN； A n──净截面面积,取A n= 298 mm2； f──钢材的抗压强度设计值，取f= 205 N/mm2； n──在节点或拼接处，构件一端连接的高强螺栓数目,取n = 4； n1──所计算截面(最外列螺栓处)上高强螺栓数目；取n1 = 2； σ= (1-0.5×n1/n)×N/A n=(1-0.5×2/4)×10×103/298=25.168 N/mm2； σ = N/A ≤ f 式中N──轴心压力,取N= 10 kN； A──构件的毛截面面积，取A= 354 mm2； σ=N/A=10×103/354=28.249 N/mm2； 由于计算的最大强度σmax = 28.249 N/mm2≤承载力设计值=205 N/mm2,故满足要求！ 3、轴心受压构件的稳定性按下式计算： N/φA n≤ f
用ANSYS进行四连杆机构的有限元分析
用ANSYS进行四连杆机构的有限元分析 作者：谭辉 日期：08年3月6日 分析目的 1、利用ANSYS对典型的四连杆机构进行分析，主要包含各点的轨迹分 析，例如X和Y方向的位移等。 2、为五连杆和六连杆机构的分析提供可行的分析方法以及原型代码。 问题简述 分析主动杆1绕节点1旋转一周时节点4的运动轨迹，杆2和杆3为从动杆，具体问题见下图：
分析思路 1、根据分析目的，在ANSYS选用link1单元进行单元建模，主要考虑 是link1单元具有X和Y方向的自由度，可以获得各个节点的位移轨迹。 之后可以用梁单元等实现更高级的分析目的，例如获得杆上的力，位移， 加速度等相关信息。 2、该模型结构简单，可以利用直接建模方法进行有限元系统建模，主 要命令：N，E。 3、利用自由度耦合对重合节点进行建模，例如节点2和节点3、节点4 和节点5进行建模，主要命令：cpintf，利用该命令可以一次性将重合节 点生成自由度耦合。 4、利用表数组对于杆1（主动杆）的节点2进行瞬态边界条件的载荷施 加，分析类型为瞬态分析，主要命令：*dim，d等。 5、生成节点位移的对应变量，从而获得节点4的随时间的位移曲线， 主要命令：nsol，plvar等。 命令流如下 行号命令符号注释 结束上一次的分析 1finish ！ 清除数据库，并读取启动配置文件2/clear,start ！ 3 ！ 设置图形显示的背景颜色 4/color,pbak,on,1,5 ！ 5 ！
6/units,si ！ 设置单位制：国际单位制 7*afun,deg ！ 设置三角函数运算采用度为单位 8 ！ 9/prep7 ！ 进入前处理模块 10et,1,link1 ！ 设置单元类型：link1 11mp,ex,1,2.07e11 ！ 设置材料的弹性模量 12r,1,1 ！ 设置单元的实常数，面积为1 13n,1,0,0,0 ！ 在（0，0，0）处建立节点1 14n,2,3,0,0 ！ 在（3，0，0）处建立节点2 15n,3,3,0,0 ！在（3，0，0）处建立节点3，和节点2重合 16n,4,8,7,0 ！ 在（8，7，0）处建立节点4 17n,5,8,7,0 ！在（8，7，0）处建立节点4，和节点4重合 18n,6,10,0,0 ！ 在（10，0，0）处建立节点6 19e,1,2 ！ 建立单元1（连接节点1和2） 20e,3,4 ！ 建立单元2（连接节点3和4） 21e,5,6 ！ 建立单元3（连接节点5和6） 22 ！ 23cpintf,all,1e-3 ！对于重合节点一次性的建立耦合自由度，容差1e－3 24 ！ 25/pnum,node,1 ！ 显示节点编号 26/pnum,elem,1 ！ 显示单元编号 27eplot ！ 显示单元
常见的钢结构计算公式
2-5 钢结构计算 2-5-1 钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材厚度或直径按表2-77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表2-79至表2-81采用。
基于ANSYS Workbench的定位卡锁机构有限元分析
基于ANSYS Workbench的定位卡锁机构有限元分析 摘要本文首先在Pro/E中建立了定位卡锁机构受最大外力时的简化模型，然后将该模型导入到ANSYS Workbench 13平台中进行了有限元模型的分析求解，最后结合求解结果用第四强度理论对定位卡锁机构各零件进行了强度校核，同时对该定位卡锁机构的改进提出了建议。 关键词定位卡锁机构；有限元分析 在某工程项目中应用的定位卡锁机构承担着为某输送设备准确定位的作用。由于该输送设备运行一个周期位就要启停一次，启停工作由定位卡锁机构配合实现。定位卡锁机构收回，输送设备开始运转，一个周期位后电机停转，定位卡锁机构伸出，进入与之配合的凹槽使输送设备完全停位。因此，定位卡锁机构成为该输送设备的关键部件，是保证输送设备正常工作的必备条件。所以，对定位卡锁机构的研究与分析有着重要的意义。 定位卡锁机构在伸出状态受最大外力时，其所受最大应力不应超过材料的许用应力是保证定位卡锁机构实现其功能的充分条件。为了保证定位卡锁机构的工作可靠性，本文利用ANSYS Workbench对该机构进行有限元分析，研究在定位卡锁机构受最大外力时的受力及变形情况，并依据理论知识对其强度进行校核。 1 定位卡锁机构模型的建立与导入 在对定位卡锁机构进行有限元分析之前，首先应建好定位卡锁机构的三维模型。一般在整个有限元分析的过程中，几何建模的工作量占据了非常多的时间，同时也是非常重要的过程[2]。ANSYS Workbench 13中，建模工作主要由ANSYS Workbench 自带的几何建模工具Design Modeler模块完成。对于小型或简单模型的建立可以直接在Design Modeler模块中建模，这样避免了从CAD系统中导入ANSYS的模型可能不能直接进行网格划分，需进行大量修补完善工作的麻烦。对于零部件较多的装配体的建模，通常先利用专业的三维建模软件完成模型的建立，然后再把它导入到ANSYS中进行分析。这样，工程技术人员就可以使用自己擅长的CAD软件建好模型，从而避免了重复现有CAD模型的劳动。 本文采用PTC公司的Pro/Engineer对定位卡锁机构进行三维建模。定位卡锁机构简化模型由液压缸、卡锁活塞杆、端盖、螺塞、螺钉组成，建好的三维模型如图1所示。建好后的三维模型可以在Pro/E中直接导入到ANSYS Workbench 13 中进行有限元分析。 图1 定位卡锁机构的三维模型 2 定位卡锁机构的有限元分析 2.1 定义模型材料属性
常见的钢结构计算公式
2-5 钢结构计算 2-5-１钢结构计算用表 为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q34５钢、Q390钢和Ｑ4２0钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／Ｔ70０和《低合金高强度结构钢》GB/Ｔ159１的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。对Ｑ23５钢宜选用镇静钢或半镇静钢。 承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证,对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。 焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。 对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于0℃但高于-20℃时,Q２３5钢和Ｑ３45钢应具有０℃Ｃ冲击韧性的合格保证;对Q3９0钢和Q4２0钢应具有-２0℃冲击韧性的合格保证。当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q23５钢和Q345钢应具有-2０℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ39０钢和Ｑ４20钢应具有－４0℃冲击韧性的合格保证。 对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20℃时，对Q235钢和Ｑ3４5钢应具有0℃冲击韧性的合格保证；对Ｑ３９0钢和Q4２0钢应具有－２0℃冲击韧性的合格保证。 当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而采用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T53１３的规定。 钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数),应根据钢材厚度或直径按表２－77采用。钢铸件的强度设计值应按表2-78采用。连接的强度设计值应按表２-79至表2-８1采用。 钢材的强度设计值（Ｎ／ｍm2) 表2-77
破碎站钢结构有限元分析(ANSYS)
破碎站钢结构有限元分析(ANSYS) 摘要本文主要对某煤矿地面生产系统，一次破碎站钢结构进行有限元分析。破碎站由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成。对两部分的钢结构分别进行有限元分析。在结果中找到危险的部位进行具体的分析。首先，建立受料仓与给料机的有限元实体模型。计... 摘要
本文主要对某煤矿地面生产系统，一次破碎站钢结构进行有限元分析。破碎站由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成。对两部分的钢结构分别进行有限元分析。在结果中找到危险的部位进行具体的分析。
首先，建立受料仓与给料机的有限元实体模型。计算等效的载荷，计算出钢结构在载荷下的应力和变形并分析它们的分布情况。
其次，破碎平台与控制室求解过程和上边的一样，但是破碎平台和控制室的连接是铰接，所以在建模的过程中采用耦合的方法进行处理。
最后，对两个有限元实体模型进行模态分析，分别求解出固有频率和模态振型图。
关键词 有限元；钢结构；模态分析
ABSTRACT
This dissertation mainly to an open coalmine ground production system, one broken to stand steel construction finite element analysis. Store -give material machine and broken platform- control room two parts make up the crush station. Finite element analysis to the steel construction of two parts comparatively. Find the dangerous part to carry on concrete analysis of the result.
First of all, set up the finite element of Store -give material machine’s entity model. Calculate the equivalent load; solve out the stress and strain of the steel construction under the load and analysis their distribution situation.
1.1有限元分析方法介绍1
1.2大型有限元分析软件ANSYS介绍2
钢结构计算题
1试验算焊接工字形截面柱（翼缘为焰切边），轴心压力设计值为Ｎ =4500KN ，柱的计算长度 m l l 0.6oy ox ==，Ｑ235钢材，截面无削弱。（14分） 已知 y f t b 235 )1.010(1λ+≤ y f t h 235 )5.025(0λω+≤ b 类截面 450×12 500×20
2.计算图示两侧焊连接的焊缝长度。已知N=900kN（静力荷载设计值），手工焊，焊条E43型，
3. 两钢板截面—18×400，两面用盖板连接，钢材Q235，承受轴心力设计值N=1181kN，采用M22普通C级螺栓连接，d0=23.5mm，按下图连接。试验算节点是否安全。（14分）
4. 如图所示焊接连接，采用三面围焊，承受的轴心拉力设计值。钢材为Q235B ，焊条为E43型，，试验算此连接焊缝是否满足要求。已知 （14分） KN N 1000=2 160mm N f w f =
5. 一两端铰接的拉弯杆。截面为I45a 轧制工字钢，材料用Q235钢，截面无削弱，静态荷载。试确 定作用于杆的最大轴心拉力的设计值。已知I45a 的截面特征和质量为： 2 mm 10240=A , mm 4.177=x i ， 4 6mm 1043.1?=x W ，x γ＝1.05。（14分）
6. 钢材Q235B 注： 7、验算图示采用10.9级 M20摩擦型高强度螺栓连接的承载力。已知，构件接触面喷砂处理，钢材Q235-BF ，构件接触面抗滑移系数μ＝0.45，一个螺栓的预拉力设计值P ＝155 kN 。（13分） f t
钢结构稳定性分析
钢结构稳定性分析 钢结构稳定性分析 O石磊 摘要：稳定分析是研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题。在铜结构体系，其稳定性和强度处于同等重要的地位，而目前国内学者研究结构 稳定性方面所作工作较少。本文对钢结构稳定问题类型，稳定计算的特点和方法进行了分析和探讨。 关键词：稳定分析；平衡状态；钢结构体系 一、引言 稳定分析是研究结构或构件的平衡状态是否稳定 的问题。处于平衡位置的结构或构件，在任意微小外界 扰动下，将偏离其平衡位置，当外界扰动除去以后，仍能 自动回复到初始平衡位置时，则初始平衡状态是稳定 的，或称稳定平衡。如果不能回复到初始平衡位置，则初 始平衡状态是不稳定的，或称不稳定平衡。如果受到扰 动后不产生任何作用于该体系的力，因而当扰动除去以 后，既不能回复到初始平衡位置又不继续增大偏离，则 为随遇平衡或中性平衡(Neutral Equilibrium)。结构或构 件由于平衡形式的不稳定性，从初始平衡位置转变到另 一平衡位置，称为屈睦(BucHe)，或称为失稳。强度与稳 定有着显著区别。强度问题是指结构或者中个构件在稳 定平衡状态下由荷载所引起的最大应力（或内力）是否超 过建筑材料的极限强度，因此是一个应力问题。极限强 度的取值取决于材科的特性，对混凝上等脆性材料，可 取它的最大强度，对钢材则常取它的屈服点。稳定问题 则与强度问题不同，它主要是找出外荷载与结构内部抵 抗力间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长的状 态，从而设法避免进入该状态，因此，它是一个变形问 题。如轴压柱，由于失稳，侧向挠度使柱增加数量很大的 弯矩，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强 度。显然，轴压强度不是柱子破坏的主要原因。 二、稳定问题的主要类型 1第一类稳定问题——平衡分岔失稳。完善的（即无
电磁场有限元分析
水轮发电机单通风沟三维简化模型温升计算 一、问题分析 近年来，随着水轮发电机单机容量的不断增加，在发电机进行能量转换过程中产生的损耗不断增大，使其运行的温升问题日趋严峻。根据上述情况，运用有限元分析方法，建立发电机单通风沟三维简化模型进行发电机温升计算。 二、电机单通风沟有限元分析 1.1 水轮发电机单通风沟三维简化模型建立 根据实际水轮发电机结构和通风沟特点，并考虑可接受误差，进行适当简化，以便于简化有限元分析计算得到以下模型，如图1所示。 图1 发电机单通风沟简化物理模型 由图1所示：水轮发电机单风沟简化物理模型三维求解域在轴向上包含发电机一个通风沟以及通风沟两侧各半个轴向铁心段；幅向上包含发电机定子三个槽、转子两个槽。 根据有限元分析特点，对发电机单通风沟简化物理模型进行网格剖分，得到发电机单通风沟简化物理模型剖分图如图2所示。
图2 电机单通风沟简化物理模型网格剖分 由于物理模型较小，可以适当加密剖分进而提高计算精度，故采用楔形和六面体的混合网格进行剖分，总网格数共48万，节点数为30万。利用有限体积法，将流体场和温度场进行强耦合求解，从而 得到发电机的详细温升分布情况。 1.2 边界条件 在图1中，求解域内的面 S为径向通风沟的进风口，沿径向与面 1 S对应的面2S为径向通风沟的出风口。由此，根据所研究发电机的实1 际运行工况，可以给定如下发电机单风沟物理模型的边界条件：1）冷却空气的初始基值绝对温度为0K； 2）径向通风沟入口 S风速为5.1m/s的速度入口边界，通风沟出 1 口 S为自由流动边界； 2 3）求解域其它外边界均为绝热面，发电机内部流体与固体的接 触面均为无滑移边界面。
第二课 钢结构稳定及简支梁计算
第二课钢结构稳定及简支梁设计 门刚整体失稳 檩条失稳
屋面梁失稳 脚手架失稳
1、钢结构的稳定问题 与强度问题有何区别？ 强度问题针对结构或构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力（或内力）是否超过建筑材料的极限强度。本质上是应力问题。稳定问题主要是找出外荷载与构件或结构内部抵抗力间的不稳定平衡状态。属于结构或构件的整体刚度问题。 总结：强度针对构件截面而言，稳定针对整个杆件或整个结构。 钢结构稳定问题有哪些特点？ A：失稳形式多样性。凡是结构的受压部位，在设计时必须认真考虑其稳定性。比如轴心受压杆件一般存在三种失稳形式，对各种截面的失稳特性了然于心才能合理用材。 B：结构整体性，构件之间往往存在唇亡齿寒关系。因此不能单独地考究某根杆件，而应综合考察其他杆件对它的约束作用。这种约束作用要从结构的整体分析来分析，这就是稳定问题的整体性。例如：
C：相关性。 各种失稳模式的耦合、局部与整体稳定相关。 钢结构稳定计算需要注意的事项？ A：从结构整体着眼，注意一些稳定近似处理方法的适用范围 B：叠加原理不再适用。 叠加原理适用条件 a:材料服从胡克定律，应力与应变成正比。 b:结构变形很小，可以用一阶分析计算。 外延：目前主流软件弹性阶段怎么计算？ 结构设计工作中怎么把控？ 设计时应考虑三个维度：结构整体、构件稳定、板件局部稳定。 结构整体之稳定性 目前中国规范处理方法 一些大跨度空间结构需要通过几何非线性甚至双非线性计算来保证，几何非线性可采用midas gen和sap2000等实现，双非线性推荐采用ANSYS。
构件稳定性 可通过规范相关条文计算实现，重要构件建议采用有限元进行稳定性分析。 局部稳定 通过构造保证。 结构稳定设计中需要注意哪些事宜？ A：实用计算方法所依据的简图和适用性。 如：框架柱稳定计算所采用的计算长度系数是针对横梁不承受轴力的情况得出的，若横梁轴力大则需对原数据进行修正。 B：结构稳定性计算和结构布置方案相符合。 例如桁架、塔架等的构件出平面稳定性计算需注意此问题，正确确定平面外计算长度。 C：构造稳定计算和构造设计一致性。 会有不同于强度计算的一些要求。 梁的稳定问题
钢结构外露式柱脚节点性能的有限元分析
哈尔滨工业大学 硕士学位论文 钢结构外露式柱脚节点性能的有限元分析 姓名：王文琪 申请学位级别：硕士 专业：结构工程 指导教师：邵永松 20050601
摘要 摘要 在钢结构建筑中，柱脚节点是影响整体结构性能的关键部位之一。在Ｊ：程应用中，设计者为了设计计算的便利，经常把柱脚节点简化为铰接或者刚接理想模型。钢结构柱脚的震害促使人们反省传统的设计方法。目前在轻型钢结构、工业化体系的钢结构建筑中广泛使＿｝＝｝ｊ外露式柱脚。众所周知，它具有一定的抗弯刚度，实际上是半刚性节点。如果考虑外露式柱脚实际存在的刚度，则设计更接近结构的真实性质，进而推动优化结构设计的发展；还可以减少用钢量，具有重大的经济价值。 本文对Ｈ型钢截面柱外露式柱脚节点的性能进行了研究，主要研究内容如下： 用ＡＮＳＹＳ有限元程序建立外露式柱脚节点模型，并与试验结果进行比较证明了该模型计算的准确性和精确度，为进一步分析柱脚节点的性能提供依据。在此基础上，对以下三种柱脚节点的性能进行了有限元分析：（１）两个锚栓对称布置的柱脚节点； （２）四个锚栓对称布置的柱脚节点； （３）四个锚栓对称布置，设置锚栓支承托板的柱脚节点。 通过分析得到了柱脚各个参数对其性能的影响程度，总结其Ｍ一西关系，按照两种定义标准对柱脚节点的约束刚度进行了比较，进而归纳出弹性抗弯刚度的计算公式。 并对柱脚底板厚度设计方法进行了探讨，经有限元结果与传统方法结果分析比较后，修正了柱脚底板厚度的设计方法。 关键词钢结构；外露式柱脚；半刚性节点；有限元分析方法
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