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GEOMETRICALLY NONLINEAR FINITE ELEMENT MODEL OF SPATIAL THIN-WALLED BEAMS WITH GENERAL OPEN CROSS SECTION 被引量:11
1
作者 Xiaofeng Wang Qingshan Yang 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2009年第1期64-72,共9页
Based on the theory of Timoshenko and thin-walled beams, a new finite element model of spatial thin-walled beams with general open cross sections is presented in the paper, in which several factors are included such a... Based on the theory of Timoshenko and thin-walled beams, a new finite element model of spatial thin-walled beams with general open cross sections is presented in the paper, in which several factors are included such as lateral shear deformation, warp generated by nonuni- form torsion and second-order shear stress, coupling of flexure and torsion, and large displacement with small strain. With an additional internal node in the element, the element stiffness matrix is deduced by incremental virtual work in updated Lagrangian (UL) formulation. Numerical examples demonstrate that the presented model well describes the geometrically nonlinear property of spatial thin-walled beams. 展开更多
关键词 spatial beams thin-walled structures geometrically nonlinear finite element stiffness matrix
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A new beam element for analyzing geometrical and physical nonlinearity 被引量:3
2
作者 Xiao-Feng Wang Qing-Shan Yang Qi-Lin Zhang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第4期605-615,共11页
Based on Timoshenko's beam theory and Vlasov's thin-walled member theory, a new model of spatial thin-walled beam element is developed for analyzing geometrical and physical nonlinearity, which incorporates an inter... Based on Timoshenko's beam theory and Vlasov's thin-walled member theory, a new model of spatial thin-walled beam element is developed for analyzing geometrical and physical nonlinearity, which incorporates an interior node and independent interpolations of bending angles and warp and takes diversified factors into consideration, such as traverse shear deformation, torsional shear deformation and their coupling, coupling of flexure and torsion, and the second shear stress. The geometrical nonlinear strain is formulated in updated Lagarange (UL) and the corresponding stiffness matrix is derived. The perfectly plastic model is used to account for physical nonlinearity, and the yield rule of von Mises and incremental relationship of Prandtle-Reuss are adopted. Elastoplastic stiffness matrix is obtained by numerical integration based on the finite segment method, and a finite element program is compiled. Numerical examples manifest that the proposed model is accurate and feasible in the analysis of thin-walled structures. 展开更多
关键词 Spatial beams thin-walled section beam element Geometrical and physical nonlinearity FEM
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A geometrical and physical nonlinear finite element model for spatial thin-walled beams with arbitrary section 被引量:4
3
作者 YANG QingShan 1 &WANG XiaoFeng 2 1 School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China 2 College of Civil Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2010年第3期829-838,共10页
Based on the theories of Bernoulli-Euler beams and Vlasov's thin-walled members,a new geometrical and physical nonlinear beam element model is developed by applying an interior node in the element and independent ... Based on the theories of Bernoulli-Euler beams and Vlasov's thin-walled members,a new geometrical and physical nonlinear beam element model is developed by applying an interior node in the element and independent interpolations on bending angles and warp,in which factors such as traverse shear deformation,torsional shear deformation and their coupling,coupling of flexure and torsion,and second shear stress are all considered.Thereafter,geometrical nonlinear strain in total Lagarange(TL) and the corresponding stiffness matrix are formulated.Ideal plastic model is applied to physical nonlinearity to comply with the yield rule of Von Mises and incremental relationship of Prandtle-Reuss.Elastoplastic stiffness matrix is derived by numerical integration on the basis of the finite segment method.Examples show that the developed model is feasible in analysis of thin-walled structures with high accuracy. 展开更多
关键词 SPATIAL beams thin-walled structures GEOMETRICAL and PHYSICAL NONLINEARITY finite element ARBITRARY section
原文传递
梅州市广州大桥主桥设计
4
作者 王鹏 《城市道桥与防洪》 2023年第3期65-67,M0008,共4页
作为一类(139+106)m独塔单索面不对称斜拉桥,广州大桥主桥采用塔墩梁固结体系。主梁采用宽幅大挑臂近似三角形斜腹板整体预应力混凝土箱梁;桥塔采用带椭圆端头的矩形截面“一”字形预应力混凝土结构;主墩为混凝土双薄壁墩。选择应用Mida... 作为一类(139+106)m独塔单索面不对称斜拉桥,广州大桥主桥采用塔墩梁固结体系。主梁采用宽幅大挑臂近似三角形斜腹板整体预应力混凝土箱梁;桥塔采用带椭圆端头的矩形截面“一”字形预应力混凝土结构;主墩为混凝土双薄壁墩。选择应用Midas/Civil有限元分析软件进行全桥静力计算,结果表明该桥强度、刚度均满足规范要求。 展开更多
关键词 独塔 单索面 斜拉桥 预应力混凝土箱梁 有限元分析
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钢筋混凝土平面问题的含梁组合单元模型 被引量:6
5
作者 王家林 陈山林 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 2005年第2期72-75,共4页
将混凝土内的钢筋模拟为能承受轴向力、抵抗弯曲变形的梁单元,在梁元节点位移服从平面单元位移场的基本假设下,应用虚功原理建立了单元内任意位置含钢筋梁元的钢筋混凝土平面组合单元模型.通过与现有钢筋混凝土平面单元模型比较,本模型... 将混凝土内的钢筋模拟为能承受轴向力、抵抗弯曲变形的梁单元,在梁元节点位移服从平面单元位移场的基本假设下,应用虚功原理建立了单元内任意位置含钢筋梁元的钢筋混凝土平面组合单元模型.通过与现有钢筋混凝土平面单元模型比较,本模型更准确全面地反映了钢筋的力学性能,钢筋在平面单元内的位置不再有任何限制,混凝土和钢筋可以各自独立地进行网格划分,为单元离散提供了便利. 展开更多
关键词 组合单元模型 钢筋混凝土 平面问题 平面单元 弯曲变形 基本假设 节点位移 模型比较 任意位置 虚功原理 力学性能 网格划分 轴向力 位移场
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平面梁单元的单元复合技术及应用 被引量:2
6
作者 王家林 陈山林 +1 位作者 彭凯 肖盛燮 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期147-150,共4页
深入分析了平面梁单元内任一点的位移,根据位移协调条件,利用虚功原理建立了在母梁单元上增加并复合子梁单元的方法,能够比较方便、准确地模拟工程结构中构件含加劲材料、构件截面在不同阶段变化等问题。算例验证了该方法的可行性,演示... 深入分析了平面梁单元内任一点的位移,根据位移协调条件,利用虚功原理建立了在母梁单元上增加并复合子梁单元的方法,能够比较方便、准确地模拟工程结构中构件含加劲材料、构件截面在不同阶段变化等问题。算例验证了该方法的可行性,演示了在使用上的便利。 展开更多
关键词 平面粱单元 子粱单元 母粱单元 复合 虚功原理
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基于平面梁单元的几何非线性分阶段成形平衡方程 被引量:16
7
作者 苑仁安 秦顺全 +1 位作者 王帆 但启联 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期45-49,共5页
为探讨几何非线性条件下基于平面梁单元分阶段成形结构最终状态的影响因素,结合其成形特点,以结构的无应力状态为分析起点计算结构系统的总势能,根据最小势能原理,建立结构分阶段成形时不考虑其成形过程的力学平衡方程,获得结构最终状... 为探讨几何非线性条件下基于平面梁单元分阶段成形结构最终状态的影响因素,结合其成形特点,以结构的无应力状态为分析起点计算结构系统的总势能,根据最小势能原理,建立结构分阶段成形时不考虑其成形过程的力学平衡方程,获得结构最终状态与平面梁单元无应力状态量的关系,在全量列式平衡方程的基础上,推导出增量列式求解方程,并通过算例说明平衡方程的应用。对计算结果和平衡方程的分析表明:对于由梁单元组成的分阶段成形结构,当结构体系、外荷载和边界条件一定时,即使在考虑结构几何非线性效应的前提下,其最终状态的确定只与梁单元的无应力长度和无应力曲率有关,与其成形过程无关。 展开更多
关键词 平面梁单元 分阶段成形 结构最终状态 无应力状态量 几何非线性 平衡方程
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基于曲率插值的大变形梁单元 被引量:6
8
作者 张志刚 齐朝晖 吴志刚 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2013年第6期620-629,共10页
线性梁单元的形函数在单元大转动时会引起虚假应变,不适用于几何非线性分析。传统的几何非线性梁单元由于位移插值和转角插值的相干性,常常引起剪切闭锁等问题。该文提出了一种平面大变形梁单元,通过单元域内的曲率插值以及曲率与节点... 线性梁单元的形函数在单元大转动时会引起虚假应变,不适用于几何非线性分析。传统的几何非线性梁单元由于位移插值和转角插值的相干性,常常引起剪切闭锁等问题。该文提出了一种平面大变形梁单元,通过单元域内的曲率插值以及曲率与节点位移之间的函数关系,将单元节点力和节点位移表示为节点曲率的函数。由于曲率插值本质上是对梁的应变进行插值,保证了单元任意刚体运动不会产生虚假的节点力;且将梁的截面形心位移表示为曲率的函数,避免了传统单元中的剪切闭锁问题。因而所提方法特别适用于梁的几何非线性分析。数值算例说明了所提方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 曲率插值 几何非线性 平面梁单元 大变形
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虚拟层合单元在平面梁和拱形状优化中的应用 被引量:3
9
作者 李芳 凌道盛 徐兴 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第1期99-102,共4页
本文在虚拟层合单元的基础上 ,为适应形状优化时边界变化的特点 ,构造了曲线分层的虚拟层合梁单元。这样 ,求解优化问题时仅把特定的层厚作为设计变量 ,无须改变原始数据结构 ,有限元网格只在优化初始生成一次即可。具有单元数少、设计... 本文在虚拟层合单元的基础上 ,为适应形状优化时边界变化的特点 ,构造了曲线分层的虚拟层合梁单元。这样 ,求解优化问题时仅把特定的层厚作为设计变量 ,无须改变原始数据结构 ,有限元网格只在优化初始生成一次即可。具有单元数少、设计变量少的优点。算例表明此法计算简便 ,结果可靠 。 展开更多
关键词 虚拟层合单元 形状优化 平面梁
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平面梁杆结构几何非线性分析的一种简便方法 被引量:8
10
作者 王恒华 沈祖炎 陆瑞明 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 1997年第1期119-123,共5页
本文提出了一种新的几何非线性分析方法,适用于结点位移任意大、单元刚体转角任意大、单元局部弯曲比较小的平面梁杆结构。文中的刚度矩阵和附加荷载列阵都是以显式形式给出的。
关键词 平面结构 梁杆单元 几何非线性
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基于ANSYS二次开发的几何非线性平面梁单元 被引量:5
11
作者 邓继华 张孝振 +1 位作者 许斌林 田仲初 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期1161-1168,共8页
共旋坐标法(C.R法)具有在局部坐标系考虑材料非线性,通过局部坐标系与结构坐标系之间内力和切线刚度矩阵的转换矩阵来考虑几何非线性,从而实现两种非线性脱耦的优点,C.R法相对于其它非线性有限元列式而言较少运用于商业程序。本文利用AN... 共旋坐标法(C.R法)具有在局部坐标系考虑材料非线性,通过局部坐标系与结构坐标系之间内力和切线刚度矩阵的转换矩阵来考虑几何非线性,从而实现两种非线性脱耦的优点,C.R法相对于其它非线性有限元列式而言较少运用于商业程序。本文利用ANSYS平台提供的单元二次开发工具——用户可编程特性(UPFs),开发了基于C.R法的几何非线性平面梁单元,给出了详细的算法及流程,通过多个算例对本文算法及程序进行了验证。研究表明:该方法能有效利用共旋法非线性单元和ANSYS商业程序的优点,对于方框架在对边中点受一对集中力的算例1,采用二次开发的用户梁单元与beam3梁单元在每个荷载步下收敛所需的迭代次数分别为3次和6次;对于预应力钢筋混凝土悬臂梁发生大变形的算例2,上述两种单元模型进行非线性计算能收敛的预应力加载系数分别为132和128,可知本文基于共旋法得到的ANSYS二次开发用户梁单元提高了非线性计算的效率和能力,可用于平面梁结构的几何非线性分析。 展开更多
关键词 ANSYS二次开发 平面梁单元 几何非线性 共旋坐标法 有限元
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集簇式刚性连接组合梁桥的力学性能分析 被引量:4
12
作者 陈祺 周叮 +1 位作者 刘朵 张建东 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2017年第3期487-495,共9页
为了研究任意荷载作用下集簇式刚性连接工字钢-混组合简支梁桥的应力和位移分布,首先将组合梁桥的三维结构简化为层合的二维弹性力学平面应力问题,分别求得各层简支梁的弹性力学解,然后用集中力替代集簇式刚性连接件对结构的作用力,根... 为了研究任意荷载作用下集簇式刚性连接工字钢-混组合简支梁桥的应力和位移分布,首先将组合梁桥的三维结构简化为层合的二维弹性力学平面应力问题,分别求得各层简支梁的弹性力学解,然后用集中力替代集簇式刚性连接件对结构的作用力,根据梁桥表面的受力条件以及界面处位移和应力的衔接条件,确定待定未知量,从而得到组合梁桥的应力和位移分布函数.与有限元结果比较显示了该数值解具有很高的精度,参数化分析揭示了集簇式刚性连接组合梁桥的力学特点并且提出了簇钉间距的合理范围,研究结果为新型组合梁桥的工程设计提供了科学的理论依据. 展开更多
关键词 组合梁桥 集簇式剪力件 弹性力学解 刚性连接 平面应力问题
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基于U.L列式的带刚臂平面梁元非线性分析 被引量:5
13
作者 邓继华 邵旭东 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期8-12,共5页
为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,基于U.L法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵表达式,指出已有文献在推导过程中省略了单元已有内力对切线刚度矩阵附加项的影响... 为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,基于U.L法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵表达式,指出已有文献在推导过程中省略了单元已有内力对切线刚度矩阵附加项的影响,有可能出现在非线性程度较高的时候计算不收敛的问题,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤;利用本文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析.计算结果表明这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强. 展开更多
关键词 刚臂 平面梁元 几何非线性 U.L列式 切线刚度矩阵
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几何缺陷对张弦梁预应力张拉影响的力学分析 被引量:5
14
作者 齐永胜 赵风华 《青岛理工大学学报》 CAS 2007年第6期43-47,共5页
用有限元方法分析了张弦梁结构上弦平面外几何缺陷在预应力张拉过程中可能造成的力学影响,比较了张弦梁结构不同的上弦截面形式对平面外几何缺陷的敏感性,指出张弦梁上弦采用H形截面时,张弦梁结构可能具有对上弦平面外几何缺陷的敏感性... 用有限元方法分析了张弦梁结构上弦平面外几何缺陷在预应力张拉过程中可能造成的力学影响,比较了张弦梁结构不同的上弦截面形式对平面外几何缺陷的敏感性,指出张弦梁上弦采用H形截面时,张弦梁结构可能具有对上弦平面外几何缺陷的敏感性,施工过程应考虑这一因素;张弦梁上弦采用平面外刚度较大的箱形截面时,可避免结构对上弦平面外几何缺陷的敏感性,施工时可在地面将张弦梁一次张拉到位,避免高空预应力张拉的不便,减小施工难度. 展开更多
关键词 张弦梁 平面外 几何缺陷 有限元
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考虑材料非线性时钢筋混凝土平面梁单元刚度的计算方法 被引量:3
15
作者 李传习 李德慧 刘光栋 《长沙理工大学学报(自然科学版)》 CAS 2004年第1期34-38,共5页
在Cranston修正刚度矩阵迭代方法基础上,通过分步迭代措施和引入惩罚因子,对Cranston迭代方法进行了修正,解决了考虑材料非线性时,Cranston迭代方法计算钢筋混凝土平面梁单元的刚度有时不收敛的问题.
关键词 钢筋混凝土平面梁单元 刚度 计算方法 材料非线性 迭代方法 惩罚因子
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地铁车站端头井受力计算模型研究 被引量:24
16
作者 丁春林 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期621-625,共5页
针对上海轨道交通明珠线二期某地铁车站,提出采用空间梁-板单元模型分析车站端头井在施工过程中的受力和变形,并与传统的平面简化模型计算结果进行比较.计算结果显示:对于端头井墙体结构,两种方法计算得到的内力、变形和弯矩分布规律基... 针对上海轨道交通明珠线二期某地铁车站,提出采用空间梁-板单元模型分析车站端头井在施工过程中的受力和变形,并与传统的平面简化模型计算结果进行比较.计算结果显示:对于端头井墙体结构,两种方法计算得到的内力、变形和弯矩分布规律基本一致;对端头井上、下框架梁结构,采用空间梁-板单元模型计算,其内力变化较大,端头井空间效应显著,且可避免平面简化模型计算中框架梁出现轴向拉力这种失真现象.最后,建议采用空间梁-板单元模型分析地铁车站端头井结构. 展开更多
关键词 地铁车站 端头井 梁-板单元模型 平面简化模型
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计入初始应变项的平面梁单元非线性刚度矩阵 被引量:5
17
作者 周水兴 陈山林 《重庆建筑大学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期70-74,94,共6页
开展平面结构几何非线性分析时经常会遇到杆件含有初始应力力或初始应变的情况。由于非线性刚度矩阵中含有节点位移,矩阵运算量大,给刚度矩阵的推导带来很大困难。根据平面梁单元几何非线性方程,采用计入初始应力和初始应变项的一般性... 开展平面结构几何非线性分析时经常会遇到杆件含有初始应力力或初始应变的情况。由于非线性刚度矩阵中含有节点位移,矩阵运算量大,给刚度矩阵的推导带来很大困难。根据平面梁单元几何非线性方程,采用计入初始应力和初始应变项的一般性线弹性应力应变关系,导出了相应的切线刚度矩阵,利用MATLAB数学工具箱,给出了含有初始应力和初始应变的所有刚度矩阵的显式表达式,为程序编制奠定了基础。 展开更多
关键词 平面梁单元 非线性刚度矩阵 MATLAB 几何非线性 应力应变关系
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火灾下轴向约束钢梁的样条有限元法 被引量:3
18
作者 王培军 李国强 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期1592-1596,共5页
提出了一种同时考虑几何非线性和材料非线性的平面样条梁单元,并用其进行了火灾升温条件下沿截面温度分布不均匀轴向约束钢梁的受力分析.以节点的弯矩和轴力平衡为条件建立基本方程,可方便地考虑轴力的二阶效应和升温条件下材料的非线性... 提出了一种同时考虑几何非线性和材料非线性的平面样条梁单元,并用其进行了火灾升温条件下沿截面温度分布不均匀轴向约束钢梁的受力分析.以节点的弯矩和轴力平衡为条件建立基本方程,可方便地考虑轴力的二阶效应和升温条件下材料的非线性,并可考虑温度沿截面的任意分布形式,避免了常规有限元法在单元刚度矩阵中考虑这些因素的复杂性.算例表明,该样条梁单元有足够的精度,且求解速度快于常规有限元法的壳单元. 展开更多
关键词 平面钢梁 火灾 温度梯度 样条有限元法 非线性
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工程中的动态有限元法 被引量:2
19
作者 张伟林 李景高 干洪 《安徽建筑工业学院学报(自然科学版)》 1994年第1期79-83,共5页
动态有限元法将结构的动态特性引入单元性态中,以结构的动特性为基础来构造位移形函我,从根本上改变单元性质,使之成为结构动态分析的高精度单元。本文对动态有限元法的提出、发展,以及研究前景作了综述,给出了动态有限元法的研究... 动态有限元法将结构的动态特性引入单元性态中,以结构的动特性为基础来构造位移形函我,从根本上改变单元性质,使之成为结构动态分析的高精度单元。本文对动态有限元法的提出、发展,以及研究前景作了综述,给出了动态有限元法的研究内容和近期成果。 展开更多
关键词 FINITE DYNAMIC element method DYNAMIC analysis of STRUCTURE DYNAMIC element of beam plane plale
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基于构件协同工作的平面钢闸门主梁最优梁高研究 被引量:2
20
作者 杨勇 李守义 +3 位作者 刘计良 肖阳 李浪 杨光 《水资源与水工程学报》 CSCD 2019年第5期194-198,共5页
关于水工平面钢闸门主梁梁高的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在工程中多以未考虑主梁与其他构件协同工作的理论求解公式为参考。在满足稳定性要求、考虑面板及隔板等构件与主梁协同工作的条件下,采用有限元分析理论,建立平面钢闸... 关于水工平面钢闸门主梁梁高的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在工程中多以未考虑主梁与其他构件协同工作的理论求解公式为参考。在满足稳定性要求、考虑面板及隔板等构件与主梁协同工作的条件下,采用有限元分析理论,建立平面钢闸门空间有限元模型,计算分析主梁的强度和刚度的变化规律,给出合理的平面钢闸门主梁的最优梁高。结果表明:在考虑各构件协同工作时的主梁受力更贴合实际情况;在最小梁高与经济梁高之间存在最优梁高,与最小梁高的比值约为1.038,与理论公式计算的最优梁高相比,可使主梁翼缘、腹板等构件的应力减小,在此梁高下可使主梁工作性能发挥到最优。计算结果可为平面钢闸门梁高的设计提供参考。 展开更多
关键词 平面钢闸门 主梁 最优梁高 最小梁高 经济梁高 构件协同工作 有限元分析
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