CN115163713A - 一种性能可调控多级蜂窝结构及其装配制备方法 - Google Patents

一种性能可调控多级蜂窝结构及其装配制备方法 Download PDF

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CN115163713A CN202210810166.4A CN202210810166A CN115163713A CN 115163713 A CN115163713 A CN 115163713A CN 202210810166 A CN202210810166 A CN 202210810166A CN 115163713 A CN115163713 A CN 115163713A
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Abstract

一种性能可调控多级蜂窝结构及其装配制备方法，其特征是它由多个螺纹管（1）、带翼侧板（2）和螺纹压环（3）装配而成；所述的螺纹管（1）、带翼侧板（2）与螺纹压环（3）通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接；套装在螺纹管（1）上的带翼侧板（2）数量从1~8不等，侧板间的夹角根据工程实际需要灵活调整，之后通过拧紧螺纹压环（3），即可形成所需的拓扑构型。本发明结构简单、便于加工，可灵活搭配组合出多种基于顶点多级蜂窝拓扑构型。

Description

一种性能可调控多级蜂窝结构及其装配制备方法
技术领域
本发明属于工程结构领域，具体地说是一种性能可调控多级蜂窝结构及其制备方法。
背景技术
蜂窝结构因具有密度小、力学性能好、能量吸收能力强等优点广泛应用于航空、航天、交通、船舶、建筑等工程技术领域。典型蜂窝结构的拓扑构型主要包括三角形、四边形、六边形、金刚石形、米字形等。因拓扑构型的改变将带来蜂窝结构在力学性能上的显著区别。为进一步提升蜂窝结构的力学性能，以上述拓扑构型为基础，衍生出基于顶点的多级蜂窝结构则表现出更为优异的比刚度和比强度。
然而，目前的蜂窝结构一旦根据固定的性能需求设计为某一拓扑构型，往往通过一体化成型或压制胶粘等方式制备，形成不可逆的确定结构形式。随着对蜂窝结构研究的深入并不断偏向实用性，结构拓扑构型和结构尺寸的固定必然会限制其在实际工程中的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的蜂窝结构固定，不可逆或难以调整而影响实际应用的问题，发明一种性能可调控多级蜂窝结构及其制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种性能可调控多级蜂窝结构，其特征是它由多个螺纹管1、带翼侧板2和螺纹压环3装配而成；所述的螺纹管1、带翼侧板2与螺纹压环3通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接；套装在螺纹管1上的带翼侧板2数量从1～8不等，侧板间的夹角根据工程实际需要灵活调整，之后通过拧紧螺纹压环(3)，即可形成所需的拓扑构型。
所述的螺纹管1整体为薄壁圆管，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2；所述的同一螺纹管1上根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板2，n为1～8的自然数，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直，分别套装在两个螺纹管上，竖直侧板高度为H与螺纹管1一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n；套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管(1)的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管1的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。
所述的螺纹压环3的内螺纹与所述的螺纹管1的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接；通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管1上的n个带翼侧板之间保持设计好的角度且无法相对转动。
本发明的技术方案之二是：
一种性能可调控多级蜂窝结构的装配制备方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，在同一螺纹管上根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板，n一般为1～8的自然数，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直，竖直侧板高度为H与螺纹管一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n，套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且
l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n；
其次，使螺纹压环的内螺纹与所述的螺纹管的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接；通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管上的n个带翼侧板之间保持设计好的角度且无法相对转动；
第三，重复以上两个步骤，即获得对应于性能要求所需拓扑构型的多级蜂窝结构。
所述的装配过程是可逆的，只需松开螺纹连接则可获得新的拓扑构型下的多级蜂窝结构。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种性能可调控多级蜂窝结构及其制备方法，通过构造可拆装式的结构形式，改变传统一体化蜂窝结构固定拓扑构型的限制；所提出可拆装式蜂窝结构的零件结构简单、便于加工，可灵活搭配组合出多种基于顶点多级蜂窝拓扑构型，包括常规的三角形、四边形、六边形、金刚石形、米字形，甚至可构造不均匀的混杂多边形拓扑构型，在汽车、城轨、船舶、建筑等领域均具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的性能可调控多级蜂窝结构示意图。
图2为本发明的螺纹管1结构示意图。
图3为本发明的带翼侧板2结构示意图。
图4为本发明的螺旋压环3结构示意图。
图5为本发明具体实施方式一所述四边形拓扑构型多级蜂窝结构示意图。
图6为本发明具体实施方式二所述正三角形拓扑构型多级蜂窝结构示意图。
图7为本发明具体实施方式三所述正六边形拓扑构型多级蜂窝结构示意图。
图8为本发明具体实施方式四所述混杂拓扑构型多级蜂窝结构示意图。
图9为本发明具体实施方式五所述米字拓扑构型多级蜂窝结构示意图。
图中：1-螺纹管；2-带翼侧板(包括2_1，2_2，2_3，2_n)；3-螺旋压环。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例一。
如图1-5所示。
一种性能可调控蜂窝结构，由12个螺纹管1、17块带翼侧板2、12个螺纹压环3装配而成。
1)所述的螺纹管1(如图2)、带翼侧板2(如图3)与螺纹压环3(如图4所示)通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接。套装在螺纹管1上的带翼侧板2数量可以从2～4不等，侧板间的夹角根据工程实际需要调整为60°(或120°)，之后通过拧紧螺纹压环3，从而形成所需的四边形拓扑构型。
2)所述的螺纹管1整体为薄壁圆管，如图2，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2。
3)所述的同一螺纹管1上可以根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板2(如图3所示)，n为2～4不等，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直(分别套装在两个螺纹管上)，竖直侧板高度为H与螺纹管1一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n。套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管1的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管1的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。
4)所述的螺纹压环3的内螺纹与所述的螺纹管1的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接。通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管1上的2-4个带翼侧板之间保持设计好的60°(或120°)且无法相对转动。
5)重复以上3)、4)过程，即获得对应于性能要求所需的四边形拓扑构型多级蜂窝结构。
实施例二。
如图6所示。
一种性能可调控蜂窝结构，由12个螺纹管1、23块带翼侧板2、12个螺纹压环3装配而成如图6。
1)所述的螺纹管1、带翼侧板2与螺纹压环3通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接。套装在螺纹管1上的带翼侧板2数量可以从2～6不等，侧板间的夹角根据工程实际需要调整为60°，之后通过拧紧螺纹压环3，从而形成所需的正三角形拓扑构型。
2)所述的螺纹管1整体为薄壁圆管，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2。
3)所述的同一螺纹管1上可以根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板2，n为2～6不等，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直(分别套装在两个螺纹管上)，竖直侧板高度为H与螺纹管1一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n。套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管1的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管1的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。为了方便安装，具体实施中，还可将带翼侧板2上的圆环的位置设计成高度可调结构，如将圆环的开口端设计成卡扣结构，卡插入翼板上开设的凹槽或等距设计的插孔中。
4)所述的螺纹压环3的内螺纹与所述的螺纹管1的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接。通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管1上的2-6个带翼侧板之间保持设计好的60°且无法相对转动。
5)重复以上3)、4)过程，即获得对应于性能要求所需的正三角形拓扑构型多级蜂窝结构。
实施例3。
如图7所示。
一种性能可调控蜂窝结构，由20个螺纹管1、24块带翼侧板2、20个螺纹压环3装配而成如图7。
1)所述的螺纹管1、带翼侧板2与螺纹压环3通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接。套装在螺纹管1上的带翼侧板2数量可以从2～3不等，侧板间的夹角根据工程实际需要调整为120°，之后通过拧紧螺纹压环3，从而形成所需的正六边形拓扑构型。
2)所述的螺纹管1整体为薄壁圆管，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2。
3)所述的同一螺纹管1上可以根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板2，n为2～3不等，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直(分别套装在两个螺纹管上)，竖直侧板高度为H与螺纹管1一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n。套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管1的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管1的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。为了方便安装，具体实施中，还可将带翼侧板2上的圆环的位置设计成高度可调结构，如将圆环的开口端设计成卡扣结构，卡插入翼板上开设的凹槽或等距设计的插孔中。
4)所述的螺纹压环3的内螺纹与所述的螺纹管1的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接。通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管1上的2-3个带翼侧板之间保持设计好的120°且无法相对转动。
5)重复以上3)、4)过程，即获得对应于性能要求所需的正六边形拓扑构型多级蜂窝结构。
实施例4。
如图8所示。
一种性能可调控蜂窝结构，由22个螺纹管1、36块带翼侧板2、22个螺纹压环3装配而成如图8。
1)所述的螺纹管1、带翼侧板2与螺纹压环3通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接。套装在螺纹管1上的带翼侧板2数量可以从2～6不等，侧板间的夹角根据工程实际需要调整为60°或120°，之后通过拧紧螺纹压环3，从而形成所需的混杂拓扑构型。
2)所述的螺纹管1整体为薄壁圆管，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2。
3)所述的同一螺纹管1上可以根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板2，n为2～6不等，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直(分别套装在两个螺纹管上)，竖直侧板高度为H与螺纹管1一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n。套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管1的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管1的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。为了方便安装，具体实施中，还可将带翼侧板2上的圆环的位置设计成高度可调结构，如将圆环的开口端设计成卡扣结构，卡插入翼板上开设的凹槽或等距设计的插孔中。
4)所述的螺纹压环3的内螺纹与所述的螺纹管1的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接。通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管1上的2-6个带翼侧板之间保持设计好的60°或120°且无法相对转动。
5)重复以上3)、4)过程，即获得对应于性能要求所需的混杂拓扑构型多级蜂窝结构。
实施例5。
如图9所示。
一种性能可调控蜂窝结构，由25个螺纹管1、56块带翼侧板2、25个螺纹压环3装配而成如图9。
1)所述的螺纹管1、带翼侧板2与螺纹压环3通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接。套装在螺纹管1上的带翼侧板2数量可以从3～8不等，侧板间的夹角根据工程实际需要调整为45°或90°，之后通过拧紧螺纹压环3，从而形成所需的米字拓扑构型。
2)所述的螺纹管1整体为薄壁圆管，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2。
3)所述的同一螺纹管1上可以根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板2，n为3～8不等，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直(分别套装在两个螺纹管上)，竖直侧板高度为H与螺纹管1一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n。套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管1的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管1的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。为了方便安装，具体实施中，还可将带翼侧板2上的圆环的位置设计成高度可调结构，如将圆环的开口端设计成卡扣结构，卡插入翼板上开设的凹槽或等距设计的插孔中。
4)所述的螺纹压环3的内螺纹与所述的螺纹管1的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接。通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管1上的3-8个带翼侧板之间保持设计好的45°或90°且无法相对转动。
5)重复以上3)、4)过程，即获得对应于性能要求所需的米字拓扑构型多级蜂窝结构。
上述实施方式为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
本发明未涉及部分与同有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种性能可调控多级蜂窝结构，其特征是它由多个螺纹管(1)、带翼侧板(2)和螺纹压环(3)装配而成；所述的螺纹管(1)、带翼侧板(2)与螺纹压环(3)通过螺纹旋紧/松开形成可拆卸紧固连接；套装在螺纹管(1)上的带翼侧板(2)数量从1～8不等，侧板间的夹角根据工程实际需要灵活调整，之后通过拧紧螺纹压环(3)，即可形成所需的拓扑构型。
2.根据权利要求1所述的性能可调控多级蜂窝结构，其特征是所述的螺纹管(1)整体为薄壁圆管，总高度为H，中上端有凸缘高度为h0，凸缘的上半段为外螺纹表面高度为h1，凸缘的下半段为圆柱表面高度为h2，则有H＝h0+h1+h2；所述的同一螺纹管(1)上根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板(2)，n为1～8的自然数，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直，分别套装在两个螺纹管上，竖直侧板高度为H与螺纹管(1)一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n；套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管(1)的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管(1)的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n。
3.根据权利要求1所述的性能可调控多级蜂窝结构，其特征是所述的螺纹压环(3)的内螺纹与所述的螺纹管(1)的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接；通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管(1)上的n个带翼侧板之间保持设计好的角度且无法相对转动。
4.一种性能可调控多级蜂窝结构的装配制备方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，在同一螺纹管上根据拓扑构型要求套装n个带翼侧板，n一般为1～8的自然数，分别记为2_1、2_2、2_3、…、2_n，带翼侧板为对称薄板件，左右两翼的圆环与竖直侧板相垂直，竖直侧板高度为H与螺纹管一致，圆环厚度为t，圆环的上端面距离侧板上端面距离分别为l1_1、l1_2、l1_3、…、l1_n，圆环的下端面距离侧板上端面距离分别为l2_1、l2_2、l2_3、…、l2_n，对n个带翼侧板分别有H＝t+l1_1+l2_1，H＝t+l1_2+l2_2，H＝t+l1_3+l2_3，…，H＝t+l1_n+l2_n，套装的n个带翼侧板的上端面与螺纹管的上端面均保持平齐，同时n个带翼侧板的下端面与螺纹管的下端面也保持平齐，因此，满足如下关系式l1_1-(n-1)t＝l1_2-(n-2)t＝l1_3-(n-3)t＝…＝l1_n，且
l2_1+(n-1)t＝l2_2+(n-2)t＝l2_3+(n-3)t＝…＝l2_n；
其次，使螺纹压环的内螺纹与所述的螺纹管的外螺纹具有相同的公称直径和螺距，二者形成良好的螺纹连接；通过施加一定的力矩拧紧螺纹，则可使得套装在螺纹管上的n个带翼侧板之间保持设计好的角度且无法相对转动；
第三，重复以上两个步骤，即获得对应于性能要求所需拓扑构型的多级蜂窝结构。
5.根据权利要求1所述的性能可调控多级蜂窝结构的装配制备方法，其特征是所述的装配过程是可逆的，只需松开螺纹连接则可获得新的拓扑构型下的多级蜂窝结构。
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