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An Improved Modal Strain Energy Method for Damage Detection in Offshore Platform Structures 被引量:3
1
作者 Yingchao Li Shuqing Wang +1 位作者 Min Zhang Chunmei Zheng 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2016年第2期182-192,共11页
The development of robust damage detection methods for offshore structures is crucial to prevent catastrophes caused by structural failures. In this research, we developed an Improved Modal Strain Energy (IMSE) meth... The development of robust damage detection methods for offshore structures is crucial to prevent catastrophes caused by structural failures. In this research, we developed an Improved Modal Strain Energy (IMSE) method for detecting damage in offshore platform structures based on a traditional modal strain energy method (the Stubbs index method). The most significant difference from the Stubbs index method was the application of modal frequencies. The goal was to improve the robustness of the traditional method. To demonstrate the effectiveness and practicality of the proposed IMSE method, both numerical and experimental studies were conducted for different damage scenarios using a jacket platform structure. The results demonstrated the effectiveness of the IMSE method in damage location when only limited, spatially incomplete, and noise-polluted modal data is available. Comparative studies showed that the IMSE index outperformed the Stubbs index and exhibited stronger robustness, confirming the superiority of the proposed approach. 展开更多
关键词 damage detection modal strain energy offshoreplatform structure modal frequency mode shape
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Damage Detection of Offshore Jacket Structures Using Frequency Domain Selective Measurements 被引量:1
2
作者 M. Kianian A.A. Golafshani E. Ghodrati 《Journal of Marine Science and Application》 2013年第2期193-199,共7页
The development of damage detection techniques for offshore jacket structures is vital to prevent catastrophic events. This paper applies a frequency response based method for the purpose of structural health monitori... The development of damage detection techniques for offshore jacket structures is vital to prevent catastrophic events. This paper applies a frequency response based method for the purpose of structural health monitoring. In efforts to fulfill this task, concept of the minimum rank perturbation theory has been utilized. The present article introduces a promising methodology to select frequency points effectively. To achieve this goal, modal strain energy ratio of each member was evaluated at different natural frequencies of structure in order to identify the sensitive frequency domain for damage detection. The proposed methodology opens up the possibility of much greater detection efficiency. In addition, the performance of the proposed method was evaluated in relation to multiple damages. The aforementioned points are illustrated using the numerical study of a two dimensional jacket platform, and the results proved to be satisfactory utilizing the proposed methodology. 展开更多
关键词 damage detection structural health monitoring frequency response function offshore jacket platform minimum rank perturbation theory element modal strain energy ratio
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An efficient two-stage approach for structural damage detection using meta-heuristic algorithms and group method of data handling surrogate model
3
作者 Hamed FATHNEJAT Behrouz AHMADI-NEDUSHAN 《Frontiers of Structural and Civil Engineering》 SCIE EI CSCD 2020年第4期907-929,共23页
In this study,the performance of an efficient two-stage methodology which is applied in a damage detection system using a surrogate model of the structure has been investigated.In the first stage,in order to locate th... In this study,the performance of an efficient two-stage methodology which is applied in a damage detection system using a surrogate model of the structure has been investigated.In the first stage,in order to locate the damage accurately,the performance of the modal strain energy based index for using different numbers of natural mode shapes has been evaluated using the confusion matrix.In the second stage,to estimate the damage extent,the sensitivity of most used modal properties due to damage,such as natural frequency and flexibility matrix is compared with the mean normalized modal strain energy(MNMSE)of suspected damaged elements.Moreover,a modal property change vector is evaluated using the group method of data handling(GMDH)network as a surrogate model during damage extent estimation by optimization algorithm;in this part of methodology,the performance of the three popular optimization algorithms including particle swarm optimization(PSO),bat algorithm(BA),and colliding bodies optimization(CBO)is examined and in this regard,root mean square deviation(RMSD)based on the modal property change vector has been proposed as an objective function.Furthermore,the effect of noise in the measurement of structural responses by the sensors has also been studied.Finally,in order to achieve the most generalized neural network as a surrogate model,GMDH performance is compared with a properly trained cascade feed-forward neural network(CFNN)with log-sigmoid hidden layer transfer function.The results indicate that the accuracy of damage extent estimation is acceptable in the case of integration of PSO and MNMSE.Moreover,the GMDH model is also more efficient and mimics the behavior of the structure slightly better than CFNN model. 展开更多
关键词 two-stage method modal strain energy surrogate model GMDH optimization damage detection
原文传递
Damage Localization of Offshore Platforms Under Ambient Excitation 被引量:9
4
作者 杨和振 李华军 王树青 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2003年第4期495-504,共10页
In this paper Nondestructive Damage Detection (NDD) for offshore platforms is investigated under operational conditions. As is known, there is no easy way to measure ambient excitation, so damage detection methods bas... In this paper Nondestructive Damage Detection (NDD) for offshore platforms is investigated under operational conditions. As is known, there is no easy way to measure ambient excitation, so damage detection methods based on ambient excitation have become very vital for the Structural Health Monitoring (SHM) of offshore platforms. The modal parameters (natural frequencies, damping ratios and mode shapes) are identified from structural response data with the Natural Excitation Technique (NExT) in conjunction with the Eigensystem Realization Algorithm (ERA) . A new method of damage detection is presented, which utilizes the invariance property of element modal strain energy. This method is to assign element modal strain energy to two parts, and defines two damage detection indicators. One is compression modal strain energy change ratio (CMSECR); the other is flexural modal strain energy change ratio (FMSECR). The present modal strain energy is obtained by incomplete modal shape and structural stiffness matr 展开更多
关键词 offshore platform modal parameter identification damage detection modal strain energy
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基于跨模型模态应变能变化的结构损伤识别两阶段法
5
作者 朱学坤 李翠 +2 位作者 俞记生 张雅儒 伍晓顺 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期210-221,共12页
为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal St... 为提高结构损伤识别精度,采用跨模型模态应变能变化(Cross-model Modal Strain Energy Changes,CMSEC)代替传统的模态应变能变化(Modal Strain Energy Changes, MSEC)建立先定位后定量的结构损伤识别两阶段法.与传统模态应变能(Modal Strain Energy, MSE)计算时仅利用结构损伤后的振型不同,跨模型模态应变能(CMSE)的计算同时利用结构损伤前后的振型.先利用CMSEC构建CMSECI (Cross-model Modal Strain Energy Index)损伤指标来确定损伤位置,筛选出疑似损伤构件后,再利用CMSEC建立定量识别损伤程度的灵敏度方程.采用基于奇异值截断的迭代法求解该方程,以避免迭代过程中可能出现的病态方程问题.根据公式构成可以定性判断CMSEC比MSEC更难被噪声干扰.某简支梁算例表明,本文方法在损伤定位和损伤定量两个阶段均比传统方法具有更高的识别精度.为了深入考察本文方法的优越性,采用蒙特卡洛法从宏观的相对误差上界和具体的相对误差分布这两个视角解释了本文方法优于传统方法的原因. 展开更多
关键词 损伤识别 模态应变能 模态识别 结构健康监测 损伤灵敏度
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Assessment of structural damage using natural frequency changes 被引量:4
6
作者 Shu-Qing Wang Hua-Jun Li 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第1期118-127,共10页
The present paper develops a new method for damage localization and severity estimation based on the employment of modal strain energy. This method is able to determine the damage locations and estimate their severiti... The present paper develops a new method for damage localization and severity estimation based on the employment of modal strain energy. This method is able to determine the damage locations and estimate their severities, requiring only the information about the changes of a few lower natural frequencies. First, a damage quantification method is formulated and iterative approach is adopted for determining the damage extent. Then a damage localization algorithm is proposed, in which a damage indicator is formulated where unity value corresponds to the true damage scenario. Finally, numerical studies and model tests are conducted to demonstrate the effectiveness of the developed algorithm. 展开更多
关键词 damage assessment damage detection strain energy - modal analysis - Natural frequency
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基于模态应变能耗散率理论的结构损伤识别方法 被引量:32
7
作者 刘晖 瞿伟廉 袁润章 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2004年第2期118-121,共4页
本文提出了基于模态应变能耗散率理论的一种新的结构损伤识别方法。表示结构损伤的损伤变量的概念来自于材料领域 ,并推广到了构件和结构 ;在此基础上 ,结构单元的损伤变量是通过建立模态应变能耗散率和相应的结构损伤前后的应变能变化... 本文提出了基于模态应变能耗散率理论的一种新的结构损伤识别方法。表示结构损伤的损伤变量的概念来自于材料领域 ,并推广到了构件和结构 ;在此基础上 ,结构单元的损伤变量是通过建立模态应变能耗散率和相应的结构损伤前后的应变能变化的关系而获得。该方法所要求的结构损伤前后的振型模态可以是不完备的。对测量噪声的影响具有较强的鲁棒性。最后 ,通过数值算例的分析结果说明 ,该方法简便、有效 ,可定位结构的损伤和识别损伤的程度。 展开更多
关键词 模态应变能 耗散率 损伤识别 结构损伤
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基于应变能耗散率的结构损伤识别方法研究 被引量:12
8
作者 刘晖 瞿伟廉 袁润章 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2004年第5期198-202,共5页
将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的... 将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的,应用完备模态空间理论将未测的结构高阶模态用等效高阶模态来代替从而消除模态截断误差的影响。最后,通过对一悬臂六跨平面桁架结构的数值算例分析的结果说明,该方法简便、有效,可同时定位结构的损伤和识别损伤的程度。 展开更多
关键词 结构损伤识别 模态应变能 耗散率 完备模态空间 模态
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结构破损定位的单元模态应变能变化率法 被引量:123
9
作者 史治宇 罗绍湘 张令弥 《振动工程学报》 EI CSCD 1998年第3期356-360,共5页
提出了结构单元模态应变能的概念,并导出了基于单元模态应变能变化率的结构破损位置的诊断方法。该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为输入信息。算例的数值结果表明,该方法简便、有效。
关键词 结构振动 模态分析 故障诊断 模态应变能 破损
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基于单元模态应变能灵敏度的结构损伤统计识别 被引量:21
10
作者 颜王吉 黄天立 任伟新 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期152-157,共6页
基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损... 基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损伤概率模型计算各单元的损伤存在概率。最后,用一简支梁数值模拟算例验证了该方法的有效性。研究结果表明:损伤概率越大,表明存在损伤的可能性越大;损伤单元的损伤存在概率大于非损伤单元的损伤存在概率;随着损伤程度的增加,损伤存在概率不断增加,而随着噪声水平的增加,损伤存在概率减小。 展开更多
关键词 灵敏度 模态应变能 模态分析 损伤识别 统计方法
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基于模态应变能的海洋平台损伤定位试验研究 被引量:12
11
作者 王树青 王长青 李华军 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 2006年第4期282-287,共6页
针对海洋平台等大型复杂土木工程结构,研究了基于振动响应测试的结构损伤诊断方法。采用特征系统实现算法,仅利用输出响应进行模态参数识别,基于模态应变能的变化来进行损伤定位。为了验证该方法的有效性,制造了钢质导管架式海洋平台模... 针对海洋平台等大型复杂土木工程结构,研究了基于振动响应测试的结构损伤诊断方法。采用特征系统实现算法,仅利用输出响应进行模态参数识别,基于模态应变能的变化来进行损伤定位。为了验证该方法的有效性,制造了钢质导管架式海洋平台模型,进行了振动台试验。模型预先在某些典型构件处设置了法兰连接件用来模拟损伤,针对斜撑构件测试了多种单损伤和两损伤工况。针对各种损伤工况进行了模态识别和损伤检测,试验结果表明,基于输出响应的模态应变能法进行斜撑损伤定位是可行的。 展开更多
关键词 模态识别 损伤检测 损伤定位 模态应变能 海洋平台
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基于剩余模态力和模态应变能理论的网架结构损伤识别 被引量:15
12
作者 高维成 刘伟 钱成 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期93-100,共8页
针对网架结构特点,引入敏感模态的概念,提出了一种识别敏感模态的算法;基于剩余模态力理论,利用敏感模态进行损伤位置识别,并建立了基于模态应变能理论的损伤程度评估算法,采用非负最小二乘法求解超静定方程组,实现定量评估损伤程度。... 针对网架结构特点,引入敏感模态的概念,提出了一种识别敏感模态的算法;基于剩余模态力理论,利用敏感模态进行损伤位置识别,并建立了基于模态应变能理论的损伤程度评估算法,采用非负最小二乘法求解超静定方程组,实现定量评估损伤程度。以某实际结构为仿真对象,分析了上述算法在网架结构损伤识别中联合应用的可行性,同时将评估结果与基于最小秩摄动理论的损伤程度评估结果进行了比较研究,并考虑测试噪声影响。结果表明,二者联合工作效果较好,不仅可以识别结构单处损伤,还可以识别结构多处损伤,且损伤程度评估结果同基于最小秩摄动理论损伤程度评估结果比,更可信,将其应用于网架结构的健康诊断是可行的。 展开更多
关键词 网架结构 健康监测 损伤识别 剩余模态力 模态应变能 最小秩摄动
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基于模态应变能诊断结构破损的修正方法 被引量:27
13
作者 史治宇 张令弥 吕令毅 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 2000年第3期84-87,共4页
针对单元模态应变能法诊断结构破损时由于模态截断引起的计算误差等问题 ,改进了求解系统特征向量导数的典型模态法 ,提出了仅用部分低阶模态来确定结构破损位置和大小的修正方法 。
关键词 结构振动 模态分析 故障诊断 工程力学
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由模态应变能法诊断结构破损的实验研究 被引量:36
14
作者 史治宇 吕令毅 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 1999年第2期134-138,共5页
提出了基于单元模态应变能变化的结构破损诊断方法,该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为诊断信息.实验研究表明,用有噪声影响的不完整测试模态振型数据时,此方法仍能得到较好的破损诊断结果,并且方法简便,便于实际... 提出了基于单元模态应变能变化的结构破损诊断方法,该方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为诊断信息.实验研究表明,用有噪声影响的不完整测试模态振型数据时,此方法仍能得到较好的破损诊断结果,并且方法简便,便于实际应用. 展开更多
关键词 模态分析 故障诊断 模态应变能 结构破损
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基于振动测试的海洋平台结构无损检测 被引量:15
15
作者 杨和振 李华军 黄维平 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期480-484,共5页
针对海洋平台等复杂大型土木工程结构物 ,研究基于振动测试的无损检测方法 ,提出了一套利用结构单元模态应变能特性的新损伤诊断方法。该方法是将结构单元的模态应变能分解为拉压模态应变能和弯曲模态应变能 ,并定义了两个损伤诊断指标 ... 针对海洋平台等复杂大型土木工程结构物 ,研究基于振动测试的无损检测方法 ,提出了一套利用结构单元模态应变能特性的新损伤诊断方法。该方法是将结构单元的模态应变能分解为拉压模态应变能和弯曲模态应变能 ,并定义了两个损伤诊断指标 ,即拉压模态应变能变化率 (CMSECR)和弯曲模态应变能变化率 (FMSECR)。模态应变能是通过结构不完备模态振型和结构刚度矩阵计算出的 ,因此 ,可以通过振动测试得到结构单元的两个损伤指标诊断结构的损伤。为了验证本文所提出损伤诊断方法的正确性 ,利用海洋平台有限元模型数值模拟了三个典型的损伤工况。根据损伤诊断结果 ,本文所提方法能够得到较满意的诊断精度 。 展开更多
关键词 海洋平台结构 无损检测 振动测试 模态应变能 结构健康监测
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基于模态应变能的结构损伤检测方法研究 被引量:21
16
作者 袁明 贺国京 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期92-94,共3页
针对单元模态应变能法诊断结构损伤时需要完备模态的缺点 ,本文提出仅用部分低阶模态确定结构损伤位置和程度的方法。通过考虑高阶模态的近似贡献 ,能够得到较满意的诊断精度 ,具有实际应用价值。
关键词 结构振动 模态法 模态应变能 损伤诊断
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改进模态应变能法在混凝土组合箱梁桥损伤诊断中的应用 被引量:9
17
作者 刘涛 李爱群 +1 位作者 赵大亮 丁幼亮 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第6期44-50,共7页
为提高结构损伤识别方法的准确性和对噪声的鲁棒性,将多源信息融合技术引入到结构损伤识别方法中。针对模态应变能法诊断结构损伤一般需要完备模态的特点,采用信息融合技术对各阶模态应变能进行融合,建立了基于信息融合的改进的模态应... 为提高结构损伤识别方法的准确性和对噪声的鲁棒性,将多源信息融合技术引入到结构损伤识别方法中。针对模态应变能法诊断结构损伤一般需要完备模态的特点,采用信息融合技术对各阶模态应变能进行融合,建立了基于信息融合的改进的模态应变能法。通过对一座预应力混凝土组合箱梁桥损伤识别数值算例的分析,可以看出该方法具有良好的损伤敏感性,仅需要较少的低阶模态就可识别结构的早期损伤;同时,该方法具有噪声鲁棒性,当加入噪声等于或小于10%时可以准确识别结构的早期损伤。因此该文提出的基于信息融合的改进的模态应变能法具有较好的工程实用性。 展开更多
关键词 多源信息融合 模态应变能 损伤诊断 混凝土组合箱梁桥 噪声鲁棒性
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弹性梁损伤识别模态应变能法 被引量:5
18
作者 刘文光 李俊 +1 位作者 严铖 贺红林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1651-1654,共4页
针对飞行器弹性梁结构的振动疲劳损伤问题,基于单元模态应变能的变化提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法以结构损伤会导致其模态性能变化为原则,通过对比结构单元损伤前后模态应变能的变化率来构建损伤指标。在构建损伤指标之前,... 针对飞行器弹性梁结构的振动疲劳损伤问题,基于单元模态应变能的变化提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法以结构损伤会导致其模态性能变化为原则,通过对比结构单元损伤前后模态应变能的变化率来构建损伤指标。在构建损伤指标之前,假定弹性梁的刚度是由单元刚度组成的,在定义单元刚度灵敏度公式的基础上,建立了弹性梁损伤前后模态应变能变化的联系。最后采用数值计算和实验测试方法,得到了弹性梁损伤状态的识别结果,验证了该方法对损伤识别的正确性和有效性。 展开更多
关键词 损伤识别 模态应变能 弹性梁 振动疲劳
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梁裂缝损伤检测的模态应变能法及试验研究 被引量:9
19
作者 唐天国 刘浩吾 +1 位作者 陈春华 刘晓森 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第S1期39-45,共7页
结构裂缝存在将使其局部刚度减少,而局部刚度下降与其固有频率变化紧密相关。应变能对局部损伤较固有频率更为敏感。把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种全新的无损裂缝识别方法。并把影响损伤指标因素与假设检验相... 结构裂缝存在将使其局部刚度减少,而局部刚度下降与其固有频率变化紧密相关。应变能对局部损伤较固有频率更为敏感。把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种全新的无损裂缝识别方法。并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证。用简支梁模型进行模态试验,将梁损伤前、后的模态参数提取,并用该方法进行裂缝位置及裂缝深度参数的识别。结果表明,该损伤检测方法识别结果精度较高,将其用于裂缝损伤检测是可行的。 展开更多
关键词 工程结构 损伤检测 模态应变能 模型试验 裂缝
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采用应变能方法定量分析输电塔损伤程度 被引量:3
20
作者 郭惠勇 薛晓武 +1 位作者 李正良 朱汉棠 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期94-99,共6页
为了解决输电塔结构的损伤识别问题,提出了基于模态应变能变化率和能量方程的两步识别方法。首先利用模态应变能变化率方法进行较为精确的损伤定位,然后引入损伤后的单元刚度矩阵,对结构模态应变能耗散率理论进行了相关的改进研究,从而... 为了解决输电塔结构的损伤识别问题,提出了基于模态应变能变化率和能量方程的两步识别方法。首先利用模态应变能变化率方法进行较为精确的损伤定位,然后引入损伤后的单元刚度矩阵,对结构模态应变能耗散率理论进行了相关的改进研究,从而推导出更精确的损伤定量方程方法。该方法只需要前几阶振型模态,不需要完备的测量信息。数值仿真的结果表明,该两步识别方法可以有效地识别出输电塔结构的损伤位置和程度。 展开更多
关键词 损伤检测 应变能 变化率 耗散率 输电塔
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