基于LS-DYNA矿用救生舱抗爆性能的仿真分析
lsdyna隧道爆炸事故分析(转载)
lsdyna隧道爆炸事故分析周游 2016年8月5日2287擅长领域：dyna/abaqus/hypermesh专家档案:/content/other/1586欢迎留言回复或提问，有协作需要的请点击专家主页中的“咨询”这是系列案例，后期将会有更多案例推出，欢迎大家关注并点赞～引言2012年12月25日14时40分左右，中国中铁隧道集团公司六标项目部第六分部，在南吕梁山隧道1#斜井正洞进口右线违规销毁爆炸器材，造成8人死亡，5人受伤。
1 工程概况山西中南部铁路通道，线路全长1260 km，设计时速120 km/h。
西起山西吕梁瓦塘站，东至山东日照南站，为国家Ⅰ级双线铁路。
南吕梁山隧道进口端位于蒲县境内，出口端位于临汾市尧都区与洪洞县交界处，设计为双洞单线隧道，线间距30 m。
六分部承担南吕梁山隧道1#、2#斜井及相应正洞施工。
南吕梁山隧道为双线单洞上下分离式隧道，左线全长23 443 m，右线全长23469.7 m。
其中，1#斜井长2507 m，2#斜井长2757 m，正洞左、右线各9343 m。
两单线隧道按500m间距设一联络通道。
隧道采用钻爆法施工，其中Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖法施工，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法施工。
2 事故经过事故发生前1#斜井工区右线仅剩一个开挖循环即到达预定里程，剩余部分由其他工区施工。
2012年12月25日上午11时30分左右，因2号炸药库房库存剩余的火工品还有1400 0 m导爆索，4000 m导爆管、部分毫秒雷管和炸药要全部进行清理，作业一队工作人员违规将14000 m导爆索、4000 m导爆管和其他爆炸物品运至洞内，并将导爆索运到隧道右线掌子面后方约35m处卸下。
工作面除了领工员、班长、副班长外，其他人员已经撤离。
随后，由领工员和班长将导爆索搬运至开挖工作面附近摆放。
14时05分，发出了放哨警戒信号，14：40左右发生爆炸，造成隧道内8人死亡、5人受伤。
3 理论计算3.1 爆源点确认经勘查分析，28箱14000 m导爆索堆放处，即此次事故的爆源点。
矿用救生舱防爆门抗爆结构安全性数值分析
矿用救生舱防爆门抗爆结构安全性数值分析矿用救生舱防爆门抗爆结构安全性数值分析罗星娜，黄平，钱新明（北京理工大学爆炸科学与技术国家重点，除平板外的板型均需采用薄壳液压成型工艺，将平板型的防爆门冲压成具有一定的弧度。
成型后为保证材料品质，往往需要对救生舱防爆门进行进一步的热处理，增加了防爆门生产工艺的复杂性和生产成本。
且该型防爆门的机械加工精度较难控制，不便于装配和密封。
四棱拱型结构。
四棱拱型救生舱舱门可以有效地将中部的最大爆炸冲击应力分散到门板中部两侧，从而提高救生舱防爆门的结构安全性。
同样存在着圆拱型防爆门的加工复杂和生产成本高等问题，见（c）。
）圆弧型结构。
圆弧型的救生舱防爆门常见于拱形顶救生舱和卧式圆筒形救生舱防爆门，与圆拱型门板和四棱拱型门板的受力状况比较相似，见2.3防爆门材料选择矿用可移动式救生舱防爆门选用的材料应具备以下几种性质：足够的屈服强度、韧性良好、焊接性能良好、生产过程简单、易于机加工等等。
为达到这些材料要求，一般选用工程结构钢。
工程结构钢分为普通碳素结构钢，低合金高强度结构钢和铸造碳钢。
其中普通碳素结构钢含S（硫）、P（磷）杂质较多，强度较低并且一般不进行热处理，但是价格低廉，常用于力学性能要求不高的部件。
低合金结构钢则可以很好地满足以上各项要求，其中Q460低合金结构钢性能优秀，是在普通碳素结构钢的基础上加入少量的合金元素（般含量小于3%）制成的，其很多性能优于普通碳素结构钢，尤其是力学性能，与同规格的普通碳素结构钢相比，在强度相同的情况下，可节省钢材20%30%，并且这类钢材生产过程简单，价格低廉，般在热轧或者正火状态下就可使用。
可用于制造大型或者高载荷的焊接构架，如高压容器、起重机及矿山机械、电站设备、水轮机涡壳、中高压石化容器等。
Q460钢的材料参数见表1.铸造碳钢则用于制造有些形状复杂、不易锻造并且用铸铁不能满足力学性能要求的零件，如采掘机箱体、联轴器等，铸钢碳含量般小于0.65%，但是其机械加工性能比低合金高强度结构钢差，且刚度和韧性不能很好地满足矿用可移动式救生舱的工程要求，故在本研究中选择低合金高强度结构钢为救生舱防爆门的材料。
LS-DYNA在工程结构抗爆中的应用
一个有力的计算工具和理论基础。 # 结 语 #$ % &’() 程 序 在 处 理 爆 炸 荷 载 有 很 大 的 优 势， 它只需将炸药定义为炸药单元 （ ! 5)6 % 7897 % ， 采用 #0@A0/@B 或 :CDBA 方法模 :;1#<$8=: % >?-(） 拟炸药爆炸过程， 能够比较方便地确定结构内力和
!
前
言
"?"
多物质流固耦合方法 采用流固耦合算法来描述爆炸过程。此时， 对
8! 7 9:;< 程 序 系 列 于 .564 年 由 美 国 劳 伦 斯 ・ 利弗莫尔国家研究所的 A ? B? C&))D%"EF 博士主持 开发并完成， 起初目的是为武器设计提供分析工具。 后经 .565， .5@.， .5@0， .5@4， .5@6， .5@@ 年版本的功 能扩充和改进， 该程序已成为著名的非线性动力分 析软件， 在武器结构设计、 制造业、 军用和民用建筑 业等有着广泛的应用。 （大 8! 7 9:;< 程序是功能齐全的几何非线性 位移、 大转动和大应变） 、 材料非线性 （ .21 多种材料 动态模型） 和接触非线性 （-1 多种接触类型） 程序。 它以 8&+G&’+, 算法为主， 兼有 <8H 和 H%),G 算法； 以 显示求解为主， 兼有隐式求解功能； 以结构分析为 主， 兼有热分析、 流体 7 结构耦合功能； 以非线性动 力分析为主， 兼有静力分析功能 （如动力分析前的预 应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算） ； 军用和民 用相结合的通用结构分析非线性有限元程序
掷和坍落方向， 爆破公害等， 才能使拆除爆破工程获 得成功。 #$ % &’() 给爆破设计提供了一个有力的 计算工具， 它能较准确地模拟炸药爆炸对结构的破 坏。因此， 在 爆 破 设 计 中， #$ % &’() 有 着 重 要 用 途。 ! #$ " &’() 在工程结构抗爆设计中的应用 近几十年内， 国际社会有些动荡不安， 局部战争
基于LS_DYNA软件的水下爆炸数值模拟研究caj
爆炸对结构带来的响应。这种方法不需要建立
流体网格,算法考虑了球面入射波、反射波、辐射
波以及附带水质量带来的影响,计算时需要指定
炸药的位置和质量、水面和水底位置、水中声速、
结构浸水部位以及结构内部为水或空气,结构浸
水部位壳单元外法线要指向外围流体[5]。
间步长,LS-DYNA推荐时间步长缩放因子取
0167。
计算输出的压力是整个单元内部的平均压
力(见图2),而非一点的压力,所以网格密度对
峰值压力、爬升时间、脉冲宽度和压力震荡也有
影响,加密流体网格,峰值压力升高,爬升时间缩
短,脉冲宽度变窄,峰值过后压力震荡次数增多。
测试曲线在波峰过后也有多次振荡现象,Cole[1]
网格尺寸和网格质量对计算结果影响很大,
流体必须全部采用六面体单元,且压力梯度变化
大的区域需要非常密集的网格以充分反映高频
波动现象。同时,炸药及其周围的水单元长宽比
要接近1,并在波传播方向上尽量排列一致,其它
区域流体单元的长宽比也不应过大,否则会导致
冲击波传播失真。如此以来,要模拟真实舰船,流
认为这是由于装药中不同位置处炸药颗粒(对应
于数值计算模型中的不同炸药单元)爆炸后冲击
波叠加引起的。
图2 典型LS-DYNA水下爆
炸自由场压力曲线
此外,
还可以采用
SPH算法
来模拟近场
爆炸,炸药、
水采用
SPH粒子,
目标舰船结
构采用拉格
朗日算法,
通过点面接触来模拟二者之间的相互作用。这
基于ANSYS-LS-DYNA软件的配筋砌块墙体爆炸数值模拟共3篇
基于ANSYS-LS-DYNA软件的配筋砌块墙体爆炸数值模拟共3篇基于ANSYS/LS-DYNA软件的配筋砌块墙体爆炸数值模拟1一、砌块墙体介绍砌块墙体是建筑结构中相当普及的一种墙体结构，其由一定数量的砌块组成，具有优良的稳定性和承重性能。
砌块墙体一般由石材、砖块、混凝土制成，其中混凝土砌块墙体是目前应用最广泛的一种，其具有优良的吸能能力和持久性。
二、配筋砌块墙体概述配筋砌块墙体是在传统的砌块墙体基础上加入了钢筋骨架，从而提高其承载能力和抗震能力。
配筋砌块墙体一般按照“墙板+钢筋骨架+填充材料”三重结构进行设计，其填充材料一般采用轻质聚合物材料，并在填充过程中注入骨料混凝土，从而使得整个墙体结构更为牢固。
三、ANSYS/LS-DYNA软件介绍ANSYS/LS-DYNA是一款强大的数值分析软件，主要用于模拟爆炸、碰撞、冲击等高速动态过程中物体之间的相互作用，并可以预测物体的应力、应变、破坏等参数。
其广泛应用于航空航天、汽车工业、建筑结构设计等领域。
四、配筋砌块墙体爆炸数值模拟1. 引入模型将ANSYS/LS-DYNA软件中的配筋砌块墙体模型引入并进行重建，将其分为三层结构，即“墙板、钢筋骨架和填充材料”。
由于配筋砌块墙体的设计结构比较复杂，因此其重建过程需要精确计算每一层结构的参数，从而保证模拟结果的准确性。
2. 定义材料模型由于配筋砌块墙体具有复合材料的设计结构，因此需要对其各层结构分别定义不同的材料模型。
具体来说，墙板可以使用混凝土模型；钢筋骨架可以使用弹塑性模型；填充材料可以使用塑性模型。
3. 应用边界条件为了保证模拟过程的真实性和可靠性，需要给配筋砌块墙体应用初始边界条件。
一般来说，可将其放置在一个开放空间中，并使用一定数量的钢筋和混凝土材料进行支撑。
4. 进行数值模拟在进行数值模拟之前，需要设置好所使用的计算工具和计算条件，例如时间尺度、采样速率等。
在模拟过程中，将使用爆炸初始条件作为输入，此时可以使用ANSYS/LS-DYNA软件内部的动力学分析工具进行模拟分析。
井下救生舱抵抗爆炸冲击的数值模拟
０ ０２ ；． 山大学 机械工程学 院， ３０ ４ ２ 燕 秦皇岛
３ 太原科技大学 应用科学学院 ， ． 太原
摘 要 ：对救生舱抵抗瓦斯爆炸冲击的能力进行分析， 为其结构设计及改进提供理论指导意见。应用非线性显式
有限元算法对瞬间冲击 的响应进行模拟 ， 得出冲击 过程 中的应力 、 变变化规律 和最终变形情 况。得 出变形量 和压力峰 应 值并非线性关系 ， 而是随峰值升高变形量 急剧增大 ； 舱体受到 ０５ＭＰ 峰值冲击波作用时发生弹性变形 ， ． ａ 大于 １０ＭＰ 峰 ． ａ 值时产生塑性变形 ； 冲击卸载后 ， 由于惯性作用变形会有所滞后 ， 有一定量 的回弹 。可将舱头 优化为 向外 凸的结构 ， 以减
ｄ ｆｒ ｔ ｎ ｒ ｍａｎｓｆ ｒｍｉ ｕ ｅ ｎ ｈ ｎ ｔ ｅ ｒｂｏ ｎ ａ ｅ ｌ ｃ ｅｏ ｍａ ｉ ｅ ｉ ｎ ｔ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｅ ｕ ｄ ｔ ｋ ｓｐ ａ ｅ；ｔ ｅ ｄ ｏ ｈ ｅｕ ｅ ｃ ａ ｅ ａ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ｓ ａ ｏ ｏ ｈｅ ｈ ａ ｆｔ ｅ ｒｆ ｇ ｈ ｍｂ ｒｃ ｎ ｂ ｅ ｉ ｎ ｄ ａ
到 ２ １ ２ｍ ５ ． ｍ。以上 产 生 的 最 大 位 移 量 与 救 生 舱 宽 度
＝
Ｉ（ ｎ＋
式 中 ： ｍ占 分 别为 名义应 力 、 、 名义应 变 ， 与 为 真 实应力 、 实应变 。 真
矗
耋 姜
应变 ×１＂ ０ ｚ
方 向跨 度 相 比小 于 ２ ％ ， 去 舱体 的挠 度 变 形 量 远 小 ０ 减
ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈ ｓ ｃｕ ｅ ｉ ｈ ｉ ａ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉ ｄｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｔ ｅ ｅ ａｉ ｎ ｈ ｐ ｅｗｅ ｎ ｈ ｅｏ ｍａ ｉ ｆ ｔ ｅ ｔ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｃ ｗ ｒ ａｔ ｎ ｄ ｏ ｕ ｒ ａ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａｅ ｈ ｔ ｈ ｒ ｌｔ ｓ ｉ ｂ ｔ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ
基于LS-DYNA的爆胎历程轮胎刚度特性仿真研究
轮 胎 作 为 路 面 与 车 辆 间 唯 一 接 触 的 部 件，其 对车辆行驶安全的影响深受社会公众和汽车业界 的 关 注。 爆 胎，尤 其 是 高 速 公 路 上 高 速 行 驶 的 车 辆爆胎是重大交通事故的罪魁祸首之一。在我国 高 速 公 路 上，爆 胎 引 起 的 重 大 交 通 事 故 约 占 重 大 交通事故的70%，在美国则高达80%。这些严重后 果 促 使 人 们 对 高 速 行 驶 车 辆 爆 胎 十 分 重 视，也 引 起相关专家学者等对爆胎事故发生机理及应对策 略开展全面研究。从爆胎开始到气压泄完的过程 中 轮 胎 三 向 刚 度 会 急 剧 改 变，严 重 影 响 行 驶 车 辆 的 动 力 学 响 应 和 操 纵 稳 定 性，因 此 有 必 要 对 行 驶 车辆爆胎过程的轮胎三向刚度特性变化开展具体 研究[1-3]。
低，直 到 为 零，轮 胎 变 瘪，此 时 轮 胎 的 三 向 刚 度 特
作 者 简 介 ：蔡 永 周（1 9 8 3 —），男 ，山 东 曹 县 人 ，高 级 工 程 师 ，博 士，从事汽车主被动安全及关键零部件研究。
E-mail：caiyongzhou@gacrnd. com
性相对于爆胎之前有根本性改变。 作用在轮胎上的载荷与其产生的变形之间的
关系称为轮胎的刚度特性。本工作分别对垂向刚 度、侧 向 刚 度 和 纵 向 刚 度 在 不 同 充 气 压 力 下 的 特 性 进 行 仿 真 分 析，通 过 正 常 充 气 压 力 下 仿 真 结 果 与试验结果的一致性说明仿真方法的正确性。
2 建立轮胎有限元模型 2. 1 网格划分
胎面花纹对轮胎静态刚度几乎没有影响[3]，为 方 便 轮 胎 模 型 建 立 并 提 高 计 算 效 率，本 研 究 建 立 的 轮 胎 有 限 元 模 型 忽 略 花 纹，直 接 用 无 花 纹 轮 胎 开展仿真研究。为提高划分网格的质量及控制单 元数量，对轮胎结构做如下简化和修改处理。
基于LS-DYNA的带球封头耐压结构深海碰撞仿真
基于LS-DYNA 的带球封头耐压结构深海碰撞仿真郭桐桐，张爱锋，俞白兮（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）摘要：深海潜器在近海底自航时存在着与海山、礁石等结构物发生碰撞的可能性，这种深海碰撞情况是潜器航行最危险的工况。
本文基于非线性有限元程序LS-DYNA 对深海碰撞过程进行数值模拟，分析碰撞过程结构损伤变形、碰撞载荷和能量变化情况，对剩余承载能力和结构失效模式进行分析。
在此基础上，进一步探讨了撞击速度、静水压力、被撞物体的结构等撞击参数对于水下碰撞过程的影响，所得结果可以为潜器航行安全性提供参考。
关键词：深海潜器；水下碰撞；数值模拟；动力响应中图分类号：U674.941文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.02.009Underwater collision simulation of the pressure hull with spherical head based on LS-DYNAGUO Tong-tong ,ZHANG Ai-feng ,YU Bai-xi(China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)Abstract:There is a possibility of collision between a deepsea submersible and undersea structures such as seamounts and reefs when the submersible operates near the sea bottom.This kind of collision is the most dangerous condition for submarine navigation.Based on the nonlinear finite element program LS-DYNA,the deep-sea collision process was numerically simulated,the structural damage deformation,impact load and energy changes were analyzed,and the residual bearing capacity and structural failure mode were analyzed.On this basis,the impact parameters such as impact velocity,hydrostatic pressure,structure of the impacted object on the underwater collision process were further discussed.The results can provide reference for the navigation safety of deepsea equipment.Key words:submersible;underwater collision;numerical simulation;dynamic response 0引言海洋不仅是人类交通运输的重要通道也是自然资源的宝库，研究表明海洋蕴藏着大量的石油、天然气、煤、铁等矿产资源。
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基于LS-DYNA矿用救生舱抗爆性能的仿真分析
【摘要】目前矿用救生舱传统的设计方法主要基于密闭压力容器设计的传统经验设计法和参数类比法，该方法缺乏对结构进行较为深入的理论分析和力学计算，随着计算机技术的发展，LS-DYNA软件能够精确地模拟三维非弹性机构在高速碰撞、爆炸冲击下大变形动力响应，同时也为分析救生舱的抗爆动态特性，制定结构设计方案提供了良好的理论指导。
【关键词】矿用救生舱；抗爆炸性能；有限元分析；LS-DYNA
0 引言
矿用救生舱指在矿井下，发生灾难或意外事故时，矿井下作业人员用于逃生、避难等待救援的一个密封装置设备。
当发生矿难时，特别是瓦斯爆炸事故时，会产生强大的冲击波，要保证救生舱安全运行，救生舱舱体的抗爆抗变形能力就显得至关重要。
因此救生舱舱体设计时必须对救生舱的抗爆性能进行研究，检验舱体本身的结构强度及爆炸对舱内活体动物的致命影响，使舱体具有足够的刚度和强度来抵御外界爆炸时产生的强大的冲击力，以确保其能够真正成为矿山遇险时矿工的“救护神”。
目前我国对救生舱的设计方法主要基于密闭压力容器设计的传统的经验设计法和参数类比法，就是通过大量的实体实验来发现问题，再对设计方案加以改进。
救生舱实体抗爆试验，不仅需要消耗实际舱体材料的成本，而且需要齐全的试验设施和专业的技术人员配备，需要一定时间的运作周期。
并且如果试验失败，将给设计制造厂商带来相当大的经济损失，造成产品研发成本过高。
随着计算机技术的发展，LS-DYNA软件是一款功能齐全的几何非线性、材料非线性以及摩擦和接触分离等界面状态非线性有限元分析程序，能够精确地模拟三维非弹性机构在高速碰撞、爆炸冲击下大变形动力响应，同时也为分析救生舱的抗爆动态特性，制定结构设计方案提供了良好的理论指导。
1 LS-DYNA在救生舱抗爆性能分析中的应用
利用LS-DYNA软件对救生舱抗爆炸冲击性能进行仿真分析，首先建立几何模型，然后在模型上进行网格划分、设置约束、载荷和边界条件，最后进行求解得出结果。
1.1 救生舱三维模型的建立
图1 救生舱整体模型
进行有限元分析的第一步就是几何模型的建立，其模型建立的好坏直接影响着有限元模型分析计算是否能够顺利进行。
LS-DYNA几何模型的建立可以通过在CAD系统中形成，也可以直接在ANSYS前处理中创建。
根据救生舱设计图纸，该救生舱采用组合分体式，整舱共有10节舱体连接而成，单节舱体宽1420mm，长800mm，高1900mm。
本文利用proe4.0对救生舱建立三维几何模型，通过对救生舱的局部分析模型进行了简化处理，舱体侧壁板简化成10mm厚钢板，略去前后舱门法兰的局部详细机构，建立的整体舱体模型如图1所示。
1.2 救生舱网格的划分
网格划分是进行有限元分析模拟至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。
本文对救生舱连接法兰和舱体面板均采用实体单元，单节舱体的单元数量为13364，节点数量为23538，整体舱体单元数量为149456，节点数量为262885。
采用自由网格划分的方法对救生舱进行网格划分如图2所示。
图2 救生舱整体网格划分
1.3 材料属性设置
救生舱以Q460钢板作为基本材料，参照钢制压力容器规程的强度设计与制造，该材料屈服强度为460MPa,伸长率35%，密度为7800ｋg/m3，弹性模量为2.06E11MPa，剪切模量为1.0E10MPa，泊松比0.3。
1.4 载荷与边界条件
在发生矿难时，根据瓦斯爆炸冲击波在掘进巷道传播的数值模拟分析，通常冲击载荷作用于救生舱侧面四周钢板和上顶部钢板。
其下底面钢板受到地面支撑约束。
根据国家对矿用救生舱抗冲击载荷要求规定，采用脉冲载荷曲线如图3所示，其最大冲击载荷为2MPa，载荷持续时间为7ms。
图3 施加载荷曲线
2 计算结果与分析
在最大为2MPa的脉冲冲击载荷作用下，救生舱的等效应力值、位移值及塑性变形分析计算结果如图4~6所示：
图4 救生舱整体等效应力值
图5 救生舱整体位移值
图6 救生舱整体塑性变形分布
由计算结果可知：在2.0MPa的冲击载荷作用下，救生舱侧面钢板最大等效应力位于底面钢板与侧面法兰连接处，达到352MPa，该值未超过屈服应力460MPa，其他部位应力较低；侧面钢板最大位移处位于板的中心部位。
救生舱顶板最大等效应力位于顶板与法兰连接的四角处，达到388MPa，未达到屈服应力460MPa，最大位移处位于板左半部和右半部的中心部位。
法兰处多个部位应力达到屈服应力460MPa，发生局部屈服，屈服范围位于连接法兰外表面，范围较浅，该屈服点部位产生了微量的塑性变形。
门板处最大等效应力值位于门板的四角区域，达到93.3MPa，门板最大位移处于门板中央，达到9.8mm。
3 结论
在2MPa的冲击载荷作用下，利用LS-DYNA软件对救生舱的舱体变形和受力情况进行了有限元分析。
舱体的各部位发生了微小的弹性变形，局部产生塑性变形，在连接法兰四拐角部位、横向连接件中间部位外表面，底板与法兰连接处等部位出现了应力集中。
在连接法兰部交点部位和下横向连接件部位产生了屈服。
但屈服点范围较浅，屈服点部位产生了微量的塑性变形。
侧板与顶板连接处应力较低，在冲击载荷作用下，保持完好。
由于爆炸冲击载荷作用的时间极短，其引起连接法兰的应力集中和塑性区域不致引起救生舱整体的破坏。
虽然LS-DYNA软件能够进行非线性显式动力学有限元分析，能够精确求解结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形响应，但由于现场实际冲击载荷等条件难以确定，计算结果和实际结果可能会出现一定的偏差。
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