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March7,2002Inventory#0016301-1,欢迎!,欢迎使用ANSYS/LS-DYNA显式动力学培训手册!这个培训课程包括将ANSYS前后处理器和LS-DYNA显式求解器有效结合起来完成高度非线性及瞬态分析的过程。同时ANSYS隐式求解器可以与LS-DYNA显式求解器一起使用来扩展应用范围。假设使用者已经了解ANSYS中基本的静态非线性和动力学分析过程，如金属塑性分析，接触及瞬态现象，及基本的建模和网格划分技术，如选择逻辑的概念。,March7,2002Inventory#0016301-2,培训安排第1天概述、单元、part定义第2天载荷边界、求解控制、后处理第3天材料、接触第4天重启动、显式隐式连续求解、隐式显式连续求解第5天跌落分析、总结、讨论,March7,2002Inventory#0016301-3,培训目标和方式,培训目标:判断问题属于显式求解或隐式求解的能力。熟练利用ANSYS/LS-DYNA完成显式动力学分析的过程。获得在显式动力分析中有效解决问题的实际经验培训方式:培训手册和习题集是这套幻灯的拷贝文档。习题集的练习用来强化每一章所学习的内容。,概述,第1-1章,March7,2002Inventory#0016301-5,概述本章目标,本章包括显式动力学和ANSYS/LS-DYNA程序的背景、应用、理论以及概述。主题:A.什么是ANSYS/LS-DYNA?B.ANSYS/LS-DYNA的应用C.隐式和显式方法的比较D.临界时间步E.文件系统F.习题,March7,2002Inventory#0016301-6,概述A.什么是ANSYS/LS-DYNA?,显式动力学有限元程序的基本目标用来求解高度非线性瞬态动力学问题对大范围的接触类型有效丰富先进的材料模型强大的大变形分析能力ANSYS和LS-DYNA程序的无缝结合将LS-DYNA求解器完全集成到ANSYS程序中所有的前后处理使用ANSYS标准格式GUI完全类似于通用ANSYS程序支持隐式显式顺序求解能力,March7,2002Inventory#0016301-7,概述什么是ANSYS/LS-DYNA?,完美的显式和隐式求解技术的结合ANSYS前后处理:所有的显式动力学特定的命令有EDxx前缀用户化ANSYSGUI能有效的执行显式问题支持所有的固体建模和布尔操作允许直接输入IGES,Pro/E,ACIS,Parasolid等几何模型支持所有的ANSYS自由网格划分技术可以使用APDL和优化设计支持所有的通用后处理器特性和动画宏专业的时间历程后处理器LS-DYNA求解器市场上最快的显式求解器比其他任何显式程序具有更多的特性完全版本的LS-DYNA(带有气囊，空气包,安全带,炸药模型等)完全版的LS-POST后处理器,March7,2002Inventory#0016301-8,概述B.ANSYS/LS-DYNA的应用,防撞性分析ANSYS/LS-DYNA适合波的传播分析:整车碰撞汽车部件分析,所有汽车工业的碰撞轿车卡车公共汽车火车轮船航行器,March7,2002Inventory#0016301-9,制造过程的模拟深拉液压成形超弹成形轧制挤压冲压加工钻所有的这些成形过程可以利用LS-DYNA程序的质量缩放和变化工具速度功能来模拟,概述ANSYS/LS-DYNA的应用,March7,2002Inventory#0016301-10,管碰撞(ANSYSNews3/93):带有50rad/sec旋转角速度的管的碰撞CPU时间(SGIOctaneR12000)WriteJobname.KJobname.RST与标准的ANSYS.RST类似的显式动力学结果文件主要用来在通用后处理器ANSYSpostprocessor(POST1)中查看结果包括相对少的时间步结果(e.g.,10-1000),March7,2002Inventory#0016301-21,ANSYS/LS-DYNA运行过程中产生的ANSYS文件的描述(继续):Jobname.HISPOST26中使用的显式动力学时间历程结果文件包含模型中节点或单元子集的结果通常比Jobname.rst包含更多时间步的结果信息时间历程ASCII输出文件包含显式分析的附加信息的特定文件用户在求解前定义要输出的文件(EDOUTcommand)ASCII输出文件(一些通过POST26中EDREAD命令可以获得的)包括:GLSTAT:总体统计和能量MATSUM:材料能量总结(基于PartID号)SPCFORC:单点(节点)约束反作用力RCFORC:接触面反作用力RBDOUT:刚体数据NODOUT:节点数据ELOUT:单元结果etc.,概述文件系统,March7,2002Inventory#0016301-22,概述文件系统,在显式求解过程中可以生成下面两个文件用于ANSYS/LSDYNA附带的LS-POST后处理:D3PLOT:类似于ANSYSJobname.RST的二进制结果文件D3THDT:类似于ANSYSJobname.HIS的时间历程结果文件LS-POST可以识别所有的由LS-DYNA生成的ASCII时间历程输出文件,March7,2002Inventory#0016301-23,概述F.习题1-1,这个习题包括下面问题:练习1-1.方盒的跌落试验,单元,第1-2章,March7,2002Inventory#0016301-25,单元本章目标,本章包括理解和定义ANSYS/LS-DYNA单元主题:A.了解显式动力学单元家族B.缩减积分C.沙漏D.定义ANSYS/LS-DYNA单元E.LINK160-3-DSpar(Truss)F.BEAM161-3-DBeamG.PLANE162-2-DSolidH.SHELL163-3-DThinShell,March7,2002Inventory#0016301-26,单元本章目标,主题（继续):I.SOLID164-3-D8-nodeBrickJ.COMBI165-3-DSpringorDamperK.MASS166-3-DMassL.LINK167-3-DCableM.单元使用指导N.单元习题,March7,2002Inventory#0016301-27,单元A.显式动力学单元概述,ANSYS/LS-DYNA程序可以定义8种不同的单元:LINK160:3-D显式杆单元(类似于LINK8)BEAM161:3-D显式梁单元(类似于BEAM4)PLANE162:2-D显式平面体单元(类似于PLANE42)SHELL163:3-D显式薄壳单元(类似于SHELL181)SOLID164:3-D显式体单元(类似于SOLID185)COMBI165:3-D显式弹簧阻尼单元(类似于COMBIN14)MASS166:3-D显式结构质量单元(类似于MASS21)LINK167:3-D显式索单元(类似于LINK10)除2-DPLANE162外(平面应力，平面应变或轴对称)，其它显式单元都是三维单元,March7,2002Inventory#0016301-28,单元显式动力学单元概述,显式单元族在以下方面与ANSYS隐式单元明显不同:每种显式单元几乎对所有的材料模型有效。在隐式ANSYS中，不同的单元类型仅仅适用于特定的材料模式，如超弹单元(HYPER56,58,74)和粘弹单元(VISCO106,108),尽管现在新的18X隐式单元允许多种材料选项。大多数显式单元有许多不同的算法，如SHELL163最多有12种算法。历史上，隐式单元根据不同的算法给单元以不同的名字(如SHELL43和63),但是现在新的18X隐式单元正向这个趋势发展。,March7,2002Inventory#0016301-29,显式单元族在以下方面与ANSYS隐式单元明显不同:(续):显式单元支持ANSYS/LS-DYNA所允许的所有非线性选项。所有的显式动力学单元具有一次线性位移函数。目前尚没有高阶的二次位移函数。在ANSYS/LS-DYNA中，没有带有额外形函数和中间节点的单元及P-单元。每种显式单元缺省为单点积分单元。,单元显式动力学单元概述,March7,2002Inventory#0016301-30,单元B.缩减积分算法,缩减积分单元是使用最少积分点的单元。一个缩减积分体单元在其中心有一个积分点，一个缩减积分壳单元有一个平面内积分点，但沿着壳的厚度可以设置多个积分点。全积分单元主要用于隐式ANSYS中。在ANSYS/LS-DYNA中，全积分体单元有8个积分点，全积分壳单元有4个平面内积分点（沿着壳的厚度有多组积分平面）。缩减积分通过减小单元处理时间来减少CPU时间，所以缩减积分通常是ANSYS/LS-DYNA中缺省的形式。,March7,2002Inventory#0016301-31,单元缩减积分算法,除了节省CPU时间，单点积分单元有利于大变形分析。ANSYS/LS-DYNA单元能经历比ANSYS单元大得多的变形。缩减积分单元有两个主要的缺点可能出现零能模式的变形(沙漏)应力结果的精度直接与积分点的个数相关,March7,2002Inventory#0016301-32,单元C.沙漏,沙漏是一种以比结构全局响应高得多的频率震荡的零能变形模式。沙漏模式导致一种在数学上是稳定的、但在物理上无法实现的状态。他们通常没有刚度，变形呈现锯齿形网格。单点(缩减)积分单元将产生零能模式在分析中沙漏变形的出现使结果无效，所以应尽量减小和避免如果总体沙漏能超过模型总体内能的10%，那么分析可能就是无效的。关于沙漏能以后会讨论(GLSTAT和MATSUM文件)，有时侯甚至5%的沙漏也是不允许的。,March7,2002Inventory#0016301-33,单点积分实体单元的零能模式:,有必要控制零能模式,沙漏控制通过附加的刚度或粘性阻尼来阻止这样的模式,单元沙漏,March7,2002Inventory#0016301-34,单元沙漏,在ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏避免能够激起沙漏模式的单点载荷。因为一个被激励的单元会将沙漏模式传递到周围的单元，所以不要施加单点载荷。如果可能，尽量将载荷如同压力那样施加到多个单元上。细化网格通常减少沙漏，但是一个大的模型通常会增加求解时间并使结果文件增大。全积分单元可以避免沙漏，但根据不同应用，要以求解速度，求解能力甚至求解精度为代价。另一种选择，可以在网格划分时，分散一些全积分的“种子”单元于模型中从而减少沙漏。PLANE162无全积分模式，梁单元不需要全积分。,March7,2002Inventory#0016301-35,单元沙漏,在ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)总体调整模型的体积粘度可以减少沙漏变形。可以通过EDBVIS命令的线性或二次系数来增加模型的体积粘度:SolutionAnalysisOptionsBulkViscosity不推荐过大改变EDBVIS命令的缺省值(1.5and.06)，因为它将对总体结构产生相反的效应。,粘性沙漏控制推荐用于快速变形的问题中（例如激振波）可用的单元包括PLANE162和SOLID164.,March7,2002Inventory#0016301-36,单元沙漏,在ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)总体增加弹性刚度来减少沙漏.可以通过EDHGLS命令的沙漏系数(HGCO)来实现整体模型的沙漏控制:SolutionAnalysisOptionsHourglassCtrlsGlobal当增加沙漏系数时必须谨慎，因为大于0.15的值会过分刚化变形过程中的响应并导致不稳定。,刚度沙漏控制推荐用于低速变形问题（如金属成型安定碰撞中）适用的单元包括PLANE162,SHELL163,andSOLID164.,March7,2002Inventory#0016301-37,单元沙漏,ANSYS/LS-DYNA中控制沙漏(续)在模型的关键部位局部减少沙漏而对模型的总体刚度没有过大的影响。EDMP,HGLS命令被用来对特定材料施加沙漏控制。可以用下面的命令定义沙漏控制类型（粘性或刚度）、沙漏系数、体积粘度系数、壳弯曲和扭曲系数:SolutionAnalysisOptionsHourglassCtrlsLocal,LS-DYNA局部施加沙漏控制是基于Part号（不是基于材料号),所以任何带有特定材料的Part将有这种沙漏控制。VAL1=5通常用来定义减少沙漏。,March7,2002Inventory#0016301-38,单元D.定义ANSYS/LS-DYNA单元,使用标准的ANSYS方法定义显式动力学单元:从ANSYSGUI过滤器选择LS-DYNAExplicitANSYSMainMenuPreferences,选择LS-DYNAExplicit将在目前的分析中将单元限制于显式单元家族。必须记住，显式和隐式单元不能在一个分析中同时使用。如果在同一个模型中定义了隐式单元，那么当执行SOLVE命令时，分析将自动被中止。,March7,2002Inventory#0016301-39,单元定义ANSYS/LS-DYNA单元,增加单元类型:PreprocessorElementtypeAdd/Edit/Dele.可以用标准的格式定义关键选项和实常数,设置LS/DYNA选项后，可选单元将被限制于显式单元(160167),March7,2002Inventory#0016301-40,单元E.LINK160-3-D杆(Truss),3-D杆单元只能承受轴向载荷用三个节点定义单元第三个节点用来定义初始杆方向,March7,2002Inventory#0016301-41,单元F.BEAM161-3-D梁,3-D梁单元适用于刚体旋转，因为它不产生应变用三个节点定义单元第三个节点用来定义梁的方向可以定义许多标准的梁横截面,March7,2002Inventory#0016301-42,单元G.PLANE162-2-D体,PLANE1622-D,4-节点体3节点三角形单元(不推荐)仅支持Lagrangian算法UX,UY,VX,VY,AX,AY自由度对于轴对称模式，Y轴=对称轴不允许混用2D和3D单元类型不允许全积分选项PLANE162KEYOPT设置:Keyopt(2)面积加权或体积加权(AXISYM)Keyopt(3)平面应力，轴对称或平面应变在给定的分析中仅仅可以使用一种2-D类型(如在一个模型中不能同时轴对称和平面应力单元),March7,2002Inventory#0016301-43,单元PLANE162-2-D体,在X-Y平面建立PLANE162单元PLANE162单元不要定义实常数支持许多材料模式(如塑性，复合材料，Mooney-Rivlin橡胶材料)RSYS支持位移和应力（不包括应变）Lagrangian算法基于大应变理论，根据此理论实体被离散化，并且当网格随时间物理变形时几何体不断更新。该算法同样使用于隐式ANSYS中。,March7,2002Inventory#0016301-44,单元H.SHELL163-3-D薄壳,SHELL163有12种不同的单元算法，重要的包括:Belytschko-Tsay(BT,KEYOPT(1)=0or2,缺省):简单壳单元非常快(相对速度=1.0)翘曲时易出错Belytschko-Wong-Chiang(BWC,KEYOPT(1)=10):相对速度=1.28*BT设用于翘曲分析推荐使用Belytschko-Leviathan(BL,KEYOPT(1)=8):相对速度=1.25*BT较新，仍在开发中第一个有物理沙漏控制的单元(对于EDMP,HGLS,Mat,Val1无参数)S/Rco-rotationalHughes-Liu(S/RCHL,KEYOPT(1)=7):没有沙漏控制的壳相对速度=8.84*BT,March7,2002Inventory#0016301-45,单元SHELL163-3-DThinShell,单元算法BT,BWC,BL仅适用于平面内单点积分，而S/RCHL用于平面内4点积分。所有的壳单元沿着厚度方向有任意多数目的积分点(NIP)。对于弹性行为NIP=2(缺省)对于塑性行为，3IntegPtStorageEDINT,SHELLIP,BEAMIPSHELLIP是输出中壳的积分点数目SHELLIP3每一个积分点与一个LAYER相关缺省值是3(顶层，中层和底层)BEAMIP是输出的梁积分点数目,March7,2002Inventory#0016301-47,CPUfactor2.45*BTKEYOPT(1)=11integrationpoint,normalCS,co-rotationalCS,标准“全缩减”,选择性“全积分”,CPUfactor1.49*BTKEYOPT(1)=111integrationpoint,CPUfactor20.01*BTKEYOPT(1)=64integrationpoints,CPUfactor8.84*BTKEYOPT(1)=74integrationpoints,这个算法类似于SHELL143算法,单元SHELL163-3-DThinShell,有4种Hughes-Liu壳单元算法:,March7,2002Inventory#0016301-48,单元SHELL163-3-DThinShell,对于三角形壳单元有两种算法:C0三角形壳(KEYOPT(1)=4)基于Mindlin-Reissner平板理论此算法刚度偏大，不推荐用于整个壳体网格中BCIZ三角形壳(KEYOPT(1)=3)基于Kirchhoff平板理论较慢在混合网格中,C0三角形单元通常比退化的4节点单元算法更好。所以当混合划分（自由划分）通常使用下面的命令：EDSHELL,ITRSTITRST=1:退化的四边形单元被当作三角形单元（缺省）ITRST=2:退化的四边形单元保持不变PreprocessorShellElemCtrlsTriangularShellSortingFullSortingOK,March7,2002Inventory#0016301-49,单元SHELL163-3-DThinShell,有两种膜单元算法:Belytschko-Tsay-膜(KEYOPT(1)=5):单点积分的膜单元全积分Belytschko-Tsay-膜(KEYOPT(1)=9):具有4点积分的膜单元全积分Belytschko-Tsay壳(KEYOPT(1)=12):不需要沙漏控制对横向剪切，假设的小应变弥补了剪切锁定平面内4点积分(2X2积分)，但速度仍然很快比缩减积分的Belytschko-Tsay壳慢2.5倍当沙漏模式难以控制时推荐使用在每一层的单元中心平均各层应力结果,March7,2002Inventory#0016301-50,单元I.SOLID164-3-D8-node实体,极力反对用退化的四面体网格一个完全四面体网格甚至不能运行对显式动力学单元使用映射网格拖拉生成的三棱柱单元可以接受尽可能保持接近于立方体的实体形状,March7,2002Inventory#0016301-51,单元SOLID164-3-D8-node实体,有两种实体单元算法:单点积分实体(整个单元中常应力)缺省形式对于单元大变形单元非常快和有效通常需要沙漏控制来阻止沙漏模式全积分实体(2x2x2积分)比较慢，但无沙漏对于高的泊松比时会同时出现剪切锁定和体积锁定，得到比较差的结果精度比缺省算法对单元形状更敏感在特定区域被选用来降低病态效应,March7,2002Inventory#0016301-52,单元J.COMBI165-3-D弹簧或阻尼,使用两个节点和离散的材料模式来定义能与其它所有显式单元连接具有平动和转动自由度能定义复杂的力位移关系不象COMBIN14,弹簧和阻尼必须是不同的单元由于只能同时定义一个弹簧或阻尼选项，所以定义弹簧阻尼集合体时需要重叠定义两个单元,March7,2002Inventory#0016301-53,单元K.MASS166-3-D质量,MASS166是一个有9个自由度的单点质量单元:在x,y,z方向的平动、速度、加速度这个单元还有附加的选项用来定义无质量的转动惯量:KEYOPT(1)=0无惯量的3-D质量:输入质量KEYOPT(1)=13-D转动惯量(无质量):输入6个惯量值这个单元用来调整例如汽车碰撞这样复杂模型的质量，其中许多组件（如座位，车灯，控制工具和假人等）未被建模（以质量单元替代）。,March7,2002Inventory#0016301-54,单元L.LINK167-3-D索,三节点仅拉伸单元第三个节点定义单元初始方向用于索绳建模,March7,2002Inventory#0016301-55,单元M.单元使用指导,只要可能尽量避免小单元，因为它将大大减小时间步，从而增加求解时间。如果小单元不可避免，使用质量缩放（见第2-2章）。减少使用三角形、四面体和棱柱单元，尽管程序支持，但不推荐使用。避免尖角单元和翘曲的壳，因为它们将降低结果精度。在需要沙漏控制的地方使用全积分单元，但是全积分六面体单元会导致体积锁定（由于泊松比接近于0.5）和剪切锁定（如剪支梁的弯曲）。,March7,2002Inventory#0016301-56,单元N.练习1-2,这个练习包括下面的问题:练习1-2.显式动力学单元,Part定义,第1-3章,March7,2002Inventory#0016301-58,Part定义本章目的,本章目的主要是了解part的定义，学习在ANSYS/LS-DYNA中如何定义和应用part.主要内容什么是Part?在ANSYS/LS-DYNA中如何使用Part?如何对Part进行创建，更新和列表？使用Part的步骤Part的选择Part的显示Part集Part定义的练习题,March7,2002Inventory#0016301-59,Part定义A.什么是Part?,一个Part是指具有相同的单元类型，实常数和材料号组合的一个单元集.可以说,Part是模型中的一个特定部分.每个Part具有一个给定的参考号PartID,用于在后续ANSYS/LS-DYNA命令中使用。为了说明在有限元分析中如何定义Part,参考球与平板接触的问题。描述如下,模型由两个part组成:一个是球，一个是平板。,March7,2002Inventory#0016301-60,例子：,Part定义B.ANSYS/LS-DYNA中Part的应用,由于ANSYS/LS-DYNA中许多命令要用到PARTID，因此PART的定义在ANSYS/LS-DYNA中十分重要。下面是一些需要PartID的操作:1.定义和删除两个实体之间的接触(EDCGEN和EDCDELE命令)2定义刚体载荷和约束,惯量属性和集合(EDLOAD,EDCRB,EDIPART,和EDASMP命令)3.读取时间历程材料数据(EDREAD命令)4.向模型的组元施加阻尼(EDDAMP命令),March7,2002Inventory#0016301-61,Part定义C.创建、列表和更新Part,Parts是通过EDPART命令来创建、列表和更新菜单操作路径：PreprocessorLS-DYNAOptionsPartsOptions,在一个模型中创建Part，点击Ok即可，PartIDs会自动按顺序生成。,March7,2002Inventory#0016301-62,Part定义创建、列表和更新Part,对于每种单元类型,如果实常数或材料号等属性发生变化,这组单元将被赋以新的PARTID。创建一个新的Part后,它会自动在屏幕上列出。也可通过EDPART命令列出Part表。PreprocessorLS-DYNAOptionsPartsOptions,March7,2002Inventory#0016301-63,Part定义创建、列表和更新Part,在Part表中,PartID号在PART一列中与MAT,TYPE,和REAL号相对应给出。从上面列表可见，存在两种Part标号USED(1)和UNUSED(0)。一个UNUSEDPartID是指此PART中已没有任何具有MAT、TYPE和REAL的组合属性的单元。UNUSEDParts通常当单元被从模型中删除后出现。,PartID列表,March7,2002Inventory#0016301-64,Part定义创建、列表和更新Part,如果列表中显示有未用的Part,当重新列表时这些Parts将被删除(EDPART,CREATE)。重建的列表删除了未使用的Parts的标号从而减少模型Parts的总数。如果用EDPART，CREATE命令重建Parts列表，Parts列表将被重写。这将造成前面用命令（如EDLOAD)定义的Part标号被修改。为了避免这类问题，可以更新Part列表（不是重建）获取一个当前的Part列表。,March7,2002Inventory#0016301-65,Part定义创建、列表和更新Part,更新Part列表是在不改变现有列表顺序的情况下扩大现有的Part列表并且允许单元（具有唯一的MAT、TYPE和REAL号）加入现有的列表中。更新列表使用EDPART，UPDATE命令PreprocessorLS-DYNAOptionsPartsOptions,March7,2002Inventory#0016301-66,Part定义D.使用Part的步骤,建立模型，直到遇到需要使用Part的命令.建立Part列表(EDPART,CREATE)并进行检查。在命令中使用适当的Part号.模型修改后,遇到需要使用Part的命令时，应先更新和列表当前的Part。如需要，重复最后一步。注意:更新Part列表并应保持到SOLVE命令的使用。如果有命令使用未定义的PartID，求解将被终止。,March7,2002Inventory#0016301-67,Part定义E.选择Part,使用PARTSEL命令可以逻辑选择Parts。单元集_part1,_part2等可以自动生成。UTILITYMENUSelectParts.PARTSEL,Type,PMIN,PMAX,PINCType=S,R,A,U,ALL,NONE,INVE,和PLOT由于命令是宏定义的，所以需要在命令上加单引号。PMIN,PMAX,PINC=minimum,maximum,andincrement#,March7,2002Inventory#0016301-68,Part定义F.显示Parts,由PARTSEL命令选择的Parts可用PARTSEL,Plot选项来画出。注意:PARTSEL,Plot不仅能显示最近被选择过的大多数Part，而且还把这些Parts设定为当前的单元集。UTILITYMENUPlotParts.,显示的Parts可以清楚地表示出与Parts有关的命令所需的PartID.,March7,2002Inventory#0016301-69,Part定义G.Part集,运用EDASMP命令可以建立Part集。PreprocessorLS-DYNAOptionsAssemblyOptions.EDASMP,ASMID,PART1,PART2,PART16多至16个Part组成一个集。ASMID=Part集号(必须大于最大的Part号.)当定义接触时，经常使用Part集。EDCGEN命令中Cont和Targ域。,March7,2002Inventory#0016301-70,Part定义.Part集,为建立一个Part集,简单定义一组Parts,并保证在最后求解时所有的集合号都应大于最大的Part号。Part集也可以列出或删除:EDASMP,Delete,ASMID,March7,2002Inventory#0016301-71,Part定义H.练习1-3,本练习题涉及的问题:练习1-3：在接触问题中Part的应用。,
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