CN110516325A - 一种cae自动化仿真分析方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种CAE自动化仿真分析方法和系统，详细分析并规范对应的CAE分析流程，并将分析流程模块化，通过面向对象语言对这些模块进行编程，例如C++语言，QT界面框架开发软件界面，采用C++单利模式对数据进行管理，项目、网格等参数以XML文件方式存储到工程文件中,用TCL/TK语言后台调用Hypermesh的batch mesher模式进行前处理，实现了有限元建模、求解、后处理等功能，帮助分析人员、设计人员快速建立分析模型，进行计算和查看计算结果，并提高分析效率，减少错误发生。
Description
技术领域
本公开涉及一种CAE自动化仿真分析方法和系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在机械制造领域CAE工具的运用日益重要，是设计工程人员的必备技能。在利用CAE软件进行软件前处理过程中，往往需要对多个零件进行网格划分，分组并赋属性，以及各个零件之间进行连接，这就要求工程人员对CAE软件有较高的理论实践基础。
目前在CAE软件前处理、加载和求解过程中，常规的分析的流程是：在三维建模软件中建立几何实体模型；导入CAE分析前处理软件，进行几何处理，抽中面，网格划分，网格质量检查；给部件网格赋予材料和板厚等相应的属性；加载边界条件，建立工况；选择求解器，计算，结果后处理，写分析报告。
上述CAE软件前处理过程分析流程繁琐，操作复杂，操作繁杂，无法自动输出分析报告，效率低，影响产品的研发速度，缺乏分析项目管理，而且要求工程设计人员熟练掌握CAE软件。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种CAE自动化仿真分析方法和系统，通过快速建立分析模型，进行计算和查看计算结果，并提高分析效率，减少错误发生。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
本公开提供一种CAE自动化仿真分析方法，包括：
(1)接收项目配置属性信息，包括项目名称、项目类型、用户类型以及项目存储路径，所述用户类型包括CAE人员和设计人员；
(2)判断用户类型，并根据判断结果反馈不同的数据请求信息至客户端；
进一步的，所属步骤(2)中，若用户类型为设计人员，反馈至客户端接收几何模型文件的数据请求信息；若用户类型为CAE人员，则反馈至客户端接收网格文件的数据请求信息；
(3)接收不同格式的几何模型文件并自动识别，存入输入模型库，对几何模型文件进行单元网格的自动划分，生成初始网格文件，存入输出网格库；
进一步的，所述步骤(3)还包括，选择待处理的几何模型文件，自动识别几何模型文件格式，同步调取输入模型库中相对应的网格质量标准文件和参数文件，执行网格划分操作；
所述参数文件包括网格大小、单元类型。
(4)对生成的初始网格文件进行编辑，通过参数设置、单元属性设置和网格合成设置，使初始网格文件生成能参与计算的网格文件；
进一步的，所述参数设置包括接收工况配置属性信息，包括工况编号、名称以及工况分析类型，根据项目类型匹配工况分析类型，根据匹配的工况分析类型自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据；
所述载荷数据具体为，通过接收载荷数据配置属性信息，包括载荷ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、坐标系、比例系数；
所述约束条件具体为，通过接收约束条件配置属性信息，包括约束条件ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、约束类型、约束自由度和强迫位移值；
进一步的，所述步骤(4)还包括单元属性设置，具体为，接收单元属性设置配置属性信息，包括单元属性ID、属性名称和单元类型，通过对初始文件的编号识别设置结构的材料属性，在单元属性设置中引用与单元类型相对应的材料属性信息；
所述材料属性包括材料的弹性模量、泊松比、密度等。
进一步的，所述步骤(4)还包括网格合成设置，根据对初始网格文件的参数设置和单元属性设置，将其生成能参与计算的网格文件，并存储到输出网格库，所述网格文件的属性信息包括网格名称、网格格式、网格大小以及存储路径。
(5)调取输出网格库中的网格文件，并将生成的网格文件导入到求解器库中，选择求解器和选择待求解的网格文件，并对选择的网格文件进行文件检测，检测其是否存在，若不存在，则重新导入；若存在，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
(6)对求解运行成功的结果文件进行后处理，根据标准化模板定制要求，对结果文件中的数据进行数据提取操作，自动输出分析报告。
进一步的，所述步骤(6)还包括自动保存结果文件并自动生成分析报告，将该项目操作过程中涉及到的项目参数均存储到输入模型库中，方便设计人员动态查看，编写仿真分析报告。
本公开提供一种CAE自动化仿真分析系统，包括：
项目创建模块，用于接收项目配置属性信息，包括项目名称、项目类型、用户类型以及项目存储路径；所述用户类型包括CAE人员和设计人员；
判断模块A，用于判断用户类型，并根据判断结果反馈不同的数据请求信息至客户端；
进一步的，若用户类型为设计人员，反馈至客户端接收几何模型文件的数据请求信息；若用户类型为CAE人员，则反馈至客户端接收网格文件的数据请求信息；
模型导入模块，用于接收不同格式的几何模型文件并自动识别，存入输入模型库；
网格划分模块，用于调取输入模型库中的几何模型文件，对几何模型文件进行单元网格的自动划分，生成初始网格文件，并存入输出网格库；
输入模型库，用于存储导入的几何模型文件，网格划分模块所需的网格质量标准文件和参数文件，所述参数文件包括网格大小、单元类型等；
输出网格库，用于存储完成自动划分的初始网格文件以及存储能参与计算的网格文件；
进一步的，所述网格划分模块还包括对待处理的几何模型文件，自动识别几何模型文件格式，同步调取输入模型库中相对应的网格质量标准文件和参数文件，执行网格划分操作；
网格编辑模块，用于对输出网格库中初始网格文件进行编辑，通过参数设置、单元属性设置和网格合成设置，使初始网格文件生成能参与计算的网格文件；
进一步的，所述网格编辑模块还包括参数设置子模块、单元属性设置子模块以及网格合成子模块；
进一步的，所述参数设置子模块用于接收工况配置属性信息，包括工况编号、名称以及工况分析类型，根据项目类型匹配工况分析类型，根据匹配的工况分析类型自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据；
进一步的，所述载荷数据具体为，通过接收载荷数据配置属性信息，包括载荷ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、坐标系、比例系数；
进一步的，所述约束条件具体为，通过接收约束条件配置属性信息，包括约束条件ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、约束类型、约束自由度和强迫位移值；
进一步的，所述单元属性设置子模块，用于接收单元属性设置配置属性信息，包括单元属性ID、属性名称和单元类型，通过对初始文件的编号识别设置结构的材料属性，在单元属性设置中引用与单元类型相对应的材料属性信息；
所述材料属性包括材料的弹性模量、泊松比、密度等。
进一步的，网格合成子模块，用于根据对初始网格文件的参数设置和单元属性设置，将其生成能参与计算的网格文件，并存储到输出网格库，所述网格文件的属性信息包括网格名称、网格格式、网格大小以及存储路径。
网格导入模块，用于调取输出网格库中的网格文件，并将生成的网格文件导入到求解器模块中；
判断模块B，用于对选择的待求解网格文件进行文件检测，检测其是否存在，若不存在，则重新导入；若存在，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
求解模块，用于选择待求解网格文件，提交给相应求解器，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
后处理模块，用于对求解运行成功的结果文件进行后处理，根据标准化模板定制要求，对结果文件中的数据进行数据提取操作，自动输出分析报告。
进一步的，后处理模块还包括自动保存结果文件并自动生成分析报告，将该项目操作过程中涉及到的项目参数均存储到输入模型库中，方便设计人员动态查看，编写仿真分析报告。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)本公开基于C++搭建仿真平台框架，实现分析流程简单化，方便多个求解器的集成；
(2)本公开采用Hypermesh的batch mesher模式进行前处理，自动化、批处理的实现几何模型的前处理工作，省时省力、节约成本和时间；
(3)本公开可实现帮助分析人员、设计人员快速建立分析模型，进行计算和查看计算结果，并提高分析效率，减少错误发生；
(4)与以往分析方法相比，本公开可实现自动输出分析报告；方便分析项目的管理；简化流程，减少错误，提高效率；便于推广，无需专业CAE软件知识。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开的一种CAE自动化仿真分析方法示意图；
图2为本公开的一种CAE自动化仿真分析系统示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本公开的技术原理：本公开详细分析并规范对应的CAE分析流程，并将分析流程模块化，通过面向对象语言对这些模块进行编程，例如C++语言，QT界面框架开发软件界面，采用C++单利模式对数据进行管理，项目、网格等参数以XML文件方式存储到工程文件中,用TCL/TK语言后台调用Hypermesh的batch mesher模式进行前处理，实现了有限元建模、求解、后处理等功能。
如图1所示，本公开提供一种CAE自动化仿真分析方法，具体包括以下步骤：
(1)接收项目配置属性信息，包括项目名称、项目类型、用户类型以及项目存储路径，所述用户类型包括CAE人员和设计人员；
(2)判断用户类型，并根据判断结果反馈不同的数据请求信息至客户端；
进一步优选地，所属步骤(2)中，若用户类型为设计人员，反馈至客户端接收几何模型文件的数据请求信息；若用户类型为CAE人员，则反馈至客户端接收网格文件的数据请求信息；
若用户类型为设计人员，则可以直接导入未经处理的几何结构数据，由本公开的方法对几何文件经过网格划分、编辑等处理，生成能够参与计算的网格文件；
而如果用户类型为CAE人员，CAE人员是指具有较高有限元计算能力的专业人员，模型前处理，网格划分以及属性设置，输出可参与计算的网格文件，需要在其他软件完成，所以此处只需导入可计算的网格文件即可。
(3)接收不同格式的几何模型文件并自动识别，存入输入模型库，对几何模型文件进行单元网格的自动划分，生成初始网格文件，存入输出网格库；
进一步优选地，所述步骤(3)还包括，选择待处理的几何模型文件，自动识别几何模型文件格式，同步调取输入模型库中相对应的网格质量标准文件和参数文件，执行网格划分操作；
所述参数文件包括网格大小、单元类型。
(4)对生成的初始网格文件进行编辑，通过参数设置、单元属性设置和网格合成设置，使初始网格文件生成能参与计算的网格文件；
进一步优选地，所述参数设置包括接收工况配置属性信息，包括工况编号、名称以及工况分析类型，根据项目类型匹配工况分析类型，根据匹配的工况分析类型自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据；
所述载荷数据具体为，通过接收载荷数据配置属性信息，包括载荷ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、坐标系、比例系数；
所述约束条件具体为，通过接收约束条件配置属性信息，包括约束条件ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、约束类型、约束自由度和强迫位移值；
进一步优选地，所述步骤(4)还包括单元属性设置，具体为，接收单元属性设置配置属性信息，包括单元属性ID、属性名称和单元类型，通过对初始文件的编号识别设置结构的材料属性，在单元属性设置中引用与单元类型相对应的材料属性信息；
所述材料属性包括材料的弹性模量、泊松比、密度等。
进一步优选地，所述步骤(4)还包括网格合成设置，根据对初始网格文件的参数设置和单元属性设置，将其生成能参与计算的网格文件，并存储到输出网格库，所述网格文件的属性信息包括网格名称、网格格式、网格大小以及存储路径。
(5)调取输出网格库中的网格文件，并将生成的网格文件导入到求解器库中，选择求解器和选择待求解的网格文件，并对选择的网格文件进行文件检测，检测其是否存在，若不存在，则重新导入；若存在，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
(6)对求解运行成功的结果文件进行后处理，根据标准化模板定制要求，对结果文件中的数据进行数据提取操作，自动输出分析报告；
进一步优选地，所述步骤(6)还包括自动保存结果文件并自动生成分析报告，将该项目操作过程中涉及到的项目参数均存储到输入模型库中，方便设计人员动态查看，编写仿真分析报告。
通过有限元的理论方法，为机械零部件的结构分析提供了有效的工具，避免了要人为的转化成含有多自由度连续体的数学问题。把一个需要求解的连续区域，离散化为有限个，并按一定的规则连接在一起构成一组单元，即用一个有限单元的集合来模拟几何形状相同或相近的求解区域。
本实例以采用麦弗逊悬架系统中的控制臂的有限元分析进行CAE自动化仿真，根据企业的相应要求，分析控制臂结构特点，确定分析类型，进行CAE前处理，例如模态分析、静力分析等项目类型，包括对控制臂的建立有限元模型，建立材料属性、定义约束载荷等操作，最终仿真得到在不同工况下的应力云图，例如紧急制动工况应力应变云图等。
接收该项目配置的属性信息，包括项目名称“控制臂仿真”、项目类型“强度分析”、用户类型“设计人员”以及项目存储路径。将几何模型导入，选择相应的网格划分参数设置，进行网格的自动划分，生成初始网格文件。
创建材料，该控制臂模型涉及到三种材料，包括“SAPH440、P20、steel”,根据其弹性模量“2.10E+05”、泊松比0.3以及密度“7.90E-09”，完成结构的材料属性信息；
创建约束条件，在控制臂外侧中心点建立六个方向方向的位移约束，不同节点的节点信息，包括节点ID、约束类型、约束自由度和强迫位移值；
创建载荷，在完成约束的创建后，需要创建工况载荷，在载荷的相应节点，根据节点坐标系，添加力与力矩的数据；
在前处理部分，已完成了对控制臂模型材料数据的加载、载荷位移约束的创建以及工况载荷的施加，根据工况分析中的强度分析类型，自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据，研究在常温条件下结构承受的载荷的能力，以及结构抵抗变形与结构在受力情况下的响应特性，完成强度分析工况的设置，输出能参与计算的网格文件；
调用Nastran求解器进行求解，调用Hyperview做后处理，得到该控制臂在不同工况下的应力云图，例如紧急制动工况应力应变云图等，可以得到控制臂受力均匀地部分，能够承受的最大载荷数据，极限转向和紧急制动的最大应力数据等，可以判断出控制臂在不会出现破坏形式的极限工况条件。
如图2所示，本公开提供一种CAE自动化仿真分析系统，包括：
项目创建模块，用于接收项目配置属性信息，包括项目名称、项目类型、用户类型以及项目存储路径；所述用户类型包括CAE人员和设计人员；
判断模块A，用于判断用户类型，并根据判断结果反馈不同的数据请求信息至客户端；
进一步优选地，若用户类型为设计人员，反馈至客户端接收几何模型文件的数据请求信息；若用户类型为CAE人员，则反馈至客户端接收网格文件的数据请求信息；
模型导入模块，用于接收不同格式的几何模型文件并自动识别，存入输入模型库；
网格划分模块，用于调取输入模型库中的几何模型文件，对几何模型文件进行单元网格的自动划分，生成初始网格文件，并存入输出网格库；
输入模型库，用于存储导入的几何模型文件，网格划分模块所需的网格质量标准文件和参数文件，所述参数文件包括网格大小、单元类型等；
输出网格库，用于存储完成自动划分的初始网格文件以及存储能参与计算的网格文件；
进一步优选地，所述网格划分模块还包括对待处理的几何模型文件，自动识别几何模型文件格式，同步调取输入模型库中相对应的网格质量标准文件和参数文件，执行网格划分操作；
网格编辑模块，用于对输出网格库中初始网格文件进行编辑，通过参数设置、单元属性设置和网格合成设置，使初始网格文件生成能参与计算的网格文件；
进一步优选地，所述网格编辑模块还包括参数设置子模块、单元属性设置子模块以及网格合成子模块；
进一步优选地，所述参数设置子模块用于接收工况配置属性信息，包括工况编号、名称以及工况分析类型，根据项目类型匹配工况分析类型，根据匹配的工况分析类型自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据；
进一步优选地，所述载荷数据具体为，通过接收载荷数据配置属性信息，包括载荷ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、坐标系、比例系数；
进一步优选地，所述约束条件具体为，通过接收约束条件配置属性信息，包括约束条件ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、约束类型、约束自由度和强迫位移值；
进一步优选地，所述单元属性设置子模块，用于接收单元属性设置配置属性信息，包括单元属性ID、属性名称和单元类型，通过对初始文件的编号识别设置结构的材料属性，在单元属性设置中引用与单元类型相对应的材料属性信息；
所述材料属性包括材料的弹性模量、泊松比、密度等信息
进一步优选地，网格合成子模块，用于根据对初始网格文件的参数设置和单元属性设置，将其生成能参与计算的网格文件，并存储到输出网格库，所述网格文件的属性信息包括网格名称、网格格式、网格大小以及存储路径。
网格导入模块，用于调取输出网格库中的网格文件，并将生成的网格文件导入到求解器模块中；
判断模块B，用于对选择的待求解网格文件进行文件检测，检测其是否存在，若不存在，则重新导入；若存在，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
求解模块，用于选择待求解网格文件，提交给相应求解器，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
后处理模块，用于对求解运行成功的结果文件进行后处理，根据标准化模板定制要求，对结果文件中的数据进行数据提取操作，自动输出分析报告。
进一步优选地，后处理模块还包括自动保存结果文件并自动生成分析报告，将该项目操作过程中涉及到的项目参数均存储到输入模型库中，方便设计人员动态查看，编写仿真分析报告。
以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种CAE自动化仿真分析方法，其特征是：
(1)接受项目配置属性信息，包括项目名称、项目类型、用户类型以及项目存储路径，所述用户类型包括CAE人员和设计人员；
(2)判断用户类型，并根据判断结果反馈不同的数据请求信息至客户端；
(3)接受不同格式的几何模型文件并自动识别，存入输入模型库，对几何模型文件进行单元网格的自动划分，生成初始网格文件，存入输出网格库；
(4)对生成的初始网格文件进行编辑，通过参数设置、单元属性设置和网格合成设置，使初始网格文件生成能参与计算的网格文件；
(5)调取输出网格库中的网格文件，并将生成的网格文件导入到求解器库中，选择求解器和选择待求解的网格文件，并对选择的网格文件进行文件检测，检测其是否存在，若不存在，则重新导入；若存在，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
(6)对求解运行成功的结果文件进行后处理，根据标准化模板定制要求，对结果文件中的数据进行数据提取操作，自动输出分析报告。
2.如权利要求1所述的一种CAE自动化仿真分析方法，其特征是，
所述步骤(3)中，选择待处理的几何模型文件，自动识别几何模型文件格式，同步调取输入模型库中相对应的网格质量标准文件和参数文件，执行网格划分操作。
3.如权利要求1所述的一种CAE自动化仿真分析方法，其特征是，
所述步骤(4)中参数设置包括接收工况配置属性信息，包括工况编号、名称以及工况分析类型，根据项目类型定义工况分析类型，根据工况分析类型自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据；
所述载荷数据具体为，通过接收载荷数据配置属性信息，包括载荷ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、坐标系、比例系数；
所述约束条件具体为，通过接收约束条件配置属性信息，包括约束条件ID、名称和类型，提取初始网格文件中不同节点的节点信息，包括节点ID、约束类型、约束自由度和强迫位移值。
4.如权利要求1所述的一种CAE自动化仿真分析方法，其特征是，
所述步骤(4)还包括单元属性设置，具体为，接收单元属性设置配置属性信息，包括单元属性ID、属性名称和单元类型，通过对初始文件的编号识别设置结构的材料属性，在单元属性设置中引用与单元类型相对应的材料属性信息。
5.如权利要求1所述的一种CAE自动化仿真分析方法，其特征是，
所述步骤(4)还包括网格合成设置，根据对初始网格文件的参数设置和单元属性设置，将其生成能参与计算的网格文件，并存储到输出网格库，所述网格文件的属性信息包括网格名称、网格格式、网格大小以及存储路径。
6.一种CAE自动化仿真分析方法系统，其特征是，包括：
项目创建模块，用于接收项目配置属性信息，包括项目名称、项目类型、用户类型以及项目存储路径；
模型导入模块，用于接收不同格式的几何模型文件并自动识别，存入输入模型库；
网格划分模块，用于调取输入模型库中的几何模型文件，对几何模型文件进行单元网格的自动划分，生成初始网格文件，并存入输出网格库；
网格编辑模块，用于对输出网格库中初始网格文件进行编辑，通过参数设置、单元属性设置和网格合成设置，使初始网格文件生成能参与计算的网格文件；
网格导入模块，用于调取输出网格库中的网格文件，并将生成的网格文件导入到求解器模块中；
求解模块，用于选择待求解网格文件，提交给相应求解器，运行求解器，对导入的网格文件进行求解运算；
后处理模块，用于对求解运行成功的结果文件进行后处理，根据标准化模板定制要求，对结果文件中的数据进行数据提取操作，自动输出分析报告。
7.如权利要求6所述的一种CAE自动化仿真分析方法系统，其特征是，
所述网格划分模块还包括对待处理的几何模型文件，自动识别几何模型文件单元类型，同步调取输入模型库中相对应的网格质量标准文件和参数文件，执行网格划分操作。
8.如权利要求6所述的一种CAE自动化仿真分析方法系统，其特征是，
所述网格编辑模块还包括参数设置子模块、单元属性设置子模块以及网格合成子模块；
所述参数设置子模块用于根据接收工况配置属性信息，包括工况编号、名称以及工况分析类型，根据项目类型定义工况分析类型，根据工况分析类型自动识别并引用相匹配的约束条件和载荷数据。
9.如权利要求6所述的一种CAE自动化仿真分析方法系统，其特征是，
所述输入模型库，用于存储导入的几何模型文件，网格划分模块所需的网格质量标准文件和参数文件，所述参数文件包括网格大小、单元类型；
所述输出网格库，用于存储完成自动划分的初始网格文件以及存储能参与计算的网格文件。
10.如权利要求6所述的一种CAE自动化仿真分析方法系统，其特征是，
所述单元属性设置子模块，用于接收单元属性设置配置属性信息，包括单元属性ID、属性名称和单元类型，通过对初始文件的编号识别设置结构的材料属性，在单元属性设置中引用与单元类型相对应的材料属性信息。
Priority Applications (1)
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