东北大学学报（自然科学版）

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1. 含Y型组合节理花岗岩单轴压缩破坏机理及声发射特征

张鹏海, 马庆山, 刘溪鸽, 杨天鸿

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 564-572. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.014

摘要（1262）

HTML （23）

PDF（pc）（8178KB）（223）

利用劈裂法在花岗岩试件中预制不同倾角的Y型组合节理，进行单轴压缩实验，分析组合节理倾角对破坏模式、峰值强度、表面变形场、声发射能量释放特征的影响，探究不同破坏模式下的破坏机理.实验结果表明：1）含Y型组合节理岩石随节理倾角变化呈现整体破坏、楔形体弹射破坏和沿主节理面破坏三种主要模式；2）组合节理夹角、主节理倾角均与岩石强度具有负相关关系；3）破坏模式从整体破坏转变到弹射破坏、沿主节理破坏时，滑移变形集中区域由次节理向主节理转变，AE高能级事件诱发原因由主、次节理压密及滑移错动向主节理压密及滑移错动转变；4）随主节理倾角的不断增大，主节理面上释放的能量更高、能量的分布更加不均匀.

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2. 降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

陶志刚, 史广诚, 杨晓杰, 何满潮

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 573-583. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.015

摘要（1237）

HTML （17）

PDF（pc）（12091KB）（204）

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术，以熊家山滑坡为原型，通过分析边坡变形的时空特征，设计了相似模型试验.以普通预应力锚索（简称PR锚索）和NPR锚索为加固材料，运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器，分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理，并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明：孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步；NPR锚索力突降，边坡内部产生局部变形；PR锚索因无法承受大变形被拉断失效，而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能，促使边坡达到二次平衡状态；NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增，后突降”的变形-临滑动力学规律；现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律，提前7.5 h发出临滑预警.

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3. 不同组构砂岩微观破坏特征分析

孙大增, 赵文, 许兴亮, 王鑫

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 584-591. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.016

摘要（1215）

HTML （19）

PDF（pc）（5822KB）（389）

为了研究不同组构砂岩宏观-微观破坏特征的内在联系，对香花岭矿区三种砂岩开展物相分析、沉积相判别及单轴压缩和剪切试验，观察微观结构差异.研究结果表明：陆相沉积石英砂岩抗压强度最大，长石砂岩次之，海相沉积海绿石砂岩最小；单轴压缩试验宏观上石英砂岩、长石砂岩发生脆性破坏，而海绿石砂岩呈现出具有软化特性的延性破坏，微观上石英砂岩发生沿晶破坏，断面平整，长石砂岩发生沿晶和穿晶破坏，断面呈小扇贝状，表面附着少量碎屑，海绿石砂岩断面呈平板-花团复合状，晶粒破碎且擦痕明显，晶粒、胶结物质及结构弱面共同控制破坏特征；剪切试验微观上石英砂岩先发生沿晶破坏后发生穿晶破坏，断面不平整、擦痕及碎屑多，长石砂岩以沿晶破坏为主伴随穿晶破坏，断面部分平整、擦痕及碎屑较多，海绿石砂岩同时发生沿晶破坏和穿晶破坏，断面平整、几乎无擦痕和碎屑，砂岩微观破坏特征受晶粒和晶间胶结物质强度的共同影响.

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4. 单颗CBN磨粒超声振动辅助磨削AISI 304材料去除机理

杨震宇, 邹平, 周亮, 王安琪

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (7): 1011-1019. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.07.013

摘要（1211）

HTML （2）

PDF（pc）（5703KB）（248）

为了解释超声作用下磨粒切削材料的去除机理，对单粒磨削过程进行了分析，建立了未变形切削厚度和磨粒与试件的固定速度比（v_s/v_w）的数学模型.在AISI 304 试件上进行了固定速度比的普通磨削（conventional grinding，CG）、切向超声振动辅助磨削（tangential ultrasonic vibration assisted grinding，TUVAG）以及径向超声振动辅助磨削（radial ultrasonic vibration assisted grinding，RUVAG）的单颗粒试验.结果表明，在固定速度比条件下，试件在CG与TUVAG作用下都是以塑性变形的形式去除，但超声辅助显著提高了材料去除率.试件在RUVAG作用下材料的去除方式与未变形切削最大厚度a_gmax的值息息相关. a_gmax小于0.8 μm时，试件表现为脆性断裂的形式去除；之后随着a_gmax逐渐增大，试件转变为塑性变形的形式去除.

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5. 二次碳化物特征调控及其对高碳高合金马氏体钢耐磨性的影响

蒋金哲, 刘越, 刘春明

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 490-498. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.005

摘要（1203）

HTML （29）

PDF（pc）（2514KB）（349）

二次碳化物的尺寸、含量对高碳高合金马氏体钢的力学性能及耐磨性有着重要影响.本文采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和磨粒磨损实验等手段，研究了高碳高合金马氏体钢锻造及球化退火过程中二次碳化物的演变行为及其对高碳高合金马氏体钢力学性能及耐磨性的影响.结果表明：球化退火显著增加了锻造空冷态实验钢中二次碳化物的含量及尺寸；在奥氏体化过程中，二次碳化物通过钉扎晶界显著细化了奥氏体晶粒，同时二次碳化物的存在降低了马氏体中合金元素固溶量，进而有效提升了实验钢的冲击韧性.高硬度的微米级二次碳化物配合高韧性马氏体基体可有效阻碍磨粒切削并减轻磨损表面的微观断裂，进而提升实验钢的耐磨性.

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6. ESP工艺下DP600热轧双相钢铁素体相变模型

周晓光, 马鑫, 姜珊, 刘振宇

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 483-489. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.004

摘要（1198）

HTML （24）

PDF（pc）（1445KB）（328）

为了建立ESP工艺条件下DP600热轧双相钢的铁素体相变动力学数学模型，采用动态相变膨胀仪对实验钢分别进行等温相变和连续冷却相变实验.基于实测的铁素体相变孕育期和铁素体体积分数，在变形温度以上结合经典形核理论计算铁素体相变孕育期，变形温度以下通过实验数据拟合 $? G V$ 计算铁素体相变孕育期.考虑冷却速度的影响对可加性法则进行修正并基于此计算了连续冷却条件下的铁素体相变开始温度和体积分数.结果表明：修正后的相变模型计算的铁素体相变开始温度和体积分数与实测值吻合良好，可用于预测ESP工艺下DP600钢的铁素体相变行为.

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7. 纵-扭复合振动辅助岩石钻削机理及效率

高大湧, 林建勇, 田雅婷, 姚红良

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 555-563. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.013

摘要（1157）

HTML （15）

PDF（pc）（2491KB）（157）

针对单一纵向或扭转振动辅助岩石钻削的局限性，提出纵-扭复合振动辅助岩石钻削方案.首先对该方案的理论模型进行分析；然后基于EDEM（event driven execution manager）软件的离散元法（discrete element method， DEM）对不同情况下岩石的钻进机理和效果进行模拟，结果表明添加纵-扭复合振动辅助相对于无振动、纵向振动和扭转振动方案，钻头受到的最大合力分别减小了36.45%，9.34%和32.84%，钻进速度分别提高了26.02%，4.27%和16.13%；最后对所提方案的钻进效果进行试验验证，得到添加纵-扭复合振动辅助后的钻头支架应变相对于只添加扭转振动辅助时减小了35.48%，钻进速度提高了31.25%.研究表明纵-扭复合振动辅助方法可以提高岩石钻削效率.

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8. SiC陶瓷的磨削去除机理及参数对磨削力影响

周云光, 田川川, 王书海, 陈晗

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 548-554. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.012

摘要（1096）

HTML （15）

PDF（pc）（1695KB）（446）

为探究SiC陶瓷的磨削去除机理及磨削参数对磨削力影响规律，基于SPH （smoothed particle hydrodynamics）法建立了单磨粒冲击SiC陶瓷仿真模型，分析了SiC磨削裂纹产生和扩展机制；通过单因素试验分析了v_s，v_w和a_p对SiC磨削去除机理、法向磨削力和切向磨削力的影响规律.结果表明，磨粒冲击导致中位裂纹和横向裂纹产生，随着磨粒压入深度的增加，横向裂纹向材料近表面区域扩展，当横向裂纹扩展至材料表面形成脆性断裂；随着v_s的增大，v_w和a_p的减小，磨削表面产生的凹坑区域和凹坑深度减小，塑性去除区域变大，法向磨削力和切向磨削力均呈减小趋势.研究成果为SiC构件的高效低损伤加工提供重要依据.

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9. 喂钢带碳浓度对连铸大圆坯宏观偏析的影响

姚毓超, 刘中秋, 荣文杰, 李宝宽

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 499-506. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.006

摘要（1091）

HTML （21）

PDF（pc）（1891KB）（274）

结晶器喂钢带工艺是提高大截面连铸坯中心质量的有效方法之一.本文发展了液相-柱状晶-等轴晶三相体积平均凝固模型，探究了喂入钢带的碳浓度对连铸大圆坯凝固组织结构及宏观偏析分布的影响规律.结果表明：喂入钢带的碳浓度会极大地影响等轴晶与柱状晶的生长，碳浓度过低或过高均会降低喂钢带对等轴晶体积分数提高的效果.通过调控钢带溶质浓度可以直接影响铸坯内溶质浓度及分布，喂入1.0倍钢液碳浓度（ $r C$ =1.0）的钢带对连铸坯宏观偏析的改善效果最佳，其中铸坯径向碳极差和宏观偏析指数极值差分别为0.165 7%和38.36%.

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10. 基于双决斗深度Q网络的自动换道决策模型

张雪峰，王照乙

东北大学学报（自然科学版） 2023, 44 (10): 1369-1376. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.10.001

摘要（1085）

HTML （97）

PDF（pc）（2568KB）（734）

汽车自动变道需要在保证不发生碰撞的情况下，以尽可能快的速度行驶，规则性地控制不仅对意外情况不具有鲁棒性，而且不能对间隔车道的情况做出反应.针对这些问题，提出了一种基于双决斗深度Q网络(dueling double deep Q-network， D3QN)强化学习模型的自动换道决策模型，该算法对车联网反馈的环境车信息处理之后，通过策略得到动作，执行动作后根据奖励函数对神经网络进行训练，最后通过训练的网络以及强化学习来实现自动换道策略.利用Python搭建的三车道环境以及车辆仿真软件CarMaker进行仿真实验，得到了很好的控制效果，结果验证了本文算法的可行性和有效性.

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11. 基于多传感器融合的无人舰载机舰面定位研究

侯鹏帅, 周大鹏, 杨大鹏, 陈杰

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (1): 1-9. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.01.001

摘要（1011）

HTML （186）

PDF（pc）（5782KB）（900）

无人舰载机在航母舰面的自主定位是实现自主转运、提高驶入/驶出效率的重要前提.其中，如何依靠机载传感设备实现GPS拒止环境下的舰载机自主舰面定位是亟待解决的关键技术.为此，提出了一种基于视觉和激光雷达融合的无人舰载机舰面自主定位算法.该算法通过结合手眼标定和互信息标定方法进行多传感器在线标定，使无人舰载机在面对风浪及航母运行等情况下机身摇晃导致传感器外参标定结果变化后仍能保持稳定运行；引入因子图用于无人舰载机的多传感器位姿联合优化并基于自主转运过程中的运动模型建立了简单高效的传感器失效标准，从而有效地融合了激光雷达和视觉定位结果，使该算法在单个传感器失效的情况下依然可以进行精确的自主定位；最后建立了基于多传感器的舰载机舰面仿真系统对本文算法进行验证，实验结果表明，本文算法在单个传感器失效的情况下定位误差仍维持在0.2 m以内，满足实际应用要求.

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12. 医学CT序列图像的混合去噪算法

陈锦林, 原培新

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 464-473. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.002

摘要（974）

HTML （35）

PDF（pc）（2210KB）（426）

医学CT（computer tomography）序列图像会因为各种原因而掺杂噪声，去噪能够有效地提高图像的质量.常见的去噪算法都是针对单张图像进行，考虑到CT序列图像之间具有很高的相似性，本文提出一种基于相邻图像结构相似性的混合去噪算法.该算法首先计算序列图像的最大和最小灰度值，根据灰度值绘制直方图，设定相关阈值参数，根据筛选之后的直方图计算窗宽窗位，然后进行调窗处理.之后计算目标图像与其前后相邻图像之间的结构相似性，最后根据结构相似性对3张图片混合使用BM3D和高斯滤波2种去噪算法.通过对比实验表明，该算法在均方误差、峰值信噪比和结构相似性三方面都有所提高，能够有效地提高图像质量.

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13. 流化床反应室内铁矿石的临界流化特性

李志明, 韩跃新, 孙永升, 唐志东

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 592-599. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.017

摘要（969）

HTML （15）

PDF（pc）（1622KB）（256）

U型反应室是悬浮焙烧装备的核心部件，明确其内物料的临界流化特性具有理论与实践意义.为此，自行搭建了冷态试验系统，并以赤铁矿粉、氧化铝粉为原料，研究了松动风量、物料性质对物料临界流化特性的影响规律，并对原有经验公式进行了修正.结果表明：临界流化气速随物料粒度、密度的增加而增加；在松动室床层为固定床的条件下，临界流化气速随松动风量的增大而减小；修正后的过程方程与试验数据吻合较好，可用于反应室内物料流化行为的预测.研究结果利于悬浮磁化焙烧技术实体化，对该技术工业应用具有一定的指导意义.

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14. LF精炼过程中通电升温阶段底吹氩方式的优化

王宁, 秦德越, 李宝宽, 赵家七

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 507-513. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.007

摘要（963）

HTML （22）

PDF（pc）（2094KB）（379）

在LF（ladle furnace）精炼过程的通电升温阶段多采用双喷嘴等流喷吹的吹氩方式.本文提出一种双喷嘴差流吹氩的底吹方式，以某钢厂135 t钢包为原型设计1∶4非等温水模型实验平台，在总流量相同的情况下进行底吹比例为1∶1，2∶1和3∶1的温度均匀化实验，结果表明底吹比例为2∶1时的各监测点无量纲温差最小，均匀化效果最好.建立流动-传热耦合数学模型对实验结果进行验证，结果表明在总流量相等的情况下，底吹比例为1∶1，2∶1和3∶1时流动死区占比分别为14.1%，9.1%和9.8%，温度死区占比分别为6.2%，2.6%和0.3%，2∶1差流底吹方式在活跃流场和促进温度均匀化方面具有优势.

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15. 考虑时延的异质协作车队事件触发控制研究

唐传茵, 夏冀沣, 章明理, 吴龙杰

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 540-547. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.011

摘要（941）

HTML （13）

PDF（pc）（2339KB）（298）

针对目前研究较少考虑车辆混行造成的异质问题与时延问题，本文提出了一种具有时延的异质协作式自动驾驶车队事件触发控制方法.首先，建立了考虑混行的异质车辆时延模型；其次，基于PID（proportional?integral?derivative）控制与模型预测控制（MPC），设计了不同模式下的事件触发控制器；然后，在城市和紧急情况下，对所提出的控制器进行了仿真分析；最后，基于Jetson Nano模型车进行了实车实验.仿真与实验结果表明，所提出的事件触发控制方法能够在不同情况下更好地权衡控制精度与计算速度间的矛盾.在带有通信时延的紧急情况下，仍能够保持较低的误差.

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16. 电梯门机异常检测和故障定位方法

范玉川, 范波, 陈卓, 张孝顺

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (6): 761-768. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.06.001

摘要（908）

HTML （79）

PDF（pc）（1731KB）（750）

提出一种电梯门机运行异常检测和故障定位方法.首先，从电梯门机的运行数据中分离出开关门曲线并将其划分为10个运行段，提取各段的数据特征.其次，提出基于箱线图的异常检测方法并利用各运行段的累积数据特征进行异常诊断；为防止数据不满足正态分布而造成的诊断误差，加入了门机特征数据的正态性检验方法，并对不满足正态分布的数据进行Box-Cox变换，使其满足正态分布.最后，提取电梯门机分段特征数据，采用极限学习机（ELM）对门刀卡阻故障、整体阻力增大故障和同步带松脱故障3种故障进行分类模型训练.经实验验证，提出的异常检测方法和故障定位方法准确度高，具有较高的应用推广价值.

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17. 循环荷载下双裂隙砂岩弹性模量及裂纹动态演化

王述红, 庄贤鹏, 王菲, 赵乾百

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (3): 361-371. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.008

摘要（898）

HTML （23）

PDF（pc）（4183KB）（465）

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律，对裂隙倾角固定为45°，岩桥倾角分别为15°，45°，75°，90°，105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC^2D模拟.结果表明，不同裂隙砂岩的弹性模量随循环荷载作用得到了明显的强化；在循环荷载作用下，应力-应变曲线与离散元模拟得到的试件瞬时微裂纹演化曲线存在对应关系；岩桥倾角对砂岩的破坏模式有影响，PFC^2D模拟的裂纹动态演化可以合理地反映岩石中裂纹的萌生位置、扩展方向.基于微裂纹数目所定义的损伤与破坏模式很好地对应，岩桥倾角为45°时原始损伤是最大的.

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18. 基于生理信号的危险作业人员心理负荷识别研究

郝锐, 郑欣, 李怡霖

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (4): 600-608. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.04.018

摘要（878）

HTML （21）

PDF（pc）（1185KB）（398）

为识别危险作业岗位作业人员的心理负荷，提高人机系统可靠性，以含能材料起爆作业诱导被试人员心理负荷，采集30名被试人员在静息状态和心理负荷下的心率、脑电图和眼动信号进行心理负荷识别研究.首先，采用配对t检验与秩和检验对采集的心率、脑电图和眼动信号进行统计分析，8种脑电、3种眼动及9种心率特征在静息状态和心理负荷下具有显著变化；其次，对初选获得的生理指标分别采用Pearson 相关分析、最大相关最小冗余（MRMR）算法和主成分分析（PCA）进行特征降维；最后，基于上述3种方法降维处理后得到生理指标采用Logistic Regression，KNN，SVM，XG-Boost，Decision Tree和Random Forest机器学习方法进行心理负荷识别.结果表明，基于MRMR的心理负荷特征选择结果，采用Random Forest机器学习方法具有更好的识别性能（ACC=0.917，SN=1.0，SP=0.857，F1=0.909，AUC=0.971）.本研究为有效识别危险作业人员心理负荷提供了理论依据.

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19. 基于QR分解的类Jacobi联合对角化算法

季策, 李烨, 李伯群

东北大学学报（自然科学版） 2024, 45 (3): 305-313. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.001

摘要（843）

HTML （79）

PDF（pc）（2170KB）（504）

为提高实矩阵集的近似联合对角化的盲源分离性能，避免平凡解，提出了一种基于QR分解的类Jacobi联合对角化算法.利用QR分解的数值稳定性，采用Jacobi旋转矩阵，将分离矩阵分解为多个初等三角矩阵和正交矩阵的乘积，利用Jacobi旋转矩阵的结构及矩阵变换后的相关元素求解最优参数，将高维矩阵最小化问题转化为一系列低维矩阵子问题，提升源信号恢复精度.通过求解简化的Frobenius范数目标函数降低算法复杂度.混合心电信号仿真结果表明，与QRJ2D，LUCJD，EGJLUD算法相比，本文算法在分离精度和收敛速度方面均有一定优势.

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20. 流-固-电多物理场耦合模型的红细胞流变学研究

胡晟, 王杨成, 吕晓永

东北大学学报（自然科学版） 2023, 44 (12): 1673-1679. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.001

摘要（824）

HTML （48）

PDF（pc）（1490KB）（525）

红细胞(red blood cell，RBC)受到流体应力发生机械形变的研究越发成熟，但在结合电场、声场、光场或热力场等多物理场的研究依旧不足.通过COMSOL有限元软件建立了流-固-电(流场、固体场和电场)的3场物理耦合模型，对球形和正常RBC 2种不同形状的RBC分别进行迁移模拟研究.与流-固耦合模型相比，发现电场形成的电渗流使细胞运动迁移时，球形细胞受到的von Mises应力高于正常细胞.电渗流效应形成180μm/s的流速导致RBC变为卷曲“C”形姿态，因形状差异，球形和正常RBC在遇到针尖障碍物时的旋转方向不同.针对本文提出的多物理场耦合模型，两种细胞运动轨迹的差异显示了电渗流对不同形状细胞实施空间分离的可行性.

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