CN104535226B - 板材制品残余应力的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及板材制品残余应力的测试方法,将板材制品沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样,然后将矩形长条状试样置于一平面装置上并使其复平,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸和ε弯曲,计算出相对应的应力值σ拉伸和σ弯曲,绘出σ拉伸和σ弯曲沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;将上述矩形长条状试样切成两段相同的矩形子试样,然后将它的两面分别复平并牢固地固定于一平面装置上,用低附加残余应力的精密切割方法将矩形子试样沿厚度方向切割成楔形或切割成数个台阶,在自由状态下测量各点的曲率或各台阶的平均曲率,并测量或计算出由于材料的移除而相应裸露出的材料所携带的内部残余应力或相应的被移除的板材内的残余应力。

Description

板材制品残余应力的测试方法
技术领域
本发明涉及了一种长直的冷弯成型板材制品应力检测的方法,特别是板材制品在成型后残余应力的测试方法。
背景技术
板材制品在冷弯成型生产过程中会发生拉伸和弯曲,由于部分材料发生了塑性变形,在其表面和内部会保留有一定的残余应力。但是目前的残余应力测试只有效地检测冷弯成型板材制品的平均拉应力和弯曲应力,基本上不检测其沿着厚度方向的残余应力分布,或者使用化学腐蚀的方法将材料一层层扒除来检测板材内部沿板材厚度方向的纵长残余应力,但是这种方法费时、费力又有一定的危险性,而且测量精度不够精确。
发明内容
本申请的发明目的是克服现有技术中的缺陷,而提供一种可以沿着板材制品的厚度方向上各层面来检测出板材制品残余应力的测试方法。
为了完成本申请的发明目的,本申请采用以下技术方案:
本发明的一种板材制品残余应力的测试方法,它包括以下步骤:
1)在被测点处沿测试方向粘贴应变元件,测试并记录被测点处的初始应变值ε0
2)将含有应变元件的板材制品沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样,矩形长条状试样长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)将矩形长条状试样置于一平面装置上并使其复平,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半的位置为坐标轴线,画出σ拉伸和σ弯曲沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
其中:
4)将上述矩形长条状试样上的应变元件剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置上,用低附加残余应力的精密切割方法将矩形子试样沿长度方向切割成楔形或切割成数个台阶,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2,台阶间厚度差小于矩形子试样厚度的1/10;
5)将一段矩形子试样放在自由状态下,测量其上各点的曲率或各台阶的平均曲率,并计算出相邻点或相邻台阶相应的曲率变化Δκ,根据公式计算出相邻点由于材料的移除而相应移除的相应层面的板材内部残余应力:
式中σR为相邻点处或相邻台阶处的相应层面的内部残余应力,E为板材的杨氏弹性模量,t为所处点或所处台阶的矩形子试样的厚度,Δt为相邻点或相邻台阶高度差,而Δκ为相邻点或相邻台阶的曲率之差;
6)以上述未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t厚度范围内的残余应力分布;
7)将另一段矩形子试样放在自由状态下,重复步骤5),以该未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0~0.5t厚度范围内的残余应力分布;
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制出残余应力分布,则获得沿厚度方向的残余应力分布图。
本发明一种板材制品残余应力的测试方法,它包括以下步骤:
1)在被测点处沿测试方向粘贴应变元件,测试并记录被测点处的初始应变值ε0
2)将含有应变元件的板材制品沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样,矩形长条状试样长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)将矩形长条状试样置于一平面装置上并使其复平,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半的位置为坐标轴线,画出σ拉伸和σ弯曲沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
其中:
4)将上述矩形长条状试样上的应变元件剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置上,用低附加残余应力的精密切割方法将矩形子试样沿长度方向切割成楔形或切割成数个台阶,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2,台阶间厚度差小于矩形子试样厚度的1/10;
5)用X射线残余应力测量装置测量上述一段矩形子试样厚度所对应的测量点或台阶的表面残余应力,该残余应力既为该测量点或台阶对应的相应厚度位置的内部残余应力σR
6)以上述未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各测量点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t范围内的残余应力分布;
7)重复步骤5),用X射线残余应力测量装置测量另一段矩形子试样厚度所对应的测量点或台阶的内部残余应力σR,以该未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各测量点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0~0.5t范围内的残余应力分布;
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制出残余应力分布,则获得沿厚度方向的残余应力分布图。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:在步骤1)和步骤2)中的测试方向为板材制品的成型方向,也即纵长方向。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:所述平面装置为使矩形长条状试样或矩形子试样复平的产生磁力或电磁力的平面装置。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:所述低附加残余应力的精密切割方法为线切割的方法、电火花、激光切割、磨削、物理抛光或化学抛光的方法。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:在步骤5)中选择5~20个测量点,在步骤4)中切割成5~20个台阶。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:所述被切割成矩形长条状子试样的宽度为应变元件宽度的2~5倍,被切割成矩形长条状试样的长度大于应变元件的5倍的长度。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:所述板材制品为长直的冷弯成型板材制品。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:所述应变元件为应变片或应变花。
本发明的板材制品残余应力的测试方法,其中:所述矩形子试样的长度至少为矩形子试样宽度的5倍。
本发明的板材制品残余应力的测试方法与现有的测试方法相比,具有方法简单、省时、省力、易于操作和测量精度高等优点。
附图说明
图1为用长直的板材经过冷弯成型后所得到一段产品的立体图;
图2为从图1中截取的矩形条状试样在自然状态下的示意图;
图3为将图2的矩形条状试样放置在平面装置上使其平直的状态的示意图;
图4为一段矩形子试样在复平状态下,用低附加残余应力的精密切割方法将其上表面沿长度方向切割成楔形的放大图;
图5为图4中的矩形子试样在自然状态下的放大图;
图6为另一段矩形子试样在复平状态下,用低附加残余应力的精密切割方法将其下表面沿长度方向切割成楔形的放大图;
图7为图6中的矩形子试样在自然状态下的放大图;
图8为一段矩形子试样在复平状态下,用低附加残余应力的精密切割方法将其上表面沿长度方向切割成数个台阶的放大图;
图9为图8的中的矩形子试样在自然状态下的放大图;
图10为另一段矩形子试样在复平状态下,用低附加残余应力的精密切割方法将其下表面沿长度方向切割成数个台阶的放大图;
图11为图10的中的矩形子试样在自然状态下的放大图;
图12为沿着矩形子试样厚度分布的弯曲应力分布图;
图13为沿着矩形子试样厚度分布的外表面拉伸应力分布图;
图14为沿着矩形子试样厚度分布的内部残余应力分布图;
图15为图12至图14叠加后,沿着矩形子试样厚度分布的残余应力分布图。
在图1至图15中,标号1为板材制品;标号2为应变元件或应变花;标号3为矩形条状试样;标号4为平面装置;标号5为矩形子试样。
具体实施方式
实施例1:
本发明的板材制品残余应力的测试方法,它包括以下步骤:
1)如图1所示,在被测点处沿板材制品的成型方向粘贴应变元件2,该应变元件2为应变片或应变花,测试并记录被测点处的初始的应变值ε0
2)将含有应变片或应变花的板材制品1沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样3,矩形长条状试样3长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,如图2所示,板材制品1在自由状态下测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)如图所示3,将矩形长条状试样置于一平面装置4上并使其复平,平面装置4为使矩形长条状试样3或矩形子试样5复平的产生磁力或电磁力的平面装置4,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半为坐标轴线,如图12所示,画出σ弯曲与矩形长条状试样的厚度的应力分布图;如图13所示,绘出σ拉伸沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
4)将一段矩形长条状试样3上的应变片或应变花2剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样5,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置4上,用低附加残余应力的精密切割方法如:线切割的方法、电火花、激光切割、磨削、物理抛光或化学抛光的方法,将矩形子试样5沿厚度方向切割成楔形如图4或图6所示,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2;
5)如图5所示,将上述将矩形子试样5放置在自由状态下,取5~20个测量,测量各点的曲率,并计算出相邻点的曲率变化Δκ;根据公式计算出相邻点由于材料的移除而相应带来移除的内部残余应力:
式中σR为相邻点处或相邻台阶处的内部残余应力,E为板材的杨氏弹性模量,单位为MPa,t为所处点矩形子试样的厚度,单位为mm;Δt为相邻点的高度差,单位为mm,而Δκ为相邻点曲率之差,单位为1/mm;
6)以上述未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出相应各点的内部残余应力,如图14轴线上方所示,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t厚度范围内的残余应力分布,如图15轴线上方所示;
7)如图7所示,将另一段矩形子试样5放置在自由状态下,重复步骤5),以未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,如图14轴线下方所示,将沿厚度方向绘制出矩形子试样0~0.5t厚度范围内的内部残余应力分布,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到如图15轴线下方所示的矩形子试样5沿着厚度的残余应力;
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制出残余应力分布,则获得沿厚度方向的纵长残余应力分布图,即图15。
实施例2
本发明的板材制品残余应力的测试方法,它包括以下步骤:
1)如图1所示,在被测点处沿板材制品的成型方向粘贴应变元件2,该应变元件2为应变片或应变花,测试并记录被测点处的初始的应变值ε0
2)将含有应变片或应变花的板材制品1沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样3,矩形长条状试样3长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,如图2所示,板材制品1在自由状态下测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)如图所示3,将矩形长条状试样置于一平面装置4上并使其复平,平面装置4为使矩形长条状试样3或矩形子试样5复平的产生磁力或电磁力的平面装置4,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半为坐标轴线,如图12所示,画出σ弯曲与矩形长条状试样的厚度的应力分布图;如图13所示,绘出σ拉伸沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
4)将一段矩形长条状试样3上的应变片或应变花2剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样5,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置4上,用低附加残余应力的精密切割方法如:线切割的方法、电火花、激光切割、磨削、物理抛光或化学抛光的方法,将矩形子试样5沿厚度方向切割成楔形,将矩形子试样5沿厚度方向切割成5~20个台阶如图8或图10所示,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2,台阶间厚度差小于或等于矩形子试样厚度的1/10;
5)如图9所示,将上述将矩形子试样5放置在自由状态下,测量各台阶的平均曲率,并计算出相邻台阶相应的率变化Δκ,根据公式计算出相邻点由于材料的移除而相应带来的移除的内部残余应力:
式中σR为相邻台阶处的内部残余应力,E为板材的杨氏弹性模量,单位为MPa,t为所处点矩形子试样的厚度,单位为mm;Δt为相邻台阶高度差,单位为mm,而Δκ为相邻点曲率之差,单位为1/mm;
6)以未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各台阶的移除的内部残余应力,如图14的轴线上方所示,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t厚度范围内的残余应力分布σ残余,如图15的轴线上方所示;
7)如图11所示,将另一段矩形子试样5放置在自由状态下,重复步骤5),以未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,如图14轴线下方所示,将沿厚度方向绘制出矩形子试样0~0.5t范围内的内部残余应力分布,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到如图15轴线下方所示的矩形子试样5沿着厚度的残余应力。
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制出残余应力分布,则获得沿厚度方向的纵长残余应力分布图,即图15。
实施例3
1)如图1所示,在被测点处沿板材制品的成型方向粘贴应变元件2,该应变元件2为应变片或应变花,测试并记录被测点处的初始的应变值ε0
2)将含有应变片或应变花的板材制品1沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样3,矩形长条状试样3长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,如图2所示,板材制品1在自由状态下测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)如图所示3,将矩形长条状试样置于一平面装置4上并使其复平,平面装置4为使矩形长条状试样3或矩形子试样5复平的产生磁力或电磁力的平面装置4,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半为坐标轴线,如图12所示,画出σ弯曲与矩形长条状试样的厚度的应力分布图;如图13所示,绘出σ拉伸沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
4)将一段矩形长条状试样3上的应变片或应变花2剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样5,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置4上,用低附加残余应力的精密切割方法如:线切割的方法、电火花、激光切割、磨削、物理抛光或化学抛光的方法,将矩形子试样5沿长度方向分别切割成楔形或切割成5~20个台阶如图4、图6、图8和10所示,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2,台阶间厚度差小于矩形子试样厚度的1/10;
5)如图4、图6、图8或10所示,用X射线残余应力测量装置测量上述复平后的楔形或各台阶处,矩形子试样5的厚度所对应的测量点内部残余应力σR,该残余应力既为该测量点或台阶对应的相应厚度位置的内部残余应力σR,选择5~20个测量点;
6)以未被切割成矩形子试样5的厚度的一半为坐标轴线,如图14轴线上方所示,沿厚度方向绘制出各测量点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t范围内的残余应力分布,如图15轴线上方所示;
7)重复步骤5),用X射线残余应力测量装置测量另一段矩形子试样5的厚度所对应的测量点内部残余应力σR,以该未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,如图14轴线下方所示,将沿厚度方向绘制出各测量点的残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到如图15轴线下方所示的矩形子试样0~0.5t范围内的残余应力分布;
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制残余应力分布则获得沿厚度方向的纵长残余应力分布图,即图15。
在实施例1-3中,需要特殊说明的是:被切割成矩形长条状试样3的宽度为应变元件2宽度的2~5倍,被切割成矩形长条状试样3的长度大于应变元件2长度的5倍;应变元件2为应变片或应变花;矩形子试样5的长度至少为矩形子试样5宽度的5倍。在步骤1)至步骤3)中的应变值是通过应变片或应变花进行测量的。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在不违背本发明的精神的情况下,本发明可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种板材制品残余应力的测试方法,所述板材制品为长直的冷弯成型板材制品,它包括以下步骤:
1)在被测点处沿测试方向粘贴应变元件,测试并记录被测点处的初始应变值ε0
2)将含有应变元件的板材制品沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样,矩形长条状试样长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)将矩形长条状试样置于一平面装置上并使其复平,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半的位置为坐标轴线,画出σ拉伸和σ弯曲沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
其特征在于:
4)将上述矩形长条状试样上的应变元件剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置上,用低附加残余应力的精密切割方法将一段矩形子试样沿长度方向切割成楔形或切割成数个台阶,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2,台阶间厚度差小于矩形子试样厚度的1/10;
5)将上述一段矩形子试样放在自由状态下,测量其上各点的曲率或各台阶的平均曲率,并计算出相邻点或相邻台阶相应的曲率变化Δκ,根据公式计算出相邻点由于材料的移除而相应移除的相应层面的板材内部残余应力:
式中σR为相邻点处或相邻台阶处的相应层面的内部残余应力,E为板材的杨氏弹性模量,t为所处点或所处台阶的矩形子试样的厚度,Δt为相邻点或相邻台阶高度差,而Δκ为相邻点或相邻台阶的曲率之差;
6)以未被切割的矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t厚度范围内的残余应力分布;
7)将另一段矩形子试样放在自由状态下,重复步骤5),以未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0~0.5t厚度范围内的残余应力分布;
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制出残余应力分布,则获得沿厚度方向的残余应力分布图。
2.一种板材制品残余应力的测试方法,所述板材制品为长直的冷弯成型板材制品,它包括以下步骤:
1)在被测点处沿测试方向粘贴应变元件,测试并记录被测点处的初始应变值ε0
2)将含有应变元件的板材制品沿测试方向用低附加应力的切割方法切割成矩形长条状试样,矩形长条状试样长度大于矩形长条状试样宽度的5倍,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε1,计算出σ1=E(ε10);
3)将矩形长条状试样置于一平面装置上并使其复平,测试并记录被切割成矩形长条状试样的应变值ε拉伸,根据公式计算出σ拉伸=E(ε拉伸0),σ弯曲=σ1拉伸,以被切割成矩形长条状试样的厚度的一半的位置为坐标轴线,画出σ拉伸和σ弯曲沿矩形长条状试样厚度的应力分布图;
其特征在于:
4)将上述矩形长条状试样上的应变元件剔除并且将其切成两段相同的矩形子试样,然后分别将它们的上表面或下表面复平并牢固地固定于一平面装置上,用低附加残余应力的精密切割方法将一段矩形子试样沿长度方向切割成楔形或切割成数个台阶,累计切掉的厚度至矩形子试样总厚度的1/2,台阶间厚度差小于矩形子试样厚度的1/10;
5)用X射线残余应力测量装置测量一段矩形子试样厚度所对应的测量点或台阶的内部残余应力σR
6)以未被切割的矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各测量点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0.5t~t范围内的残余应力分布;
7)重复步骤5),用X射线残余应力测量装置测量另一段矩形子试样厚度所对应的测量点或台阶的内部残余应力σR,以未被切割成矩形子试样的厚度的一半为坐标轴线,沿厚度方向绘制出各测量点的内部残余应力,然后将σ拉伸、σ弯曲和σR相叠加,得到矩形子试样0~0.5t范围内的残余应力分布;
8)将0~0.5t和0.5t~t厚度范围的残余应力分布图合并,绘制出残余应力分布,则获得沿厚度方向的残余应力分布图。
3.如权利要求1或2所述的板材制品残余应力的测试方法,其特征在于:在步骤1)和步骤2)中的测试方向为板材制品的成型方向,也即纵长方向。
4.如权利要求3所述的板材制品残余应力的测试方法,其特征在于:所述平面装置为使矩形长条状试样或矩形子试样复平的产生磁力或电磁力的平面装置。
5.如权利要求4所述的板材制品残余应力的测试方法,其特征在于:所述低附加残余应力的精密切割方法为线切割的方法、电火花、激光切割、磨削、物理抛光或化学抛光的方法。
6.如权利要求5所述的板材制品残余应力的测试方法,其特征在于:在步骤5)中选择5~20个测量点,在步骤4)中切割成5~20个台阶。
7.如权利要求6所述的板材制品残余应力的测试方法,其特征在于:所述被切割成矩形长条状子试样的宽度为应变元件宽度的2~5倍,被切割成矩形长条状试样的长度大于应变元件的5倍的长度。
8.如权利要求6所述的板材制品残余应力的测试方法,其特征在于:所述应变元件为应变片或应变花。
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