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非局部损伤模型的客观性研究 被引量:4
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作者 赵启林 孙宝俊 江克斌 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第5期185-189,162,共6页
为了解非局部模型在模拟应变软化现象时的客观性,文中首先介绍了几种常用的非局部模型,而后针对一个受拉杆问题,采用解析方法研究这些非局部模型能否解决进行应变软化问题数值模拟时存在的两个问题:网格依赖性和零能量消耗问题,得到了... 为了解非局部模型在模拟应变软化现象时的客观性,文中首先介绍了几种常用的非局部模型,而后针对一个受拉杆问题,采用解析方法研究这些非局部模型能否解决进行应变软化问题数值模拟时存在的两个问题:网格依赖性和零能量消耗问题,得到了杆端位移关于应力、网格尺寸的表达式,并用图解表明这种关系。发现有的模型能够较好地解决这两个问题,而有些模型却不能克服这两个问题,解答也不能客观地反映结构的实际响应。因此有必要进一步深入研究非局部模型。 展开更多
关键词 应变软化 非局部损伤模型 客观性 解析方法
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基于结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型的真Ⅱ型裂纹模拟 被引量:1
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作者 任宇东 陈建兵 卢广达 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期390-402,共13页
Ⅱ型载荷作用下裂纹变形模式也为Ⅱ型的破坏问题称为真Ⅱ型破坏.准确定量地把握真Ⅱ型破坏的全过程是具有挑战性的问题.本文采用结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型对真Ⅱ型破坏问题进行了模拟.根据结构化变形理论将点偶的非局部应... Ⅱ型载荷作用下裂纹变形模式也为Ⅱ型的破坏问题称为真Ⅱ型破坏.准确定量地把握真Ⅱ型破坏的全过程是具有挑战性的问题.本文采用结构化变形驱动的非局部宏-微观损伤模型对真Ⅱ型破坏问题进行了模拟.根据结构化变形理论将点偶的非局部应变分解为弹性应变与结构化应变两部分,进而利用Cauchy-Born准则与结构化应变计算点偶的结构化正伸长量.在本文中,结构化应变取为非局部应变的偏量部分.当点偶的结构化正伸长量超过临界伸长量时,微细观损伤开始在点偶层次发展.将微细观损伤在作用域中进行加权求和得到拓扑损伤,并通过能量退化函数将其嵌入到连续介质-损伤力学框架中进行数值求解.进一步地,本文采用Gauss-Lobatto积分格式计算点偶的非局部应变,将积分点数目降低到4个,显著降低了前处理和非线性分析的计算成本.通过对Ⅱ型加载下裂尖应变场的分析揭示了采用偏应变作为结构化应变的原因.对两个典型真Ⅱ型破坏问题的模拟结果表明,本文方法不仅可以把握Ⅱ型加载下的真Ⅱ型裂纹扩展模式,同时可以定量刻画加载过程中的载荷-变形曲线,且不具有网格敏感性.最后指出了需要进一步研究的问题. 展开更多
关键词 结构化变形 局部宏-微观损伤模型 真Ⅱ型破坏 Gauss-Lobatto积分格式
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基于非局部模型的混凝土损伤的数值模拟 被引量:3
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作者 杨伯源 李运军 汪忠明 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期472-474,共3页
分析了局部损伤模型在进行混凝土应变软化模拟时存在的问题:网络依赖性和零能量损耗问题;在传统的非局部损伤模型中引入光滑的权函数,构造一种新的非局部损伤模型。计算表明该非局部损伤模型可较好避免有限元在应变软化模拟时的网络依赖... 分析了局部损伤模型在进行混凝土应变软化模拟时存在的问题:网络依赖性和零能量损耗问题;在传统的非局部损伤模型中引入光滑的权函数,构造一种新的非局部损伤模型。计算表明该非局部损伤模型可较好避免有限元在应变软化模拟时的网络依赖性,预测出的荷载-位移反应与实际情况吻合较好。 展开更多
关键词 应变软化 网络依赖性 非局部损伤模型 权函数
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SBFEM与非局部宏微观损伤模型相结合的准脆性材料开裂模拟 被引量:5
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作者 杜成斌 黄文仓 江守燕 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1026-1039,I0004,共15页
混凝土是一种被广泛应用于土木和水利工程中的准脆性材料,在各种内外部因素的作用下,开裂是混凝土结构最为普遍的破坏形式,准确模拟结构的开裂过程,对于结构的安全评估至关重要.将比例边界有限元与非局部宏微观损伤模型相结合提出一种... 混凝土是一种被广泛应用于土木和水利工程中的准脆性材料,在各种内外部因素的作用下,开裂是混凝土结构最为普遍的破坏形式,准确模拟结构的开裂过程,对于结构的安全评估至关重要.将比例边界有限元与非局部宏微观损伤模型相结合提出一种准脆性材料开裂模拟新方法.以比例边界有限元子域的比例中心作为物质点,通过两比例中心(物质点对)之间的物质键的正伸长率来定义微细观损伤,将某点影响域内物质键的微细观损伤加权平均得到该点的宏观拓扑损伤.再引入能量退化函数,将宏观拓扑损伤嵌入到比例边界有限元的基本框架中.充分利用比例边界有限元网格允许存在悬挂节点的优势,采用四叉树网格离散技术进行快速、高质量的多级网格划分与过渡.通过一个I型开裂与一个混合型开裂的两个典型算例,验证了该方法可捕获结构裂纹扩展路径与荷载变形曲线.与现有的方法相比,本文的损伤模型可得到更准确的局部开裂损伤带,结果更为合理,且具有更高的计算精度和计算效率.当损伤过程区网格尺寸小于影响域半径的1/5时,计算结果不存在网格敏感性问题. 展开更多
关键词 比例边界有限元法 局部宏微观损伤模型 四叉树网格 准脆性材料 开裂模拟 网格敏感性
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基于一类非局部宏−微观损伤模型的混凝土典型试件力学行为模拟 被引量:5
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作者 任宇东 陈建兵 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1196-1211,共16页
混凝土是一类典型的准脆性材料,其受力过程中的非线性分析与裂纹模拟依然是具有挑战性的问题.经典的断裂力学与损伤力学分别从间断与连续的视角对裂纹拓扑进行了描述,是早期人们研究固体破坏问题的有力工具.21世纪以来,相场理论和近场... 混凝土是一类典型的准脆性材料,其受力过程中的非线性分析与裂纹模拟依然是具有挑战性的问题.经典的断裂力学与损伤力学分别从间断与连续的视角对裂纹拓扑进行了描述,是早期人们研究固体破坏问题的有力工具.21世纪以来,相场理论和近场动力学在预测裂纹的萌生、扩展与非线性分析方面取得了重要的进展.最近,结合统一相场理论与近场动力学的基本思想,发展了一类非局部宏−微观损伤模型.该模型引入物质点偶的概念来刻画由于变形引起的微细观损伤,对微细观损伤在作用域中进行加权平均得到定量描述物质不连续程度的拓扑损伤.通过具有物理机制的能量退化函数,将拓扑损伤嵌入到连续介质−损伤力学的框架中,这使得该模型在进行非线性分析的同时可以自然地进行裂纹模拟,而毋须预设初始裂纹与裂纹扩展路径.本文考虑细观物理参数的空间变异性,采用非局部宏−微观损伤模型进行混凝土试件受力全过程的精细化模拟.通过一维建模标定模型细观参数,并探讨了细观参数与混凝土材料细观物理−几何特性之间的内在关联,在此基础上采用二维模型进行精细化分析.进而,考察了材料参数空间变异性对混凝土单轴受拉试件和带缺口三点弯曲试件力学行为的重要影响.本文的研究工作为非局部宏−微观损伤模型细观参数的试验标定与复杂应力状态下混凝土等准脆性材料的非线性力学行为研究提供了有意义的参考. 展开更多
关键词 混凝土 局部宏−微观损伤模型 单轴受拉 参数标定 参数空间变异性
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非局部增强梯度损伤模型在材料疲劳寿命估算中的应用
6
作者 林欣 汪忠明 《安徽建筑工业学院学报(自然科学版)》 2008年第2期26-29,共4页
提出了一种新的估算等幅载荷谱下金属疲劳寿命的方法——非局部增强梯度损伤模型的方法。该方法将非局部应变代入加载函数与损伤增长率公式中,考虑了材料的微观尺度因素和材料的损伤判据;并以含缺口的金属材料试件验证了该算法的可行性... 提出了一种新的估算等幅载荷谱下金属疲劳寿命的方法——非局部增强梯度损伤模型的方法。该方法将非局部应变代入加载函数与损伤增长率公式中,考虑了材料的微观尺度因素和材料的损伤判据;并以含缺口的金属材料试件验证了该算法的可行性和精确性;结果表明非局部增强梯度损伤模型法能较准确地进行等幅疲劳寿命的可靠性估算,有较好的工程应用价值。 展开更多
关键词 疲劳寿命 累积损伤 局部增强梯度损伤模型 疲劳
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两尺度视角下准脆性材料的损伤:从几何不连续度到自由能折减
7
作者 陈建兵 任宇东 卢广达 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3202-3212,共11页
多尺度损伤演化法则的构建是损伤力学从现象学走向理性坚实基础的核心之一.然而,迄今鲜有人注意到,存在两类损伤变量:几何意义上表征材料不连续程度的损伤与自由能折减(即材料受力性能退化)意义上的损伤.如何实现从几何意义上的损伤向... 多尺度损伤演化法则的构建是损伤力学从现象学走向理性坚实基础的核心之一.然而,迄今鲜有人注意到,存在两类损伤变量:几何意义上表征材料不连续程度的损伤与自由能折减(即材料受力性能退化)意义上的损伤.如何实现从几何意义上的损伤向能量耗散意义上的损伤转化,乃是固体破坏问题的枢机.本文从两尺度视角给出了损伤演化法则及几何意义上的损伤向能量耗散(即受力性能的退化)转化过程的定量刻画,进一步夯实了非局部宏-微观损伤模型的理性基础.在本文模型中,连续体被看作物质点的集合.宏观物质点与其作用域中的其他物质点组成一系列物质点偶,由此形成附加于其上的细观结构.在外部载荷作用下,物质点的位移引起物质点偶的变形.当物质点偶的某种几何变形量(如正伸长量)超过临界值时,微细观损伤开始发展.细观层次物质点偶的渐进破坏引起宏观固体不连续程度的变化,最终导致宏观连续体拓扑的改变.因此,将微细观损伤在作用域中的累积定义为该点的拓扑损伤,以刻画宏观固体的不连续程度,这在本质上是几何意义上的损伤.另一方面,损伤发展引起自由能耗散,导致连续体力学性能的退化.由于宏观能量耗散是作用域中细观物质点偶因损伤而导致的耗散能量之和,因此能量(受力)意义上的损伤为作用域中细观物质点偶上的总耗能与总弹性自由能之比.由此,在细观层次上实现了从几何意义上的损伤向能量耗散(受力退化)意义上的损伤的转化.在本文模型中,不需要经典连续介质损伤力学或断裂相场模型中经验假定的能量退化函数,物质点处的几何-能量转绎关系由该点的两尺度变形状态决定,而非固定形式,从而可能对复杂受力状态具有更好的适应性.计算结果表明,模型不仅可以捕捉到裂纹萌生、扩展全过程,而且可以定量反映加载过程中的载荷-位移曲线.与在宏观层次进行几何-能量转绎的宏-微观损伤模型相比,本文模型可以更准确地捕捉到试验结果的细节. 展开更多
关键词 拓扑损伤 能量损伤 细观转化 局部宏-微观损伤模型 准脆性材料
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边坡失稳问题的非局部损伤本构建模
8
作者 张宇 卢广达 夏晓舟 《河南科学》 2020年第4期599-604,共6页
借鉴近场动力学的思想,任意一点的损伤状态由围绕该点的断键情形来评估.通过引入能量退化函数,构建了一个有限元框架下的非局部损伤本构模型,该模型能够克服键基近场动力学的泊松比限制,又能反映剪切破坏的力学行为.有限元建模时仅需对... 借鉴近场动力学的思想,任意一点的损伤状态由围绕该点的断键情形来评估.通过引入能量退化函数,构建了一个有限元框架下的非局部损伤本构模型,该模型能够克服键基近场动力学的泊松比限制,又能反映剪切破坏的力学行为.有限元建模时仅需对可能出现破坏的区域进行网格加密,应用提出的非局部损伤本构模型,就能准确捕捉破坏过程中的裂纹或滑移带的发展.四点剪切梁的例子验证了本模型的可靠性和高效性,最后应用到边坡的失稳模拟上,取得了非常好的效果. 展开更多
关键词 局部损伤本构模型 刚度退化函数 多尺度有限元 四点剪切梁 边坡失稳模拟
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混凝土动态力学行为数值模拟研究
9
作者 李晓琴 廖俊智 +2 位作者 陈建飞 陆勇 陈前均 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期42-51,共10页
混凝土动态强度的增强效应DIF(dynamic increase factor)一般由混凝土霍普金森杆SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验进行测量,而基于不同应变率条件下的试块尺度的SHPB试验结果得到的宏观DIF-关系不能直接应用于数值模型定义。运用... 混凝土动态强度的增强效应DIF(dynamic increase factor)一般由混凝土霍普金森杆SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验进行测量,而基于不同应变率条件下的试块尺度的SHPB试验结果得到的宏观DIF-关系不能直接应用于数值模型定义。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件和K&C混凝土模型,对混凝土SHPB直接拉伸、劈裂和层裂试验进行了模拟研究。提出了局部和非局部损伤模型中引入网格和应变率双修正的DIF-模拟方案,并对混凝土非局部损伤模型中非局部特征长度L在数值模拟中的应用方案进行了讨论。SHPB和混凝土梁冲击试验模拟研究和试验数据的比较结果均表明,提出的分别基于局部和非局部损伤混凝土模型的双修正DIF-模拟方案能够较为准确描述混凝土动态力学行为。 展开更多
关键词 混凝土 DIF 应变率 SHPB 有限元分析 局部损伤模型 非局部损伤模型
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基于SBFEM的剪切型裂纹动态开裂模拟
10
作者 江守燕 高嘉 +1 位作者 林安邦 杜成斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2625-2634,共10页
剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部... 剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线. 展开更多
关键词 比例边界有限元法 局部宏-微观损伤模型 剪切型开裂 四叉树网格 偏应变
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考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟
11
作者 林安邦 江守燕 +1 位作者 孙立国 杜成斌 《力学与实践》 2024年第1期138-147,共10页
论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后... 论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。 展开更多
关键词 比例边界有限元法 局部宏微观损伤模型 参数空间变异性 开裂模拟
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往复荷载作用下部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的破坏模式 被引量:2
12
作者 刘富平 高圣彬 《结构工程师》 北大核心 2020年第6期1-10,共10页
为研究部分填充混凝土箱形截面钢桥墩在水平往复荷载作用下的破坏模式,通过建立弹塑性有限元分析模型并采用Ge模型非局部损伤法预测试件的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命。在三种不同水平往复加载形式下,研究翼缘正则化宽厚比、... 为研究部分填充混凝土箱形截面钢桥墩在水平往复荷载作用下的破坏模式,通过建立弹塑性有限元分析模型并采用Ge模型非局部损伤法预测试件的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命。在三种不同水平往复加载形式下,研究翼缘正则化宽厚比、试件正则化长细比和轴压比等参数对试件超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命的影响,并基于参数化分析结果,拟合了该类桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命预测公式,提出了确定该类钢桥墩破坏模式的方法。研究结果表明,当翼缘正则化宽厚比较小时,破坏模式以超低周疲劳破坏为主;当翼缘正则化宽厚比较大时,破坏模式以局部屈曲为主。只有同时考虑钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命和局部屈曲寿命,才能准确确定钢桥墩的实际破坏模式。研究成果可为该类钢桥墩的延性设计提供理论依据。 展开更多
关键词 部分填充混凝土箱形截面钢桥墩 Ge模型局部损伤 超低周疲劳裂纹萌生寿命 局部屈曲寿命 破坏模式
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基于FFT方法的不同温度下带孔隙单向复合材料横向拉伸性能研究
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作者 李孟磊 王兵 胡记强 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期4837-4851,共15页
本文旨在深入探讨温度和孔隙率对不同纤维体积分数单向碳纤维增强环氧树脂基复合材料横向拉伸方面的力学行为的影响。为此,本文发展了基于最大偏置方法的代表性体积单元(Representative volume elements,RVE)生成算法,构建了一系列不同... 本文旨在深入探讨温度和孔隙率对不同纤维体积分数单向碳纤维增强环氧树脂基复合材料横向拉伸方面的力学行为的影响。为此,本文发展了基于最大偏置方法的代表性体积单元(Representative volume elements,RVE)生成算法,构建了一系列不同纤维体积分数和孔隙率的高保真的单向复合材料RVE模型。为解决损伤模型的局部化及克服传统有限元(Finite element methods,FEM)方法低效率的弊端,本文提出了一种耦合非局部损伤模型的快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)方法计算框架,基于该计算框架通过对已报道的模型和结果进行对比分析,验证了本文所提出的计算框架具有很好的准确性和可靠性。在此基础上,深入研究了温度、孔隙率和纤维体积分数对复合材料在横向拉伸性能方面的影响规律。具体而言,随着温度的升高,复合材料的横向拉伸强度和模量呈现出下降的趋势,随着孔隙率的增加,复合材料的横向拉伸强度和模量均呈现出显著降低的趋势。此外,随着纤维体积分数的增加,复合材料的横向模量显著增加,而拉伸强度则基本保持一致。本文提出的计算框架和研究结果有望在复合材料的设计和制造中发挥重要的指导作用,以提升材料的性能和可靠性。 展开更多
关键词 快速傅里叶变换 非局部损伤模型 单向复合材料 孔隙 热力性能
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Damage and progressive failure of concrete structures using non-local peridynamic modeling 被引量:24
14
作者 HUANG Dan1,2, ZHANG Qing1,2 & QIAO PiZhong1,3 1 State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China 2 Department of Engineering Mechanics, Hohai University, Nanjing 210098, China 3 Department of Civil and Environmental Engineering, Washington State University, Pullman, WA 99164-2910, USA 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2011年第3期591-596,共6页
Peridynamics (PD), a recently developed theory of solid mechanics, which employs a non-local model of force interaction and makes use of integral formulation rather than the spatial partial differential equations used... Peridynamics (PD), a recently developed theory of solid mechanics, which employs a non-local model of force interaction and makes use of integral formulation rather than the spatial partial differential equations used in the classical continuum mechanics theory, has shown effectiveness and promise in solving discontinuous problems at both macro and micro scales. In this paper, the peridynamics theory is used to analyze damage and progressive failure of concrete structures. A non-local peridynamic model for a rectangular concrete plate is developed, and a central pairwise force function is introduced to describe the interior interactions between particles within some definite distance. Damage initiation, evolution and crack propagation in the concrete model subject to in-plane uni-axial tension, in-plane uni-axial compression and out-of-plane impact load are investigated respectively. The numerical results show that discontinuities appear and grow spontaneously as part of the solution to the peridynamic equations of motion, and no special failure criteria or re-meshing techniques are required, which proves the potential of peridynamic modeling as a promising technique for analyzing the progressive failure of concrete materials and structures. 展开更多
关键词 CONCRETE DAMAGE progressive failure peridynamic model DISCONTINUITIES
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