海洋平台上的风荷载计算研究

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海洋平台的环境载荷

海洋平台的环境载荷

结构优化方法选择
拓扑优化
通过改变结构的拓扑构型,实现材料的高效利用和结构的轻量化 。
形状优化
调整结构的几何形状,以改善结构的受力性能和动力学特性。
尺寸优化
优化结构的截面尺寸和构件布局,以提高结构的承载能力和稳定性 。
结构优化效果评估
有限元分析
采用有限元方法对优化后的结构进行详细的受力分析和性能评估 。
04
CATALOGUE
海洋平台环境载荷计算方法研究
理论计算方法研究
1 2
基于势流理论的计算方法
通过建立海洋平台与周围流体的势流模型,利用 边界元等方法求解流体动力载荷。
基于莫里森公式的计算方法
针对小尺度结构物,利用莫里森公式计算波浪力 、水流力等环境载荷。
3
考虑流固耦合效应的计算方法
通过建立海洋平台与周围流体的流固耦合模型, 综合考虑结构变形对流场的影响,提高计算精度 。
海洋平台的环境载 荷
目录
• 海洋平台概述 • 环境载荷类型及特点 • 环境载荷对海洋平台影响分析 • 海洋平台环境载荷计算方法研究 • 环境载荷作用下海洋平台结构优化设计探
讨 • 总结与展望
01
CATALOGUE
海洋平台概述
定义与分类
定义
海洋平台是用于在海上进行石油 、天然气等资源的勘探、开发、 生产等作业的大型海上结构物。
数值模拟方法研究
01
基于有限元的数值模拟方法
利用有限元软件建立海洋平台的精细化模型,通过施加边界条件和载荷
,求解结构的应力和变形。
02
基于有限体积的数值模拟方法
通过建立海洋平台周围流体的有限体积模型,利用数值方法求解流体动
力载荷。

海洋平台荷载ANSYS分析报告

海洋平台荷载ANSYS分析报告

海洋平台有限元建模我们采用大型通用有限元软件ANSYS进行海洋平台的建模及力学分析。

建模时,主要采用PIPE16单元、PIPE59单元、COMBIN39单元、BEAM4单元以及SHELL63单元。

PIPE59单元是ANSYS程序中专门用于模拟浸没在水中的杆件结构的单元,应用PIPE59单元可以很好地模拟海洋波浪、海流对海水中杆件的作用力。

因此,采用PIPE59单元模拟海洋平台在水中部分的桩柱。

对于水面以上、泥面以下桩柱采用PIPE16单元模拟。

平台钢板采用SHELL63单元模拟,槽钢采用BEAM4单元模拟。

平台上部设备按质量换算成集中力施加在平台顶面上。

埋入土壤的桩柱部分所受土壤非线性作用力通过非线性弹簧单元COMBIN39模拟。

具体应用时,首先根据地质资料计算桩土的侧向荷载-位移传递曲线(p-y曲线)、轴向荷载-位移传递曲线(t-z曲线)以及桩端荷载-位移传递曲线(q-z曲线),然后将荷载-位移传递曲线离散建立非线性弹簧单元实常数。

设置x、y方向的非线性弹簧单元,按p-y曲线确定单元实常数,以便模拟桩柱的横向承载变形;设置z向非线性弹簧单元,按t-z曲线确定单元实常数,以便模拟桩身的竖向承载变形;桩端设置z向非线性弹簧,按q-z曲线确定单元实常数,以便模拟桩端土壤的支撑力;设置z向转动弹簧,按t-z曲线转化的θ-z曲线确定单元实常数,以便模拟土对桩身的转动摩擦力。

模拟q-z曲线的非线性弹簧单元单向受压,其余弹簧均为拉压双向单元。

图3-3a平台有限元模型图(主视图)1桩基承载能力分析1 桩的轴向承载能力分析受压桩的轴向承载力,主要取决于桩本身的材料强度或桩周围土壤对桩的支持能力。

对于摩擦桩,它的承载能力通常由后者决定。

打入土壤中的桩,在不出现过份变形和应力条件下,所能安全承受的桩顶轴向载荷,一般认为由桩身表面摩擦阻力和桩端支撑力共同承担。

根据静力平衡条件,可写成如下的表达式:T s p Q Q Q =+(4-1)式中:Q T ——桩顶载荷; Q s ——桩身摩阻力; Q p ——桩端阻力。

海洋工程结构物风载荷计算方法比较

海洋工程结构物风载荷计算方法比较

海洋工程结构物风载荷计算方法比较岳晓瑞;徐海祥;罗薇;詹成胜【摘要】海洋工程结构物作业环境十分复杂,作业期间除了受自身的工作载荷外还受到环境载荷的影响,风载荷是海洋结构物所受的主要环境载荷之一.为保证其作业安全,设计时选择一种合适的风载荷计算方法,为海洋工程结构物提供可靠的风载荷信息十分重要.海洋工程结构物风载荷计算方法较多,文中对目前常用的几种风载荷计算方法进行了介绍,以一艘大型油船为例对其所受的风载荷进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较.比较分析表明,Blendermann方法的计算结果与实验结果吻合较好.%Operating environment of marine engineering structures is very complex, during the operations besides the work loads, marine engineering structures are also subject to the environment loads,and the wind loads usually play a major role in the environmental loads. To ensure the safety of its operations, it is important to choose an appropriate calculation method for the designers. At present,many methods are used to calculate the wind load on marine engineering structures. In this paper,several of the commonly used wind load calculation methods are introduced, then a VLCC (Very Large Crude Carrier) suffered wind loads are calculated, and the calculation results are compared with the experimental results, which show that the calculation results of the Blendermann's method are close to the experimental results.【期刊名称】《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】4页(P453-456)【关键词】海洋工程结构物;环境载荷;风载荷;计算方法【作者】岳晓瑞;徐海祥;罗薇;詹成胜【作者单位】武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U6620 引言随着陆地资源的日益枯竭,人类对海洋资源的开采活动进入了一个新的阶段,在这一阶段里海洋工程结构物种类繁多.如何保证海洋工程结构物在恶劣的海洋环境中安全作业成为首要问题,海洋工程结构物在作业期间除了受自身的工作载荷外还受到环境载荷的影响.风载荷是海洋结构物所受的一种主要环境载荷,如何提高海洋工程结构物风载荷的计算精度,为设计海洋工程结构物提供可靠的载荷信息十分重要.由于海洋工程结构物具有种类多、上层建筑结构复杂、高度不同等特点,对获得准确的风载荷带来了很大困难.风洞试验是目前获得风载荷最为可靠的方法,但风洞试验具有试验成本高、试验周期长等缺点,设计时对每一个海洋工程结构物进行风洞试验是不切合实际的.针对上述问题,国内外学者提出了多种风载荷计算方法.在国外,Isherwood公式计算风压系数精度较高,被普遍采用[1];Could提出了船舶上层建筑风压力系数和风压力矩的估算方法,该方法考虑了相对风速[2];Blendermann搜集了大量关于风载荷的数据,并在此基础上提出了横向、纵向以及首摇的风载荷系数计算公式[3-4].另外,Blendermann还通过实验数据得出了在不均匀风速下风载荷的计算方法[5];OCIMF提出了超大型船舶风载荷的计算方法,例如计算VLCC所受的风载荷[6];Haddara运用神经网络技术提出了一套计算海洋工程结构物风载荷系数的方法[7];模块法(Building Block Method)也是计算海洋工程结构物所受风载荷的方法之一[8],模块法是将整个水线以上结构离散成不同的标准构件模块,叠加各组成构件的风载荷获得结构物所受的总风载荷.在国内,汤忠谷[9]对15艘长江和近海商船的船模进行了风洞试验,给出了风压合力系数、风压合力角及风压力作用点位置的回归公式;洪碧光[10]通过对50条船模风压系数的风洞试验数据进行回归分析,得出了一种由船型参数来估算风压系数的回归公式.为方便海洋工程结构物设计者选择合适的风载荷计算方法,本文以一艘大型油船为例,分别采用目前常用的几种风载荷计算方法对其所受的风载荷进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较分析.1 风载荷计算方法目前常用的风载荷计算方法主要包括:1)Blendermann方法 Blendermann通过风洞试验搜集了大量的关于风载荷的数据,并在此基础上得出了横向和纵向风载荷系数计算公式.式中:Cx,Cy分别为纵向、横向风载荷系数;Cd1,Cdq,δ为与船舶类型有关的参数;θ为风向角;AL,AF分别为正纵、正横时的受风面积;SL为受风面积的形心距船中的距离.2)Isherwood公式Isherwood根据各类商船有关压力的大量船模风洞试验结果,按商船上层建筑各特征参数进行回归分析,得出了计算风压力系数和风压力矩系数的回归公式,即Isherwood公式:式中:Cx(θ),Cy(θ)分别为风向角θ时纵向、横向风载荷系数;As为船舶水线以上的侧投影面积;Af为船舶水线以上的正投影面积;Ass为船舶上层建筑的侧投影面积;Loa为船舶总长;B为船宽;c为船舶水线以上部分侧投影面积的周长(除去桅杆和通风筒等细长物体以及水线长度);d为船舶水线以上部分侧投影面积形心到船首的距离;m为船舶侧投影面积中桅杆或中线面支柱的数目;a0,…,a6;b0,…,b6的值参见文献[1].3)Haddara方法 Haddara采用神经网络技术对所搜集的关于船舶所受风载荷实验数据进行了回归分析,得出以下公式:式中:Ck为风载荷系数,k为横向或纵向;AL,AF分别为正纵、正横时的受风面积;Loa为船舶总长;B为船宽;SL为受风面积的形心距船中的距离;δ为风向角;γki,ζkij为权重值.4)模块法(building block method)模块法是计算海洋工程结构物所受风载荷常用的方法之一,也是ABS和DNV建议的方法.模块法是将整个水线以上结构离散成不同的标准构件模块,叠加各组成构件的风载荷获得结构物所受的总风载荷.因此在使用模块法计算之前要求已知各组成构件的载荷特性,其准确性依赖于对构件载荷特性、构件之间影响特性以及模块的划分.其算法如下.由于风在垂直方向是有梯度的,那么海平面高度Z处的风速为式中:Zr为参考高度,一般取10m;vZr为参考高度的风速;p为指数,一般取0.1~0.15之间.构件风载荷计算时采取平均风速式中:A为受风面积;v(y,z)为构件受风面上点(y,z)处的风速.第i个模块所受风载荷式中:vie为第i个模块的平均风速;ρ为空气密度;Csi,Chi分别为第i个模块的形状系数和高度系数;Ai为第i个模块在正横或正纵方向上的投影面积.受风构件的总风载荷Fwind为式中:Ne为划分模块的数量.风载荷系数表达为式中:Cx,Cy分别为纵向和横向的风载荷系数;Fx,Fy分别为纵向和横向的合力;ρ为空气密度;vr为参考风速;Ar为参考面积.5)OCIMF方法 OCIMF提供了超大型船舶计算风载荷的方法并给出了不同球鼻艏和不同载况下的风载荷系数,具体见文献[6].2 实例计算及比较分析为方便海洋工程结构物设计者选择合适的风载荷计算方法,本文以一艘大型油船为例,分别采用上述风载荷计算方法对其所受的风载荷进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较分析.该大型油船的主要参数为:总长351.4m,船宽55.4m,设计吃水23.5m,横向受风面积为1 131.79m2,纵向受风面积3 401.47m2.为方便风载荷的计算,建立图1所示的坐标系.图1 坐标系图2和图3分别为采用上述几种方法计算该大型油船所受风载荷系数与实验结果在x方向和y方向的比较.图2 几种方法计算大型油船所受x方向上的风载荷系数与实验结果的比较图3 几种方法计算大型油船所受y方向上的风载荷系数与实验结果的比较从图2可以看出,随着风向角的增大,x方向上的风载荷系数变化趋势为先由大逐渐减小,在90°附件时为零,后由小逐渐增大.通过图2的比较可以看出,当风向角较小时,几种方法的计算结果与实验结果吻合较好,随着风向角的增大,与实验结果相比,Isherwood方法和模块法的计算结果相对偏大,OCIMF方法的计算结果相对偏小,而Haddara方法的计算结果当风向角在90°以内时相对偏小,在90°以外时相对偏大.同时可以看出,在风向角的整个变化范围内,Blendermann方法的计算结果均与实验结果吻合较好.从图3可以看出,随着风向角的增大,y方向上的风载荷系数变化趋势为先由小逐渐增大,在90°附近时达到最大,后由大逐渐减小.通过图3可以看出,与实验结果相比,几种计算方法中除了Haddara方法的结果在风向角较小时出现异常外,其它方法的曲线变化趋势与实验吻合较好.3 结论风载荷是海洋结构物所受的主要环境载荷之一.为保证海洋结构物作业安全,设计时选择一种合适的风载荷计算方法,为其提供可靠的设计风载荷信息十分重要.本文首先对目前常用的几种风载荷计算方法进行了介绍,然后以一艘大型油船为例对其所受的风载荷进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较.比较分析表明,Blendermann方法的计算结果与实验结果吻合较好.参考文献[1]Isherwood R M.Wind resistance of merchant ship[J].Trans.of RINA,1973(115):132-138.[2]Gould R.The estimation of wind loads on ship superstructures[J].The Royal Institution of Naval Architects,1982(8):34-40.[3]Blendermann W.Wind loads on moored and manoeuvring vessels [J].OMAE,Offshore Technology,1993(1):183-189.[4]Blendermann W.Parameter identification of wind loads on ships'[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 51,1994(2):339-351.[5]Blendermann W.Estimation of wind loads on ships in wind with a strong gradient,offshore technology[J].1995(1-A):271-277. [6]OCIMF,Prediction of wind and current loads on VLCCs[M].2nd ed.Oil Companies International Marine Forum,1994.[7]Haddara M R.Wind loads on marine structures[J].Marine Structures,1999(12):199-209.[8]陈恒.深海半潜式平台动力定位推力系统设计研究[D].上海:上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,2008.[9]汤忠谷.水面船舶的空气动力[J].武汉水运工程学院学报,1982(4):79-89.[10]洪碧光.船舶风压系数计算方法[J].大连海运学院学报,1991,17(2):113-121.。

海洋平台风荷载物模试验的雷诺数效应研究

海洋平台风荷载物模试验的雷诺数效应研究
尺 的增 大 而 变 小 , 模 型 比尺 较 小 时 , 模 型 试 验 所 得 风 荷 载 比 实 际风 荷 栽 大 。
关 键 词 :风 荷 载 ; 模型试验 ; 雷诺 数 效应 中 图分 类号 :P 7 5 文 献 标 识 码 :A
Th e St u d y o n t h e I n f l u e nc e o f Re y n o l d s Nu m be r o n t he W i nd Lo a d i n Mo d e l Te s t s o f Of f s ho r e Pl a t f o r ms
速, 利用 F l u e n t 模 拟 计 算 不 同 比 尺 下 作 用 于平 台模 型 上 的 风 荷 载 。 得 到 不 同 雷诺 数 条 件 下 的 试台结 构 模 型试 验 的 雷诺 数 效 应 。 结 果 表 明 , 海 洋 平 台 风 荷 载 模 型 试 验 的 雷 诺 数 效 应 随模 型 比
Ab s t r a e t : Ba s e d o n Fr o u d e s i mu l a t e r u l e ,t h e 1 1 d i f f e r e n t s c a l e p l a t f o r ms a r e d e s i g n e d a n d t h e ma t c h i n g s p e e d c a n b e a c q u i r e d . Th e Fl u e n t s o f t wa r e i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e wi n d
wi t h t h e s c a l e r e d uc t i o n. The wi nd l o a d by a s ma l l e r s c a l e mod e l t e s t i s l a r ge r t ha n t h e p r o t o —

海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析

海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析

海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析随着科技的发展和能源消耗的增加,绿色能源成为人们关注的焦点,风能作为一种清洁可再生的能源,成为大家重视的对象。

风能发电是一种将能量转变为有用能源的方法,但目前由于技术问题,这种发电并不能实现稳定的电力供应,因此缩小采用风能发电的问题成为当前的重要任务。

漂浮式风电机组是目前发展最快的风电装置之一,它以海洋环境为特点,具有无基础架设、抗风波载荷能力强等特点。

由于海洋环境对漂浮式风电机组的风波载荷有巨大影响,因此精确的计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷是今后研究中必须解决的问题。

首先,应该正确理解海洋环境中的风波载荷。

它是由水的风压应力和浪的动压应力共同作用的结果,其中主要有风压水平力和风压立体力、浪压水平力和浪压立体力四大类载荷。

其次,应该采用合理的工程计算方法,建立适应漂浮式风电机组特征的计算模型,分析载荷的水平分布及超载程度,计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性,并进行性能分析以判断风速的变化对系统的影响。

最后,应该建立计算机数值模拟软件,进行风波载荷的实时监测,以改善漂浮式风电机组的可靠性及系统性能。

此外,要准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷,也可以考虑采用船舶标准载荷进行分析,并借助相关技术进行风波动力学模拟,通过计算风力载荷对漂浮式风电机组的影响,提出设计优化方案,提高装置的稳定性和可靠性。

因此,准确计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷,不仅有利于改善发电装置的稳定性,而且还推动了风能发电的发展,受到了广泛的关注。

未来,将继续在此方面进行深入研究,尽快把风能发电运用到大范围,实现绿色能源的发展。

总之,通过正确理解海洋环境中的风波载荷,采用合理的工程计算方法,建立适应海上漂浮式风电机组特征的计算模型,分析载荷的水平分布及超载程度,计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性,建立计算机数值模拟软件,进行风波载荷的实时监测,通过船舶标准载荷进行分析,进行风波动力学模拟,可以准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷,改善发电装置的稳定性,促进风能发电的发展。

半潜式平台在码头防台风中的风载荷计算方法

半潜式平台在码头防台风中的风载荷计算方法

半潜式平台在码头防台风中的风载荷计算方法
贾君;周喜宁;李子凡
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2022(37)1
【摘要】为确保半潜式平台在码头防台风系泊时得到更精确的风载荷,以得到合理的系泊布置方式,以2座半潜式平台为研究对象,采用美国石油协会(API)规范、挪威石油标准化组织(NORSOK)规范和国内《港口工程荷载规范》中风载荷经验公式进行精细的理论计算,将其结果与精细模型和简化模型的风洞试验结果进行比较,分析得到各经验公式设计的冗余度和受风面积统计的简化方法,为后期码头系泊力计算提供合理的风载荷。

【总页数】5页(P48-52)
【作者】贾君;周喜宁;李子凡
【作者单位】招商局重工(江苏)有限公司;招商局重工邮轮有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U674
【相关文献】
1.梯度风作用下HYSY-981半潜式平台风载荷与表面风压分布研究
2.半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究
3.深水半潜式钻井平台防台措施探讨
4.深水半潜式钻井平台防台措施探讨
5.半潜式平台内孤立波载荷计算方法及其试验验证
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海上风力机流体载荷研究

海上风力机流体载荷研究

一、数值模拟
1、计算流体动力学 (Computational Fluid Dynamics, C
CFD是一种通过计算机模型对流体动力学行为进行模拟的方法。通过CFD,我 们可以预测OWTS在各种风速、风向和海况条件下的流体动力性能,包括升力系数、 阻力系数、扭矩等。此外,CFD还可以模拟流场的详细信息,例如速度场、压力 场等。
在海上风力机流体载荷研究方面,由于海洋环境的复杂性和特殊性,其研究 难度较大。已有的研究主要集中在数值模拟和实验研究两个方面。数值模拟方法 主要包括CFD(计算流体动力学)和风洞实验等,实验研究方法主要包括模型实 验和现场实验等。
尽管在陆上风力机流体载荷研究方面已取得了一定的成果,但由于海洋环境 的复杂性和特殊性,海上风力机流体载荷研究仍面临很多挑战。首先,海洋环境 中的风、浪、流等自然条件复杂多变,对海上风力机的性能和可靠性产生了重要 影响。
此外,还可以进一步开展数值模拟方法研究,建立更精细的基础结构模型, 以更准确地预测其在复杂海洋环境下的性能。在优化设计方面,可以运用先进的 设计算法和软件工具,以提高设计效率并实现更高性能的基础结构设计。
总之,海上风力机基础结构设计选型是一个充满挑战与机遇的研究领域。通 过不断深入研究和完善优化设计方案,有望为海上风力发电技术的发展提供重要 支持。
性的关键因素之一。因此,对海上风力机流体载荷进行研究,对于提高海上 风力机的性能和可靠性具有重要意义。
二、文献综述
在陆上风力机流体载荷研究方面,已有大量的文献报道。陆上风力机在运行 过程中,受到的气动载荷和结构载荷主要包括风载、冰载、地震载荷等。其中, 风载是主要载荷之一,其数值大小和作用方向取决于风速、风向和风力机的空气 动力学特性。
海上风力机流体载荷研究

海洋平台的环境载荷

海洋平台的环境载荷
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第二章 环境载荷
34
(1)艾里波理论
• 波面 • 波长

H cos kx t 2 gT 2 2d L th 2 L
• 速度势
gH chk y d sin kx t 2 chkd
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第二章 环境载荷
11
• 不同时距的风速之间有一定的关系,时距 短的风速比时距长的风速要大
不同时距平均风速与1h平均风速的比例系数
1h
时距
系数 值
10mi 1min 15s n
5s
3s
1.00 1.04 1.26 1.26 1.32 1.35
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第二章 环境载荷
12
• 基本风压的标准高度为海面上10m,所以 设计风速一般取海面上10m高处的风速
z v z v10 10
1 n
z CH 10
2 n
n值与测量风速的时距以及离岸的距离有关,一般在7~13之间变化 美国API规范建议,在开敞的海域,对于持续风风速n等于8, 对于阵风风速n等于13
海洋平台结构与强度,2014秋季,苑博文
第二章 环境载荷
17
CCS规定
计算风力时,推荐下列作法: (1)当平台有立柱时,应计入全部立柱的投影面积,不 考虑遮蔽效应。 (2)对于因倾斜产生的受风面积,如甲板下表面和甲板 下构件等,应采用合适的形状系数计入受风面积中。 (3)对于密集的甲板室,可用整体投影面积来代替计算 每个面积,此时形状系数可取为1.1. (4)对于孤立的建筑物、结构型材和起重机等,应选用 合适的形状系数,分别进行计算。 (5)通常用作井架、吊杆和某些类型桅杆的开式桁架结 构的受风面积,可近似的取每侧满实投影面积的30%,或 取双面桁架单侧满实投影面积的60%,并选用合适的形状 系数。
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大连理工大学
硕士学位论文
海洋平台上的风荷载计算研究
姓名:时军
申请学位级别:硕士
专业:港口、海岸及近洋平台上的风荷载计算研究
作者:时军
学位授予单位:大连理工大学
1.张淑华.赵浩妤.牛培峰海洋工程结构的模糊随机可靠性[期刊论文]-系统工程理论与实践2001,21(5)
1.倪歆韵.张艳芳.田于逵.刘培林.夏贤.刘建辉Spar平台环境载荷风洞测试及载荷分析[期刊论文]-海洋工程2012(1)
2.巩雪.翟钢军深水半潜式平台风载荷体型系数风洞试验研究[期刊论文]-中国海洋平台 2010(5)
本文链接:/Thesis_Y1418824.aspx
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