fe-safe悬臂梁疲劳寿命分析
fesafe橡胶疲劳案例
fesafe橡胶疲劳案例1. 橡胶疲劳是指在重复加载下，橡胶材料发生疲劳损伤，导致其性能下降或失效的现象。
这一现象在许多工程应用中非常常见，如橡胶密封件、弹性悬挂系统等。
2. fesafe公司是一家专注于橡胶制品研发和生产的企业，其产品广泛应用于汽车、机械、电子等领域。
然而，最近fesafe公司的一批橡胶密封件在使用过程中出现了疲劳失效的情况，引起了公司的关注。
3. 通过分析，发现这批橡胶密封件的疲劳失效主要集中在高温环境下。
在高温环境下，橡胶材料的分子链易于发生断裂，导致密封件失去原有的弹性和密封性能。
4. 进一步的调查发现，这批橡胶密封件的材料质量存在一定问题。
fesafe公司使用的橡胶材料供应商在生产过程中可能存在工艺不合理或原材料配方不当等问题，导致材料性能不稳定。
5. 为了解决这一问题，fesafe公司与橡胶材料供应商进行了多次沟通和合作。
首先，公司要求供应商提供材料的详细物理性能和化学成分等信息，以确保材料的质量。
6. 其次，fesafe公司与供应商共同制定了一套严格的材料测试和质量控制标准，确保每批橡胶材料都符合要求。
这些标准包括材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率等性能指标。
7. 此外，为了减少橡胶密封件在高温环境下的疲劳失效，fesafe公司开始研发新的材料配方。
通过添加抗氧化剂和增塑剂等添加剂，提高橡胶材料的耐热性和耐老化性能，从而延长橡胶密封件的使用寿命。
8. 在新材料配方的基础上，fesafe公司还优化了橡胶密封件的结构设计。
通过改变密封件的几何形状和尺寸，减少材料的应力集中，降低疲劳损伤的发生概率。
9. 此外，fesafe公司还引入了先进的生产设备和工艺，提高橡胶密封件的加工精度和一致性。
通过精确控制材料的硬度和尺寸等参数，减少橡胶材料的内部缺陷，提高密封件的整体性能。
10. 经过一系列的改进和优化，fesafe公司的橡胶密封件的疲劳失效问题得到了有效的解决。
新的材料配方和结构设计使得橡胶密封件在高温环境下具有更好的耐久性和密封性能，满足了客户的需求。
Fe-safe随机疲劳分析方法
1,
1.,
0.
*Output, field
*Node Output
RU, U
*Element Output, directions=YE, FREQUENCY=1
GU,------------------------------------------------------------------------------------输出相应的 GU
Fe-safe 随机疲劳分析方法
Fe-safe 可以根据随机振动应力结果分析结构的疲劳，称之为随机疲劳，这种疲劳的分析方 法可以采用两步实现
第一步，随机振动分析
在 ABAQUS 中，随机振动采用 random response 分析步实现，但 ABAQUS 得 CAE 界面只支持 base motion 的载荷加载方式，这对于很多工况而言是不适用的。不过，采用 inp 关键字的方 式，就可以实现集中力，表面力等多种载荷的加载，其格式为
*END STEP
通过这样的 inp 结构可以计算集中载荷的随机响应，但也有更为简单的方法，即采用 ANSA 进行处理
设置相关性 定义载荷 定义 PSD
定义两个分析步
设置好相关参数，提交计算后得到 odb 文件，直接将 odb 文件读入 fe-safe 中，fe-safe 会直 接读取相应应力并设置好载荷谱。用户只需要设置材料和应力集中因子等参数即可，最终可 获得在随机振动载荷中结构的寿命云图。
步
*RANDOM RESPONSE
0.,
200.,
3
**
** CLOAD
**
*CLOAD, LOAD CASE=1----------------------------------------------------定义一个集中力
基于 ANSYS／FE-safe 的桥式起重主梁疲劳寿命分析
ＴＡＮＧ Ｆ ａ ｎｑ ｉ ｎ ， Ｗ ＥＩ Ｈｕ ａ ． ｚ ｈ ｏ ｎｇ ， Ｓ ＨＵ Ａｎ ｑ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｘｉ ｎ — ｙ ａ ｎ ｇ
（ １ ．Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ １ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｗｅ ｂ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ．Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｋ ｅ ｙ ｎ ｏ ｄ ｅ’ Ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ Ｕ ｌ ￣ Ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｇ ｉ ｒ ｄ —
高级疲劳耐久性分析和信号处理软件：FE-Safe介绍
高级疲劳耐久性分析和信号处理软件：FE-Safe 介绍ANSYS FE-SAFE 一直是多轴疲劳分析解决方案的领导者，算法先进，功能全面细致，是世界公认精度最高的疲劳分析软件。
ANSYS FE-SAFE 既支持基于疲劳试验测试应力和应变信号的疲劳分析技术，也支持基于有限元分析计算的疲劳仿真设计技术。
ANSYS FE-SAFE 具有完整的材料库、灵活多变的载荷谱定义方法、实用的疲劳信号采集与分析处理功能以及丰富先进的疲劳算法，完整的输出疲劳结果。
特色功能∙拥有基于应力应变测试信号的疲劳分析技术； ∙支持弹性、塑性，单轴、多轴的应力和局部应变全面疲劳算法； ∙丰富的材料疲劳数据库； ∙支持各种载荷输入文件格式，并对载荷信号进行分析处理； ∙概率疲劳计算载荷与材料服从某种概率分布时，在一定设计寿命下结构的生存概率； ∙可以构造复杂的疲劳载荷谱； ∙生成丰富的疲劳计算结果； ∙界面操作易学易用； ∙ CAE接口：Ansys, Nastran, Abaqus, I-deas, Hypermesh, Pro/E Mechanical。
广州有道科技培训中心 h t t p ://w w w .020f e a .c o m客户价值∙基于有限元分析的疲劳技术，实现了产品设计-CAE 仿真-疲劳设计-重设计的现代设计研发流程,使疲劳设计更加高效快速和经济实用； ∙自带信号分析处理技术使信号去假存真，并进一步提取信号的幅频特性、提取峰值序列、雨流矩阵、PSD 等，可以直接用于疲劳分析； ∙材料库提供了丰富的材料，每种材料都有缺省疲劳算法自动用于疲劳计算，便于本地化和用户化，内置Netscape link 访问国际国内发布的各种疲劳测试报告和相关数据； ∙ ANSYS 作为世界先进的CAE 分析程序，其强大的结构-热-流体-电磁耦合场分析能力，为Fe-safe 提供多种单场或耦合场载荷工况的FEA 结果，确保疲劳计算代表真实工程载荷工况；∙ 疲劳算法能同时考虑各种疲劳影响因素，多轴疲劳算法全球领先，速度快精度高。
FE-Safe在某车架垂直弯曲疲劳分析中的应用
FE-Safe在某车架垂直弯曲疲劳分析中的应用本文利用安世亚太公司的疲劳分析软件FE-Safe对某车架结构的垂直弯曲疲劳进行了分析计算，再现了该车架在垂直弯曲疲劳试验中出现的问题，提出解决方案。
同时利用试验结果进行对比校核，验证了本文分析的可信度。
1 前言产品的疲劳寿命是现代设计的一个重要指标。
随着市场竞争的日趋激烈，产品的寿命对用户来说显得愈来愈重要。
与传统的静强度设计方法相比，疲劳寿命设计需要了解产品的使用环境，应用现代疲劳理论，并结合试验验证，以确保所需要的设计寿命。
目前，在产品设计中已大量使用计算机仿真技术，其中的有限元法已经成为一种不可缺少的分析工具。
根据有限元获得的应力应变结果进行进一步的疲劳寿命设计已经在一些重要的工业领域（如汽车、航空航天和机器制造等）得到广泛应用。
与基于试验的传统方法相比，有限元疲劳仿真能够提供零部件表面的疲劳寿命分布，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，通过修改设计可以预先避免不合理的寿命分布。
因此，它能够减少试验样机的数量，缩短产品的开发周期，进而降低开发成本，提高市场竞争力。
本文利用安世亚太公司的疲劳分析软件FE-Safe对某车架结构的垂直弯曲疲劳进行了分析计算，再现了该车架在垂直弯曲疲劳试验中出现的问题，提出解决方案。
同时利用试验结果进行对比校核，验证了本文分析的可信度。
2 车架有限元模型的建立根据车架垂直弯曲疲劳分析与试验的公司内标准，建立光车架有限元分析模型。
2.1 结构离散化根据车架结构的特点，用薄板单元对其进行有限元网格划分，部分铸件用实体单元模拟，螺栓和铆钉连接用刚性元结合梁元来模拟。
有限元模型共划分单元约16万个，节点约12万个。
图2-1为车架有限元网格模型图。
图2-1 车架有限元网格模型图2.2 材料参数车架材料为DFL590，计算时取弹性模量E=210Gpa，泊凇比μ=0.3，UPS=345Mpa。
材料的S-N曲线如图2-2所示。
Fe-safe随机疲劳分析方法
*END STEP
通过这样的 inp 结构可以计算集中载荷的随机响应，但也有更为简单的方法，即采用 ANSA 进行处理
设置相关性 定义载荷 定义 PSD
定义两个分析步
设置好相关参数，提交计算后得到 odb 文件，直接将 odb 文件读入 fe-safe 中，fe-safe 会直 接读取相应应力并设置好载荷谱。用户只需要设置材料和应力集中因子等参数即可，最终可 获得在随机振动载荷中结构的寿命云图。
*MODAL FILE, FREQUENCY=0
*OUTPUT, HISTORY
*MODAL OUTPUT, VARIABLE=ALL
*END STEP
**
** STEP 2
**
*STEP, NAME= STEP 2, PERTURBATION-----------------------------------第二个分析步为随机响应分析
** PSD-DEFINITION ------------------------在 step 之前定义 PSD
**
*PSD-DEFINITION, NAME=psd, TYPE=FORCE
1.,
0.,
130.
4.,
0.,
180.
6.,
0.,
195.
**
**STEP
*STEP, NAME=STEP1, PERTURBATION-------------------------第一个分析步为频率提取分析步
Fe-safe 随机疲劳分析方法
Fe-safe 可以根据随机振动应力结果分析结构的疲劳，称之为随机疲劳，这种疲劳的分析方 法可以采用两步实现
第一步，随机振动分析
在 ABAQUS 中，随机振动采用 random response 分析步实现，但 ABAQUS 得 CAE 界面只支持 base motion 的载荷加载方式，这对于很多工况而言是不适用的。不过，采用 inp 关键字的方 式，就可以实现集中力，表面力等多种载荷的加载，其格式为
基于ANSYS／FE—SAFE的强夯机臂架疲劳寿命分析
图 ４ 多载荷历程
ｌ
采用 多轴 Ｎ ｕ ｅ ｅ ｂｒ准则 来 计 算 循 环 屈 服 引 起 的
前 端履 带 板 附 近 的 地 震 波 ，其 横 坐 标 为 时 间 ，纵
坐标为 加速 度 。利用 ｍ ｔ ｂ对 试 验 数据 进 行 处 理 ， ａａ ｌ
得 到 时间一 位移 曲线 ，见 图 ２ 。根据 强 夯 机实 际 工 况编制 起升 和卸 载夯 锤 时强夯 机载 荷谱 ，见 图 ３ 。
力分 析 ，最后 通 过疲 劳 分 析 软 件 Ｆ —Ａ Ｅ对 强 夯 ＥＳ Ｆ
机臂 架 系统 进 行 疲 劳 寿 命 分 析 ，确 定 结 构 的疲 劳
寿命 。通 过 对 比计 算 的疲 劳 寿命 和 实 际 臂 架 出 现
裂纹 的 时 问 ，验 证 该 算 法 的 准 确 性 ，最 终 提 出 强
制造提 供参 考 。 本 文 以抚顺 某 强 夯 施 工 现 场 采 集 到 夯 锤 落 地 时的地 震 波 ，利 用 Ｍａ ａ ｔ ｂ进 行 数 据 处 理 ，得 到地 ｌ 震 波 的 位 移一 时 问 曲 线 ，并 根 据 强 夯 机 实 际 ，编 制起 升 和 突 然 卸 载 工 况 的 强 夯 机 载 荷 谱 。通 过
Ｐ／ ｍ Ｅ建 立 强 夯 机 三 维 模 型 ，在 Ａ Ｓ Ｓ中 进 行 应 ＮＹ
为 了考 察 各 杆 件 相 贯 处 的应 力 集 中对 结 构 疲
劳 寿 命 的 影 响 ，臂 架 建 模 采 用 曲 面 建 模 。 利 用 Ｐｏ Ｅ建 立强 夯 机三 维 模 型 ，然 后 将 模 型导 人 Ａ ｒ／ Ｎ． ＳＳ Ｙ ，在 Ａ Ｓ Ｓ中将 得 到 的 臂 架 曲 面 定 义 成 壳 单 ＮＹ 元 ，利用 Ｆ ．Ａ Ｅ对 臂 架 进 行 疲 劳 寿 命 分 析 。因 ＥＳ Ｆ 本 文不 分 析 后 车 架 ，所 以在 Ａ Ｓ Ｓ中将 后 车 架定 ＮＹ 义为 １ 质 量 点 ，赋 予 其 真 实 的 质 量 ，再 同履 带 个 架 相应 的位 置 进 行 刚性 连 接 。Ａ Ｓ Ｓ中得 到 的强 ＮＹ 夯 机 三维 模 型 （ 图 １ 。 见 ）
基于ABAQUS和Fe-Safe的岸桥起重机疲劳寿命分析
ＦａｔｉｇｕｅＬｉｆｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＱｕａｙｓｉｄｅＣｏｎｔａｉｎｅｒ Ｃｒａｎｅ′ｓＢａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳａｎｄＦｅ?Ｓａｆｅ
ＷＵＦｕ１，ＤＵＡＮＺｈｅｎ?ｓｈｕ１，ＹＡＮＧＸｉ?ｊｕａｎ２，ＱＩＰｅｎｇ３
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ； ３．ＱｕａｌｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＺｈｅｎｇｚｈｏｕＲａｉｌｗａｙＢｕｒｅａｕ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００００，Ｃｈｉｎａ）
第 ３８卷 第 ２期 ２０１９年 ４月
兰州交通大学学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１９
文章编号：１００１?４３７３（２０１９）０２?００８０?０６
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１?４３７３．２０１９．０２．０１３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｂｒｉｄｇｅｃｒａｎｅａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｔｒａｐｅｚｏｉｄｆｒａｍｅ，ｐｕｌｌｒｏｄ ａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅｃｒａｎｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆＡＢＡＱＵＳａｎｄＦｅ?ｓａｆｅｉｎ ｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ＨｙｐｅｒＭｅｓｈｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｂｅａｍｓｅｃｔｉｏｎａｔｔｒｉｂｕｔｅｏｆｌｉｎｅｍｏｄｅｌｉｎＡＢＡＱＵＳｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｏａｓｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｂａｎｋｂｒｉｄｇｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｉｔｓｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ． Ｔｈｅｎｔｈｅｌｏａｄｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｃｒａｎｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄ ｉｔｓｍａｔｅｒｉａｌｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙｉｓｒｅｄｅｆｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎａｌｙｓｉｓ，ｌｏａｄｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙ ａｎｄｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｓｈｏｒｅｂｒｉｄｇｅｍａｔｅｒｉａｌｗｅｒｅｉｍｐｏｒｔｅｄｉｎｔｏＦｅ?ｓａｆｅｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｉｔｓｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｕｎｄｅｒｓｉｍｉｌａｒｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅａｎｄｗｅａｋｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｃｒａｎｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｓｈｏｗｓａｎｏｔｈｅｒｗａｙｆｏｒｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｑｕａｙｓｉｄｅｃｒａｎｅ，ａｎｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ．
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…悬臂梁疲劳寿命分析
6．指定结构表面质量。
• 确保所有组被选中。 • 点击 Surface 标题栏图标。 • 从下拉菜单中点击Mirror Polishe并点 击OK确定。
…悬臂梁疲劳寿命分析
7．确定材料的疲劳准则。
• 确保所有组被选中。 • 点击 Algorithm 标题栏图标。 • 确保Analyse with material’s default algorithm被选中，并点击OK确定。
4．定义总载荷。
– 定义定义载荷与过程曲线关系。
• 在Open FE Models窗口选择载荷， 并在 Open Data Files 窗口选择载荷 过程。 • 在Fatigue From FEA对话框点击 Add ，并选择A LOAD*Dataset 。
– 指定载荷缩放系数为200。 – 点击OK完成。
…悬臂梁疲劳寿命分析
2．定义加载过程曲线。
– 定义曲线。
• 主菜单下面 Generation >> Signal Generation… white noise 。
• 按照左上图输入值并点击 OK。
– 绘制曲线。
• 在Open Data Files 对话框中选中新 建的载荷文件，然后点击工具栏中 图标来显示曲线。
悬臂梁结构疲劳分析
悬臂梁疲劳寿命分析
结构有限元模型
…悬臂梁疲劳寿命分析
1．读入有限元分析结果。
– – – – – 启动fe-safe。 File >> Open Finite Element Model 选择 beam.rst 文件。 如果有提示, 选择 Yes 预先检查模型。 安左上图设定来定义 Select Datasets to Read 对话框, 然后点 OK。 – 在Loaded FEA Models Properties对话框 中，设定 stress units 为 psi , 其它不变 ，然后点击 OK。 – 如果有其它警告，点击 OK 。
…悬臂梁疲劳寿命分析
3．定义载荷历程等价量。
• 点击Fatigue from FEA 对话框中的 Loading按钮，将视图由左上角形式转 为中间形式。 • 在 Loading is equivalent…处点击右键 ，打开加载树并选择Edit。 • 指定加载时间等价于 1 hour。
…悬臂梁疲劳寿命分析
…悬臂梁疲劳寿命分析
8．求解。
– 准备求解。
• 接受默认的输出设置。 • 点击Analyse!按钮。 • 在弹出对话框点击Conti43小时， 出现在711号单元的2号节点上。 – 点击Yes 查看结果文件。
…悬臂梁疲劳寿命分析
9．绘制结构疲劳寿命结果。
…悬臂梁疲劳寿命分析
5．指定材料为铝。
• 在Open Databases窗口中选中材料为 Hi-Temp-Aluminium。 • 通过点击 Fatigue from FEA dialog窗口 中的 Group 标签，将所有组选中。 • 点击Material 标题栏，当有提示时点击 Yes确定 。