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颗粒增强复合材料切削加工三维有限元模拟研究进展 被引量:1
1
作者 范建勋 李国和 +2 位作者 王丰 王大春 闫冬 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期112-123,138,共13页
颗粒增强金属基复合材料因具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能而被广泛应用于航空航天、军事、汽车等领域。但在其切削加工过程中,由于增强相颗粒的存在,导致刀具磨损严重,容易产生碎片瘤及被加工表面缺陷。有限元模拟可以实现对颗... 颗粒增强金属基复合材料因具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能而被广泛应用于航空航天、军事、汽车等领域。但在其切削加工过程中,由于增强相颗粒的存在,导致刀具磨损严重,容易产生碎片瘤及被加工表面缺陷。有限元模拟可以实现对颗粒剥离及颗粒破碎等微观细节的分析,是切削加工试验研究的重要补充。对颗粒增强复合材料切削加工的三维有限元模拟研究进展进行综述,介绍了几何模型、界面模型和本构模型建立,以及网格划分和边界条件处理方面的最新研究进展,并初步探讨了存在的问题和发展方向。研究结果有助于推动颗粒增强复合材料切削加工三维有限元模拟的研究,更好地揭示其切削加工机理,为工艺参数优化提供理论依据。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 有限元模拟 几何模型 界面模型 本构模型
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颗粒增强复合材料加工表面粗糙度及刀具设计 被引量:9
2
作者 叶邦彦 刘伟 +2 位作者 徐进全 燕鸣 刘晓初 《工具技术》 北大核心 2004年第9期99-102,共4页
分析了颗粒增强金属基复合材料的加工表面形貌特点。通过切削试验 ,研究了切削用量和材料组织结构对SiCp/Al已加工表面粗糙度的影响 ,并根据切削表面成形机理及刀具磨损的特征 ,设计了具有引导光整作用的硬质合金刀具。试验结果表明 。
关键词 表面粗糙度 刀具设计 刀具寿命 光整 切削试验 硬质合金刀具 切削用量 颗粒增强复合材料 颗粒增强金属基复合材料 成形机理
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颗粒增强复合材料界面开裂力学性能的模拟 被引量:8
3
作者 郭然 施惠基 姚振汉 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 2003年第2期18-24,共7页
基于Ghosh提出的Voronoi单元有限元方法,构造能够反映颗粒增强复合材料基体和夹杂界面产生脱层的新单元,结合网格重划分技术,模拟含任意随机分布夹杂的复合材料界面开裂的力学性能。为了分析夹杂和基体之间脱层对细观结构演化和宏观性... 基于Ghosh提出的Voronoi单元有限元方法,构造能够反映颗粒增强复合材料基体和夹杂界面产生脱层的新单元,结合网格重划分技术,模拟含任意随机分布夹杂的复合材料界面开裂的力学性能。为了分析夹杂和基体之间脱层对细观结构演化和宏观性能的影响,采用了临界节点移动技术。编制的有限元程序,能够描述界面逐步脱离过程和应力场的变化。计算实例和普通有限元方法进行比较,证明其精度完全符合要求。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 有限元方法 夹层界面 基体界面 界面脱层 开裂 力学性能
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颗粒增强复合材料有效弹性模量的预报 被引量:6
4
作者 姚战军 郑坚 +1 位作者 倪新华 邢士勇 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期72-76,共5页
用细观力学的方法对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行研究,把材料简化为三相模型,陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Mori-Tanaka法建立二相胞元的刚度预报模型。结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有5个独立的弹性常数。据二相... 用细观力学的方法对陶瓷颗粒增强金属基复合材料进行研究,把材料简化为三相模型,陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Mori-Tanaka法建立二相胞元的刚度预报模型。结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有5个独立的弹性常数。据二相胞元方位的随机性,由应力应变换轴公式和物理方程确定复合材料的平均应变,进而得到复合材料的等效弹性模量和等效泊松比以及等效刚度模量的理论计算公式,并通过对所建模型的分析,确定各参量与陶瓷颗粒含量之间的关系。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 有效弹性模量 MORI-TANAKA方法 二相胞元
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颗粒增强复合材料热机疲劳性能的模拟分析 被引量:6
5
作者 郭然 施惠基 姚振汉 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第10期7-8,41,共3页
针对颗粒增强复合材料,基于杂交应力元的基本原理,推导考虑塑性应变、热应变和蠕变应变的Voronoi单元。利用新单元模拟分析机械疲劳载荷和热疲劳载荷的相位关系及夹杂的拓扑结构对结构的热机疲劳迟滞回线影响。
关键词 颗粒增强复合材料 热机疲劳 有限元法
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银基颗粒增强复合材料应力场数值模拟 被引量:2
6
作者 曹亮 姚激 +1 位作者 钱闪光 黄剑峰 《科学技术与工程》 2010年第1期208-212,共5页
利用有限元软件ANSYS,建立了不同颗粒间距的银基颗粒增强复合材料的计算模型。采用热-结构耦合的方法,分析了颗粒间距对银基颗粒增强复合材料的力学性能的影响。结果表明:颗粒间距的改变对银基颗粒增强复合材料的温度场、位移场有一定... 利用有限元软件ANSYS,建立了不同颗粒间距的银基颗粒增强复合材料的计算模型。采用热-结构耦合的方法,分析了颗粒间距对银基颗粒增强复合材料的力学性能的影响。结果表明:颗粒间距的改变对银基颗粒增强复合材料的温度场、位移场有一定的影响;颗粒间距愈小,银基颗粒增强复合材料的应力值愈大。从而为银基颗粒增强复合材料的制备工艺优化提出了理论依据。 展开更多
关键词 银基颗粒增强复合材料 有限元 温度场 位移场 应力场
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颗粒增强复合材料热性能的数值模拟研究 被引量:1
7
作者 潘琼瑶 贺鹏飞 +1 位作者 郑百林 钱怡 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2005年第6期663-665,672,共4页
利用C语言编写了能生成随机分布的颗粒增强复合材料几何模型的程序,结合MSC商用有限元软件分析了颗粒的体积分数、大小以及分布形态对颗粒增强复合材料热学性能的影响。结果表明:颗粒的分布形态对材料的热膨胀变形及热传导无明显影响,... 利用C语言编写了能生成随机分布的颗粒增强复合材料几何模型的程序,结合MSC商用有限元软件分析了颗粒的体积分数、大小以及分布形态对颗粒增强复合材料热学性能的影响。结果表明:颗粒的分布形态对材料的热膨胀变形及热传导无明显影响,但对热应力有很大影响;颗粒的大小对材料的热膨胀有一定影响;颗粒体积分数的影响和利用混合律的预测结果基本一致。 展开更多
关键词 复合材料 有限元法 颗粒增强复合材料 随机分布 热学性能
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颗粒增强复合材料集料级配的研究 被引量:1
8
作者 谢建雄 卢哲安 李卓球 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 2009年第4期42-44,共3页
通过试验对颗粒增强复合材料(树脂和石英砂复合材料)进行集料级配研究。研究结果表明,选择颗粒较大石英砂和颗粒较小石英砂作适当配比,能够得到较优级配方案,使树脂含量从原有的20~25%降低至12~14%,从而降低成本,提高经济效... 通过试验对颗粒增强复合材料(树脂和石英砂复合材料)进行集料级配研究。研究结果表明,选择颗粒较大石英砂和颗粒较小石英砂作适当配比,能够得到较优级配方案,使树脂含量从原有的20~25%降低至12~14%,从而降低成本,提高经济效益,同时保证夹砂层弯曲强度不降低。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 集料级配 试验
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颗粒增强复合材料的几何模型数值模拟方法研究 被引量:1
9
作者 宋来忠 李耀辉 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2015年第2期220-232,共13页
为了在细观层次上模拟混凝土和土石混合体等颗粒增强复合材料,假设颗粒为凸多面体.首先研究由随机八面体随机变形得到任意凸多面体及其参数方程的方法,然后研究凸多面体内部与外部的判定条件、点到多面体的距离和两多面体之间距离的计... 为了在细观层次上模拟混凝土和土石混合体等颗粒增强复合材料,假设颗粒为凸多面体.首先研究由随机八面体随机变形得到任意凸多面体及其参数方程的方法,然后研究凸多面体内部与外部的判定条件、点到多面体的距离和两多面体之间距离的计算方法,从而得到了一个生成具有大量多面体随机分布区域的方法.为了提高模拟区域中多面体的含量,还给出了下降算法.实验表明:可以按二级配生成多面体含量达35%(体积比)的模拟区域,为从细观层次研究混凝土、土石混合体等颗粒增强复合材料,提供了创建几何模型的方法. 展开更多
关键词 计算机辅助几何设计 数值模拟 颗粒增强复合材料 随机分布
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含韧性界面相的颗粒增强复合材料的损伤研究 被引量:1
10
作者 杨慧 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期735-741,共7页
基于增量损伤理论,提出一个可描述颗粒增强复合材料渐进式脱粘损伤、基体塑性变形及颗粒尺寸效应的本构模型。采用双夹杂模型将韧性界面相嵌入到增量损伤理论模型,用界面分离的能量平衡式来描述颗粒增强复合材料的渐进式脱粘损伤。该模... 基于增量损伤理论,提出一个可描述颗粒增强复合材料渐进式脱粘损伤、基体塑性变形及颗粒尺寸效应的本构模型。采用双夹杂模型将韧性界面相嵌入到增量损伤理论模型,用界面分离的能量平衡式来描述颗粒增强复合材料的渐进式脱粘损伤。该模型可研究颗粒尺寸效应和界面性能对复合材料应力-应变关系的影响,并可解释界面相对复合材料力学性能的颗粒尺寸效应的影响。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 脆性界面相 有限元方法 脱粘损伤
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颗粒增强复合材料的降强效应
11
作者 马明亮 周敬恩 柴东朗 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1-4,共4页
根据颗粒增强复合材料微观失效方式,从能量角度推导颗粒增强体临界体积分数表达式,该表达式包括增强体颗粒尺寸、基体屈服强度、增强体颗粒附近形变耗散功和界面区宽度等与颗粒增强体临界体积分数之间的关系。超过该临界值,复合材料强... 根据颗粒增强复合材料微观失效方式,从能量角度推导颗粒增强体临界体积分数表达式,该表达式包括增强体颗粒尺寸、基体屈服强度、增强体颗粒附近形变耗散功和界面区宽度等与颗粒增强体临界体积分数之间的关系。超过该临界值,复合材料强度将降低,即出现"降强"效应。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 增强颗粒尺寸 基体屈服强度 形变耗散功 界面区宽度 临界体积分数 降强效应
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基于细观方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析
12
作者 周储伟 王鑫伟 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期512-515,共4页
针对高体积含量的颗粒增强复合材料 ,提出了一种细观结构模型 :将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球 ,两颗粒之间的连接基体简化为一弹塑性短圆柱体 ,并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。基体和颗粒的变形行为分别简化为类似... 针对高体积含量的颗粒增强复合材料 ,提出了一种细观结构模型 :将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球 ,两颗粒之间的连接基体简化为一弹塑性短圆柱体 ,并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。基体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空间 ,以此为基础 ,建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。数值求解这两个方程 ,可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式 ,从而建立颗粒对的细观弹塑性本构 ,采用平均化方法 ,进一步推导出材料宏观的应力 -应变关系。本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟 。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 本构关系 细观力学 平均化方法 弹塑性分析 应力应变关系
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X-VCFEM单元在颗粒增强复合材料裂纹模拟中的应用研究
13
作者 罗吉祥 唐春 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第18期80-83,共4页
基于Ghost提出的Voronoi单元有限元法,构造能反映颗粒增强复合材料界面脱层和基体裂纹扩展的单元(X-VCFEM单元),采用积分区域动态划分技术,建立简单模型进行计算模拟。将计算结果与传统有限元软件进行比较,结果表明,X-VCFEM单元在研究... 基于Ghost提出的Voronoi单元有限元法,构造能反映颗粒增强复合材料界面脱层和基体裂纹扩展的单元(X-VCFEM单元),采用积分区域动态划分技术,建立简单模型进行计算模拟。将计算结果与传统有限元软件进行比较,结果表明,X-VCFEM单元在研究颗粒增强复合材料界面裂纹时是有效的,同时也说明该方法具有精度高、速度快的特点。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 X-VCFEM单元 界面脱层 基体裂纹 有限元方法
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颗粒增强复合材料有效模量的Voronoi单元有限元法分析 被引量:5
14
作者 黄永霞 郭然 李伟 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期63-72,共10页
Voronoi单元有限元法在计算多相复合材料时比普通位移有限元法效率高,并且能够反映夹杂分布的随机性。用考虑界面脱层的Voronoi单元有限元法对代表性体积单元进行模拟得到应力场,再用直接均匀化方法进行平均,得到能够反映界面脱层对材... Voronoi单元有限元法在计算多相复合材料时比普通位移有限元法效率高,并且能够反映夹杂分布的随机性。用考虑界面脱层的Voronoi单元有限元法对代表性体积单元进行模拟得到应力场,再用直接均匀化方法进行平均,得到能够反映界面脱层对材料有效性能影响的平均应力—应变曲线和有效弹性模量。利用编写的可以对含任意夹杂代表性体积单元进行大规模计算的程序,对多个模型进行了数值模拟,分析了夹杂的形状、体积分数、空间分布等因素对材料有效弹性模量的影响,结果表明:具有较大有效弹性模量的模型一般在界面处有较大的应力集中,在加载过程中较早发生界面脱层。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 Voronoi单元有限元法 代表性体积单元 均匀化方法 有效弹性模量
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大塑性变形制备铝、镁基颗粒增强复合材料的研究进展 被引量:2
15
作者 廖文骏 王渠东 +2 位作者 郭炜 张利 周浩 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期44-49,共6页
综述了目前大塑性变形(SPD)制备铝、镁基颗粒增强复合材料工艺的研究进展;总结了在SPD过程中复合材料增强颗粒的细化、再分布及基体合金晶粒的超细化等组织演变特点;分析了经SPD加工后铝、镁基颗粒增强复合材料的强韧化机制以及其力学... 综述了目前大塑性变形(SPD)制备铝、镁基颗粒增强复合材料工艺的研究进展;总结了在SPD过程中复合材料增强颗粒的细化、再分布及基体合金晶粒的超细化等组织演变特点;分析了经SPD加工后铝、镁基颗粒增强复合材料的强韧化机制以及其力学性能的提升空间。最后指出了SPD制备颗粒增强复合材料尚存在的问题及可能的发展方向。 展开更多
关键词 大塑性变形 镁合金 铝合金 颗粒增强复合材料 超细晶
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颗粒增强复合材料随机分布模型的数值模拟 被引量:3
16
作者 单豪良 郭荣鑫 +2 位作者 夏海廷 杨邦成 何天淳 《科学技术与工程》 2009年第10期2724-2727,共4页
利用三维有限元方法,通过建立颗粒随机分布胞体数值分析模型,对颗粒复合材料做模拟计算。在单向拉伸荷载作用下,讨论模型中von Mises应力的分布规律以及弹性模量的数值模拟。与实验结果相比较,发现颗粒随机分布胞体模型弹性模量与实际... 利用三维有限元方法,通过建立颗粒随机分布胞体数值分析模型,对颗粒复合材料做模拟计算。在单向拉伸荷载作用下,讨论模型中von Mises应力的分布规律以及弹性模量的数值模拟。与实验结果相比较,发现颗粒随机分布胞体模型弹性模量与实际情况符合较好,颗粒内高应力区域与金相显微镜下的颗粒微裂纹吻合较好。 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 随机分布模型 微裂纹 弹性模量
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颗粒增强复合材料弹性性能的统计特征分析 被引量:3
17
作者 侯善芹 刘书田 《科学技术与工程》 2008年第15期4078-4082,4094,共6页
通过模拟颗粒随机分布的复合材料,应用均匀化方法预测出材料的宏观等效弹性性能,研究其统计特性,探讨颗粒大小、分布和几何形状的变化对材料等效弹性性能的影响。结果表明:所取代表体元尺寸与颗粒尺寸之比大于某临界值时,材料的宏观等... 通过模拟颗粒随机分布的复合材料,应用均匀化方法预测出材料的宏观等效弹性性能,研究其统计特性,探讨颗粒大小、分布和几何形状的变化对材料等效弹性性能的影响。结果表明:所取代表体元尺寸与颗粒尺寸之比大于某临界值时,材料的宏观等效杨氏模量趋于某恒定值;颗粒位置的随机性使材料等效杨氏模量的概率分布近似为正态分布;椭圆形截面的增强相有助于提高材料的等效杨氏模量。 展开更多
关键词 统计分析 不确定性 弹性性能 颗粒增强复合材料 均匀化
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一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法 被引量:4
18
作者 郭晓龙 姚寅 陈少华 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1334-1344,I0002,共12页
界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用,界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响.然而由于复合材料内部结构较为复杂,颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定,尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法.... 界面在颗粒增强复合材料中起到传递载荷的关键作用,界面性能对复合材料整体力学行为产生重要影响.然而由于复合材料内部结构较为复杂,颗粒与基体间的界面强度和界面断裂韧性难以确定,尤其是法向与切向界面强度的分别预测缺乏有效方法.本文以氧化锆颗粒增强聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料为研究对象,提出一种预测颗粒增强复合材料界面力学性能的新方法.首先,实验获得纯PDMS基体材料及单颗粒填充PDMS试样的单轴拉伸应力-应变曲线,标定出PDMS基体材料的单轴拉伸超弹性本构关系;其次,建立与单颗粒填充试样一致的有限元模型,选择特定的黏结区模型描述界面力学行为,通过样品不同阶段拉伸力学响应的实验与数值结果对比,分别给出颗粒与基体界面的法向强度、切向强度及界面断裂韧性;进一步应用标定的界面力学参数,开展不同尺寸及不同数目颗粒填充试样的实验与数值结果比较,验证界面性能预测结果的合理性.本文提出的界面力学性能预测方法简便、易操作、精度高,对定量预测颗粒增强复合材料的力学性能具有一定帮助,亦对定量预测纤维增强复合材料的界面性能具有一定参考意义. 展开更多
关键词 颗粒增强复合材料 界面强度 界面断裂韧性 拉伸实验 有限元
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颗粒增强复合材料相界面的动态应力分析
19
作者 陈建康 黄筑平 白树林 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2000年第7期679-685,共7页
针对硬微粒填充高聚物复合材料因相界面脱粘开裂生成微孔洞的微损伤成核机制 ,取材料的代表体积单元进行动力分析 ,通过对粘弹性基体本构关系作Laplace变换建立了基本方程 ,并引入Hankel变换 ,得到了球对称动荷载作用下相界面应力变化... 针对硬微粒填充高聚物复合材料因相界面脱粘开裂生成微孔洞的微损伤成核机制 ,取材料的代表体积单元进行动力分析 ,通过对粘弹性基体本构关系作Laplace变换建立了基本方程 ,并引入Hankel变换 ,得到了球对称动荷载作用下相界面应力变化规律的解析解 ,据此分析了惯性效应和粘性效应对界面脱粘的影响· 展开更多
关键词 动态应力 微孔洞成核 相界面 颗粒增强复合材料
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热载荷作用下颗粒增强复合材料温升分布数值模拟 被引量:2
20
作者 杨万友 王家序 +2 位作者 黄彦彦 周青华 杨勇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1342-1351,共10页
对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与... 对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与基体材料不一样的热传导属性,且分布不规则,使得热量在复合材料中的稳态热传导以及温升分布规律极其复杂.论文基于等效夹杂方法,提出一种求解分布热载荷作用下复合材料温升分布场的数值分析方法,并利用共轭梯度法和快速傅里叶变换法提升数值分析方法效率.分析结果表明,颗粒增强体形状、大小、位置和热传导属性对颗粒增强复合材料内部温升分布有着显著影响. 展开更多
关键词 热载荷 颗粒增强复合材料 稳态热传导 数值模拟 温升分布
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