兰州理工大学学报

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文杰, 王兆钦, 马登潘, 袁昱东, 冯力

2024 (3): 1-8.

摘要 ( 120 )

PDF(7406KB) ( 105 )

采用分子动力学方法模拟计算了低压冷喷涂过程中不同金属元素粉末的最低沉积温度.计算结果表明:Mn粒子在600 K时就可以有效沉积;Fe粒子需要700 K及以上的喷涂温度;Cr粒子则需要1 100 K及以上温度才能有效沉积;而Al和Cu粒子在500~800 K的温度均可以实现有效沉积,并且两种粒子的扁平率最大值超过了0.6.不同金属元素混合粉末在700 K沉积时,由于沉积过程中不同粉末颗粒的相互影响和夯实作用,即使Cr粒子未达到沉积条件,Cr粒也和其他元素颗粒一样沉积在涂层中.

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15CrMo合金钢高温流变行为及热加工图研究

周高雄, 梁正龙, 陈维俊, 牛立群, 王旭明

2024 (3): 9-13.

摘要 ( 72 )

PDF(3278KB) ( 33 )

采用等温热压缩实验研究了15CrMo合金钢在温度900~1 100 ℃,应变速率0.01~1 s^－1条件下的热变形行为,获得该合金在高温条件下的真应力-真应变曲线,并构建了适应于15CrMo合金流变曲线的修正型Hansel-Spittel本构模型,修正后模型的相对误差仅为2.82%;基于修正型本构模型绘制了应变为0.1~0.6的热加工图.根据热加工图,得到15CrMo合金钢的最佳热加工温度为900~1 025 ℃,最佳应变速率为0.01~0.055 s^－1.

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玻璃粉改性Ni60复合涂层的制备及其摩擦磨损性能

温鸿武, 余伦, 张鹏, 陈绍娟, 李福顺, 韩彦兵

2024 (3): 14-20.

摘要 ( 74 )

PDF(7377KB) ( 49 )

采用火焰喷涂技术在45钢表面制备了Ni基合金/玻璃粉复合涂层,通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度分析以及销-盘式摩擦磨损试验等方法,研究了玻璃粉添加量对Ni基合金涂层微观结构、物相组成、硬度及摩擦学性能的影响.结果表明:随着玻璃粉含量的增加,复合涂层的显微硬度值呈现先升高后降低的趋势,最高达到681 HV_0.2.复合涂层的摩擦系数和体积磨损率均呈现先降低后升高的趋势.10%玻璃粉添加量的复合涂层摩擦系数低至0.13,磨损率低至0.21×10^－5 mm³/(N·m).表明适量玻璃粉的添加有利于Ni基合金涂层摩擦学性能的改善.

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基于BCzVB的高效非掺杂蓝色有机电致发光器件

邹文静, 吴有智, 张材荣

2024 (3): 21-26.

摘要 ( 57 )

PDF(2059KB) ( 67 )

以超薄插入方式制备了基于BCzVB(1,4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene)的高效非掺杂蓝色有机电致发光器件.器件的结构为ITO/MoO₃/TAPC (1,1-bis((di-4-tolylamino)phenyl)cyclohexane,50 nm)/ BCzVB (x nm)/CBP (4,4’-N,N’-dicarbazole-biphyenyl,20 nm)/BCzVB (x nm)/TPBi (1,3,5-tris(1-phenyl-1H- benzimidazol-2-yl)benzene,20 nm)/LiF (1.5 nm)/Al.当BCzVB厚度x为0.3 nm时,器件的最高亮度为12 800 cd/cm²,最高外量子效率为2.1%(电流效率2.8 cd/A),CIE色坐标为(0.15,0.17).通过优化空穴注入层MoO₃的厚度,器件的最高亮度和外量子效率分别达到了14 200 cd/cm²和4.2%(电流效率为5.66 cd/A),外量子效率提升了一倍.这远超目前报道的基于BCzVB蓝色OLED的最高效率.

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Mg(HCO₃)₂沉淀(LaCe)₂(SO₄)₃制备稀土抛光粉及其抛光性能

张全鑫, 李虎平, 史俊龙, 宿爱, 金玉培, 谢浩

2024 (3): 27-32.

摘要 ( 63 )

PDF(3077KB) ( 43 )

以包头混合型稀土矿经浓硫酸强化焙烧、水浸、中和除杂、P₅₀₇转型预分级的产物(LaCe)₂(SO₄)₃液为初始料液,以硫酸镁废水经碱转、碳化制得的Mg(HCO₃)₂溶液为沉淀剂,通过沉淀、氟化、焙烧、破碎分级等工序成功制备出一种镧铈稀土抛光粉.对制备的镧铈抛光粉形貌、物相及抛光性能进行表征.结果表明:制备的镧铈稀土抛光粉颗粒成形好,分布较均匀.用其抛光K9玻璃,当累积抛光120 min后,玻璃片抛蚀量可达352 mg,且玻璃片面粗糙度S_a由初始的2.0 nm降低至1.742 nm.而以NH₄HCO₃沉淀(LaCe)Cl₃工艺制备的镧铈抛光粉,在相同抛光条件下玻璃片抛蚀量仅为299 mg,面粗糙度S_a由初始的2.0 nm降低至1.767 nm.因此,在保持相同抛光质量的前提下,Mg(HCO₃)₂沉淀(LaCe)₂(SO₄)₃工艺制备的镧铈稀土抛光粉综合性能更优.

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障碍物对轴流泵空化内部流场的影响

赵伟国, 张翠莲, ZAKIR Khan, 寇相儒, 周忠亮, 罗云霞

2024 (3): 33-41.

摘要 ( 66 )

PDF(6736KB) ( 60 )

空化会影响泵的正常工作和稳定运行,为了探索能够有效抑制轴流泵内发生空化的策略,提出了将矩形流向障碍物布置在轴流泵叶片背面的方法.以比转数700的轴流泵作为研究对象,采用全流道非定常数值模拟,分析障碍物对轴流泵外特性空化性能的影响.结果表明:在设计工况下布置障碍物的改进模型在空化各阶段均能有效减少空泡体积,尤其当空泡发展至障碍物位置时效果最好,空泡体积减少了72.5%;布置障碍物能够提高叶片背面出口压力,限制低压区向出口方向扩张,减小逆压梯度,阻挡轮毂侧发生偏流,梳理空化发展的流线,优化流场结构,抑制空化的发展,并将断裂扬程提升了10.19%.

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结合GCN与LSTM的滚动轴承剩余寿命预测方法

杜先君, 刘聪

2024 (3): 42-50.

摘要 ( 82 )

PDF(6079KB) ( 67 )

针对滚动轴承剩余寿命预测因振动信号的非线性和非平稳性而缺乏刻画健康状态可靠指标的问题,提出了将图卷积网络与长短期记忆网络结合的预测方法.首先,对轴承振动信号进行经验模态分解得到内涵模态分量,并且对内涵模态分量进行归一化处理后计算邻接矩阵和特征矩阵;其次,将邻接矩阵和特征矩阵作为图卷积网络的输入,捕获数据关系,挖掘深层特征;然后,将深层特征和内涵模态分量输入长短期记忆网络从而实现时序关系建模,构建健康指标;最后,使用移动平均滤波消除振荡,对健康指标进行多项式拟合,并且计算达到阈值时刻,确定轴承剩余寿命.同时,以IEEE PHM 2012数据挑战赛数据集和XJTU-SY滚动轴承加速实验数据集为对象,验证所提方法.结果表明,使用图卷积网络与长短期记忆网络结合的模型构建健康指标进行滚动轴承剩余寿命预测时,预测结果能够较好地接近真实值,在实际应用中具有一定优势.

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基于ICEEMDAN和Hilbert包络谱的滚动轴承故障诊断研究

张斌, 程珩, 孟倩

2024 (3): 51-57.

摘要 ( 75 )

PDF(1182KB) ( 32 )

针对滚动轴承故障振动信号因属于非平稳特征信号而导致故障特征频率难以提取的问题,提出了基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)和Hilbert包络谱的滚动轴承故障诊断方法.首先,利用ICEEMDAN对故障信号进行模态分解,产生一系列的固有模态分量(IMF);然后,找出与原信号相关度较高的模态分量,作该模态分量的Hilbert包络谱图,并提取滚动轴承的故障特征频率.最终,通过对滚动轴承外圈和内圈的故障信号进行分析,并将结果与经验模态分解(EMD)的结果比较,证明了经过ICEEMDAN分解后Hilbert包络谱图能够明显反映轴承故障的特征频率,该方法可有效诊断滚动轴承的外圈和内圈故障.

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新型水平轴螺旋风力机气动性能分析

宋科, 康宇驰

2024 (3): 58-63.

摘要 ( 77 )

PDF(2551KB) ( 56 )

为了拓展水平轴风力机的适用范围,采用计算流体力学对2种具有不同旋叶倾角的新型水平轴螺旋风力机及其加装导管后的气动性能进行了三维数值模拟研究.结果表明:相比定角螺旋风力机,变角螺旋风力机在较小尖速比(TSR)时具有更大的功率系数(C_P);同时,变角螺旋风力机在全TSR范围内具有更小的推力系数(C_T),且2种螺旋风力机C_T的差异随着TSR的增大而增大;2种螺旋风力机运行时高压区主要集中在轮毂前端、一阶和二阶旋叶的迎风端,低压区主要集中在三阶旋叶的背风端和轮毂后端;变角螺旋风力机前端旋叶的阻塞度相对较低,使其尾流恢复比定角螺旋风力机快;此外,导管可以显著增大2种螺旋风力机的C_P和C_T,并拓宽C_P的TSR范围.研究结果揭示了水平轴螺旋风力机的气动特点,为该型风力机的优化设计和推广应用提供了一定的参考依据.

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非均匀沉降区埋地管道力学响应研究

卢国宏, 谢锐, 郭建明, 罗飞, 刘小波, 张杰

2024 (3): 64-68.

摘要 ( 70 )

PDF(4633KB) ( 43 )

地层非均匀沉降是埋地管道面临的常见地质灾害之一,影响管道安全运行.为此建立地层沉降区管土耦合模型,研究了地层沉降量、管道壁厚、内压、管材对管道屈曲模式和力学性能的影响.结果表明:地层沉降作用下管道轴向拉伸应变和压缩应变集中在沉降过渡区;沉降量较小时管道表面应变呈波纹状分布,沉降较大时管道产生局部屈曲;相同工况下,薄壁管道易发生屈曲失效,厚壁管道出现波纹状应变分布;随着内压增大,管道屈曲程度逐渐减弱;高钢级管道的屈曲程度越小.

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一种考虑随机通信时延的微网二次电压控制方法

冯宜伟, 马婧

2024 (3): 69-76.

摘要 ( 65 )

PDF(1363KB) ( 42 )

针对具有随机通信时延的孤岛微网二次电压恢复问题,提出了一种分布式协作一致性算法.首先建立了孤岛微网模型,定性分析了具有随机通信时延的微网系统二次电压恢复机理,引入分布式观测器对系统状态进行估计,提出了一种分布式一致性协作控制方法.然后基于Lyapunov稳定性理论和Schur补原理,得到了随机通信时变时延系统在外部输入为零和不为零两种情况下渐近收敛一致的充分性条件.所提出的控制方法提高了孤岛微网系统的抗扰动能力,满足了闭环系统的稳定性和可靠性要求.最后对微网系统的性能进行仿真验证,证明了定理的可行性和正确性.

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分布式事件触发下的多智能体系统二分一致性

王君, 韦娅萍

2024 (3): 77-83.

摘要 ( 67 )

PDF(3605KB) ( 120 )

研究了基于分布式事件触发的多智能体控制系统中的二分一致性问题,设计了一种合作和竞争并存拓扑结构的一致性控制协议,使多智能体系统收敛于二模相同且符号不同的状态.在图论与矩阵论的基础上,将多智能体系统的二分一致性问题转化为闭环误差系统的稳定性问题,通过建立一个合适的Lyapunov函数,验证了闭环误差系统渐进稳定,且针对每个智能体提出了事件触发条件,以减少控制更新频率与通信资源的损耗,同时证明每个智能体相邻触发时间间隔都有严格的正下界,即避免了Zeno现象,最后利用仿真实例验证了所提方法的可行性和有效性.

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基于IP控制与负载加速度反馈的伺服系统机械谐振抑制方法

孙岩, 包广清, 杜赫轩

2024 (3): 84-89.

摘要 ( 62 )

PDF(1319KB) ( 29 )

当伺服系统带宽覆盖传动装置的固有频率时,容易在系统中引发机械谐振,严重影响系统的动态性能与控制精度.针对这一问题,提出了IP控制结合负载侧加速度状态反馈的伺服系统谐振抑制策略.通过在转速环采用IP控制,有效降低了系统的超调,并且在电流环引入加速度反馈,增加了系统极点配置的自由度.在此基础上,根据相同阻尼系数的极点配置方法,以最优阻尼比为设计目标,讨论了系统控制器关键参数与状态反馈增益的取值范围.最终,对所提控制方法的有效性进行了仿真验证.

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基于Lie群表示的保体积2D-3D点集配准算法

喻莹, 蔡晨炜, 应时辉, 李策

2024 (3): 90-97.

摘要 ( 53 )

PDF(2142KB) ( 14 )

2D-3D点集配准的目标是寻找三维原始点集与二维目标投影点集之间的对应关系和最优变换.为了给出配准问题的解析解,避免投影引起的体积退化,提出基于Lie群表示的保体积2D-3D点集配准算法.首先,考虑投影矩阵和旋转矩阵的非交换性,引入Lie群表示,将配准问题形式化为一个Lie群优化问题.利用局部线性化方法,将Lie群优化问题转化为一个可计算的二次规划问题.其次,为了避免体积退化,考虑约束变换后的三维点集的投影与二维目标点集的投影具有相同的体积.为便于计算,引入Jensen-Bregman LogDet散度作为保体积正则项,将计算点集的体积差异转化为计算协方差矩阵之间的差异.然后,通过交替求解对应关系和最优变换,形成完整且可解的迭代策略.最后,在两个经典数据集上进行对比实验和消融实验,验证了该算法的精确性和有效性.

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超奈奎斯特可见光通信系统的设计与实现

曹明华, 张家玮, 王效兵, 周洪涛, 张悦, 王惠琴

2024 (3): 98-103.

摘要 ( 63 )

PDF(2242KB) ( 55 )

为了提升可见光通信系统的通信速率,运用超奈奎斯特通信理论设计了一种超奈奎斯特可见光通信系统.利用波长为660 nm的红光发光二极管、现场可编程门阵列开发板、数/模转换芯片、滤波器芯片和光电二极管以及外围电路模块实现了基于强度调制/直接检测的超奈奎斯特可见光通信系统电路,可以在不显著提高系统复杂度和器件成本的前提下有效提升可见光通信系统的传输速率.性能测试表明,该系统可以实现1 Mbit/s通信速率下超奈奎斯特信号的可靠传输,相较于同等条件下的常规奈奎斯特通信系统,传输速率提升了20%.

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带PEC柱钢板剪力墙结构(弱轴连接)抗震性能有限元分析

张继红, 吴宏凯, 殷占忠, 冯大哲, 赵帅鹏

2024 (3): 104-110.

摘要 ( 51 )

PDF(5419KB) ( 49 )

为研究边缘柱为部分外包混凝土组合柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)的抗震性能,使用有限元软件ABAQUS完成1榀边缘柱为H型钢柱、5榀边缘柱为PEC柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)在循环荷载作用下的有限元数值模拟,得到结构的应力分布、破坏模式、滞回曲线、耗能性能、骨架曲线以及刚度退化曲线,并完成了1榀带PEC柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)的试验,验证了有限元模拟的正确性.分析表明在钢板剪力墙结构中(弱轴连接),将PEC柱作为剪力墙的边缘框架柱,同样可以很好的约束屈曲后的钢板剪力墙,使其充分发挥屈曲后的性能,显著提升整体结构的抗侧刚度、承载力以及耗能性能.

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基于POI的兰州带型城市市内交通设施空间演化与机制研究

柴宗刚, 李春霞

2024 (3): 111-122.

摘要 ( 64 )

PDF(8137KB) ( 39 )

基于兰州中心城区2011—2022年市内交通设施的POI数据,运用空间分析法从空间形态、方向分布和冷热点分析其空间演化、研究影响机制.结果表明:市内交通设施呈“东密西疏”的特征且集聚程度增强,市内交通设施和停车设施由“单核”变为“单核心、多散点并存”的空间形态,公交设施由 “一主一次”变为“一主多次”并在边缘出现多个散点;市内交通设施呈“西北—东南”方向分布,重心经历 “东南-西北-东北”的偏移轨迹,具有向西北和东北扩散的趋势,公交设施的分布比停车设施更分散;市内交通设施和停车设施在城关区的热点由沿路散点转为沿路线性分布,最终呈现以东方红广场为核心,其他三区由沿路散点转为线性分布,公交设施热点相对分散,沿道路呈线性分布;“人文—地理”环境的约束、政府规划的调控、交通网络完善的推动共同影响市内交通设施的空间演化.

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深基坑开挖对临近高速公路影响及支护系统受力与变形研究

张红英, 李旭升, 袁华智, 高虹

2024 (3): 123-129.

摘要 ( 92 )

PDF(4999KB) ( 73 )

由于城市基础建设的快速发展,出现了很多近邻高速公路的基坑,对基坑及近邻高速公路的变形控制提出了新的要求.为控制临近高速公路基坑施工变形与保证高速公路安全,根据某深基坑临近高速公路施工的工程概况、施工方法与加固措施,采用有限元方法考虑车辆荷载后建立三维数值模拟模型,系统性地分析了基坑开挖过程中及开挖后高速公路路面的位移、支护结构的位移及内力变化规律.结果表明:基坑开挖后高速公路路面呈现中间沉降、两侧隆起的现象,路面与支护结构均会发现偏向基坑方向的水平位移,支护结构会整体“上浮”,支护结构呈现出中间横梁受压、两侧横梁受拉且压力远大于拉力的现象,增加支护密度可以有效减小路面与支护结构位移.

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盾构直削始发方案研究

温森, 张国建, 刘俊杰, 孔庆梅

2024 (3): 130-136.

摘要 ( 57 )

PDF(5632KB) ( 27 )

随着盾构施工工艺的发展,越来越多的工程开始采用盾构直削始发.盾构法施工中,始发是易发生事故的重要环节.相对于传统的人工凿除洞门,直削始发时刀盘直接切割洞门,避免了掌子面土体形成临空面,从而降低了施工风险.以郑州某地铁区间隧道工程盾构直削始发为例,采用Midas GTS NX有限元软件,考虑洞门破除及盾构动态掘进的影响,对盾构直削始发时围护结构变形、土体变形和周围管线变形等进行了计算分析,验证了盾构端头直削始发方案的合理性.为验证数值模拟的可靠性,将数值计算结果和现场监测结果进行了对比分析,对比结果显示二者的变化规律一致,表明数值模拟结果合理.

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部分Motzkin路的计数

杨胜良, 王楠

2024 (3): 137-142.

摘要 ( 66 )

PDF(542KB) ( 54 )

一条长为n的部分Motzkin路是从(0,0)到(n,k)的一条经过整点的格路径,它由上步U=(1,1),下步D=(1,－1)以及水平步H=(1,0)构成,且从不走到x轴的下方. 从(0,0)到(n,0)的Motzkin路的个数叫做第n个Motzkin数. 利用核方法得到了Motzkin数的发生函数及部分Motzkin路径数的Riordan矩阵的表示.基于递推关系和线性代数方法给出了高度受限的部分Motzkin路的发生函数,并给出了相关示例.

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基于特征分区的奇异域积分单元细分法

贾志超, 王富顺, 郭前建, 袁伟, 魏峥

2024 (3): 143-150.

摘要 ( 58 )

PDF(3947KB) ( 45 )

针对传统方法难以解决积分方程中的奇异性问题,提出一种基于特征分区的奇异域积分单元细分法,该方法基于体二叉树数据结构对不同类型体单元自适应细分,能精确计算任意源点位置的三维奇异积分,消除积分的奇异性.在笛卡尔坐标系下,通过在源点构建包围盒对体单元特征分区,将体单元划分为腔面投影区域和单元细分区域,依照细分准则对单元细分区域递归细分,采用腔面重构算法和投影算法,重新在源点附近生成高质量的积分子单元.数值算例表明,该方法的积分计算精度、稳定性优于传统单元细分方法.

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一个含离散型分式核的Hilbert型不等式

有名辉, 董飞, 杨必成

2024 (3): 151-155.

摘要 ( 50 )

PDF(485KB) ( 21 )

引入若干正参数,新构建了一个分式型的离散形态的核函数,并借助于权系数的方法,建立了一个二重Hilbert型级数不等式,并证明此不等式的常数因子是最佳取值.另外,根据余割函数的有理分式展开形式,给出最佳常数因子的余割函数表示形式.通过对参数赋予一些特殊数值,得到了一些已有结果,并且给出了一些新的含特殊核函数的Hilbert型不等式.

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一些特殊图的中间图的2-距离和可区别全染色

王同昕, 杨超, 姚兵

2024 (3): 156-161.

摘要 ( 52 )

PDF(605KB) ( 35 )

为了进一步研究图的2-距离和可区别全染色问题,根据中间图的构造特点,通过构造染色函数,利用组合分析法得到了路,圈,星,扇,轮,双星以及轮环图的中间图的2-距离和可区别全色数.

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判定广义严格对角占优矩阵的新条件

张劲松

2024 (3): 162-166.

摘要 ( 61 )

PDF(476KB) ( 65 )

仅利用矩阵自身的元素,得到了广义严格对角占优矩阵的几个新的判定条件,扩大了判别范围. 给出了数值算例.

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紧致齐性空间G/T上复结构的若干性质

杜材煜, 王瑜

2024 (3): 167-172.

摘要 ( 52 )

PDF(500KB) ( 24 )

设G为连通单连通s阶实幂零李群, 且其上有左不变可积近复结构J, T为李群G的最大秩的格;考虑紧致齐性空间G/T上是否有幂零复结构;运用归纳法证明了复结构J可诱导出紧致齐性空间G/T的可积复结构

且是幂零的.

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