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Plastic anisotrpy modelling and application to the sheet metals forming
No full textCe travail de recherche, réalisé au sein de deux laboratoires (LPMM à l'ENSAM de Metz et LPMTM à l'Université Paris 13), se propose d’étudier l'anisotropie plastique des tôles métalliques lors d'opérations de mise en forme. Les applications visées sont la prédiction, au moyen de la simulation numérique du procédé, de l'anisotropie plastique initiale et son influence sur le comportement global de la tôle. Une anisotropie qui se manifeste lors de l'opération de mise en forme par l'apparition d'ondulations aux bords de la tôle. A cette fin, toute une classe de potentiel plastique a été introduite. Des potentiels écrits dans le cadre d'une approche dite duale (moins couramment utilisée) où la grandeur introduite est le taux de déformation plastique, contrairement à l'approche classique (largement utilisée) où le critère est défini en contrainte. De plus, l'écrouissage du matériau a été pris en compte à travers l'introduction de variables internes. Toute une étude à été consacrée à l'identification des différents critères introduit en ce basant sur des données expérimentales, ainsi qu'à celles issus de la mesure de texture du matériau. Les matériaux étudiés à cet effet sont des nuances d'acier et des alliages d'aluminium. Deux stratégies d'identification ont été explorées afin de s'assurer de la bonne détermination des paramètres du modèle de comportement. Pour permettre l'exploitation des différent critères dans le cadre de la simulation numérique des procédés de mise en forme, une implantation numérique robuste et efficace a été réalisée dans un code de calcul par éléments finis. Une routine de résolution du comportement suivant un schéma d'intégration implicite a été développée afin d'obtenir une bonne précision des calculs. La modélisation a d'abord été appliquée à la prédiction de cœfficients d'anisotropie. Cette étude a mis en évidence la capacité de chaque critère à reproduire les fortes anisotropies de plasticité. Par la suite, l'application de cette modélisation à l'étude des cornes d'emboutissage a été réalisé et a permis concrètement de voir les effets du potentiel sur le nombre de cornes formés, ainsi que sur leur degré de prononciation. Une corrélation entre les coefficients de Lankford et les cornes d'emboutissage a été établieThis research work, realized in two laboratories (LPMM of ENSAM of Metz and LPMTM of Paris 13 university) proposed to study the plastic anisotropy of sheet metals during forming operations. The applications in mind concern the prediction, through the forming process numerical simulation, of the initial plastic anisotropy and its influence on the global behaviour of the sheet. An anisotropy that manifest, during forming operation, by the apparition of undulations on the sheet edge. To do this, a class of strain rate potential has been introduced. Potential written in the frame of so called dual approach (less commonly used), where the introduce variable is the plastic strain rate, contrary to the classical approach (commonly used), where the criterion is defined with stress tensor. In addition, the material work-hardening has been considered by introducing internal variables. A large study has been devoted to the identification of the different criteria introduced, basing on the experimental data, as well as those of material texture measure. The materials under study are some steel grades and aluminium alloys. Different identification strategies have been investigated, in order to insure of the good determination of the behaviour model parameters. To allow the exploitation of the different criteria in the frame of the forming process simulation, a robust and efficient computer implementation has been performed in a finite element code. A solver routine following implicit time integration scheme has been developed in order to obtain a good accuracy. The modelling has been applied to the prediction of anisotropic coefficient. This study highlighted the capability of each criterion to reproduce the strong plastic anisotropies. Then, the application of this modelling to the study of deep drawing corns has been realized and allowed to show the effects of the criterion on the number of the formed corns as well as there pronunciation degree. A correlation between the Lankford coefficient and the deep drawing corns has been establishe
Experimental mesoscale investigation of interface migration in polycrystalline copper
No full textUn polycristal est constitué par un agglomérat de monocristaux micrométriques accolés les uns aux autres. L’interface entre deux monocristaux tournés constitue un joint de grains (JdG). Les JdGs jouent un rôle important dans le comportement plastique des matériaux cristallins. Sous certaines conditions de traitement thermique (TT) ou de thermomécanique (TM), les JdGs peuvent migrer et font évoluer profondément les microstructures. Ces phénomènes anciens restent toutefois mal connus et il n’existe pas de modèle quantitatif décrivant la migration. Dans ce contexte, nous avons étudié expérimentalement la migration des JdGs dans deux nuances de cuivre électrolytique de même pureté. L’un livré sous la forme d’une tôle obtenue par le laminage à froid suivi d’un recuit continu à 700°C (que l’on nommera cuivre I), est recristallisé. L’autre, fourni sous forme de cylindre (cuivre II) est partiellement recristallisé. Un traitement thermique initial permet d’obtenir un état de référence puis différents TT et TM sont effectués afin d’étudier la migration des joints.Nous recherchons les conditions de l’écrouissage critique (croissance de grains lors de recuit sans germination après très faible déformation plastique) afin d’observer la migration induite par déformation (Strain Induced Boundary Migration SIBM). Le déplacement de JdG par ce mécanisme a été observé in-situ sous le MEB. Une technique de mesure combinée EBSD et AFM est utilisé pour suivre de manière quantitative les évolutions microstructurales et évaluer les différentes forces motrices en présence. Le déplacement des JdGs est quantifié précisément grâce aux phénomènes de gravure thermique et l’existence de points fixes dans les clichées EBSD. L’énergie stockée, associée aux microstructures de dislocations dans chaque grain a été estimée par deux méthodes, la mesure de la désorientation locale à l’aide de cartographie de KAM et la simulation par modèle de Taylor relâché incluant un modèle de plasticité cristalline justifié physiquement et incluant une restauration isotrope ou anisotrope. La courbure des JdGs, 2nde force motrice en présence, est évaluée à partir des contours des JdGs expérimentaux. Un diagramme de migration a été tracé en fonction des déplacements de JdGs liant à l’énergie de courbure de JdG et à la différence d’énergie stockée. Il ressort des différences significative avec le comportement du polycristal d’Al, notamment liées à la différence d’énergie de faute d’empilement et l’existence de nombreuse macles. Le joint triple semble fortement influer le déplacement des JdGs qui a été étudié statistiquement pour le cuivre I à l’aide de donnée EBSD.A polycrystal is made up of an agglomerate of micrometric single crystals adjoining each other. The interface between two rotated single crystals forms a grain boundary (GB). GBs play an important role in the plastic behaviour of crystalline materials. Under certain conditions of heat (HT) or thermomechanical (TT) treatments, GBs can migrate and cause microstructures to evolve radically. However, these ancient phenomena remain poorly understood and there is no quantitative model describing migration. In this context, we experimentally studied the migration of GB in two grades of electrolytic copper of the same purity. One is delivered in the form of a sheet obtained by cold rolling followed by continuous annealing at 700°C (called copper I), and is recrystallized. The other, supplied as a cylinder (copper II), is partially recrystallized. An initial heat treatment allows to obtain a reference state then different HT and TM are carried out in order to study the migration of the grains boundaries.Our interest lies in the conditions of critical strain hardening (grain growth during germination-free annealing after very low plastic deformation) in order to observe strain-induced migration (Strain Induced Boundary Migration SIBM). The displacement of GB by the mechanism was observed in-situ in SEM. A combined EBSD and AFM measurement technique is used to quantitatively monitor microstructural changes and evaluate the different driving forces involved. The displacement of the GB is precisely quantified thanks to the phenomenon of thermal etching and the existence of stationary points in the EBSD pictures. The stored energy, associated with the dislocation microstructures in each grain, was estimated by two methods, the measurement of local disorientation using KAM mapping and the simulation by a relaxed Taylor model including a physically justified crystal plasticity law and accounting for an isotropic or anisotropic restoration. The curvature of GBs, the 2nd driving force involved, is evaluated from the observed contours of GBs. A migration diagram is drawn and represents the displacements of GBs as a function of estimates of the curvature energy of GB and the difference in stored energy. Significant differences with the behavior of Al polycrystals are noted, certainly due to the difference in stacking fault energy and the existence of numerous twins. From our statistical analysis of copper I using EBSD data, triple junctions seem to strongly influence the migration of GBs
Contribution hunderstanding the Relationship between Microstructure and Tribological Properties of High Hardness Stainless Steel after Surface Treatments
No full textDes industriels du domaine aéronautique se sont regroupés autour du projet MEKINOX (Mécanique Inoxydable) visant à développer l'utilisation de différentes nuances d'aciers inoxydables en raison de leur haute résistance mécanique et de leur résistance à la corrosion. Cependant ces aciers sont réputés sensibles au frottement. Dans ce contexte, ce travail de thèse est dédié dans un premier temps à l'étude de l'effet des différents traitements thermiques et de surface sur la microstructure des aciers inoxydables visant à améliorer leur aptitude au frottement. Nous avons mis en évidence différents mécanismes de durcissement : par précipitation, par changement de phase et par solution solide. Dans un deuxième temps, nous avons mis en place une démarche expérimentale permettant de comparer la réponse des différents couples de matériaux sous contact roulant et glissant extrêmes. Ces essais nous ont permis de caractériser l'évolution du coefficient de traction et de classer les différents états métallurgiques selon leur résistance à l'usure. Dans un troisième temps, nous avons caractérisé les différents types d'endommagements se produisant en surface et en sous-couche. Enfin, l'utilisation de l'EBSD nous a permis caractériser la déformation plastique en sous couche et de tenter de corréler la valeur de la densité de HAGB (Angles à forte désorientation) avec la résistance à l'usure des différents états métallurgiques des aciers étudiés.Aeronautics industrials gathered thought MEKINOX project ("Mécanique Inoxydable") in order to develop the use of different stainless steels grades, because both their high strength and corrosion resistance. However, these steels are deemed sensitive to friction. In this context, this thesis is dedicated firstly to study the effect of different thermal and surface treatments on the microstructure of stainless steels to improve their ability to friction. Different hardening mechanisms were observed: precipitation, phase change and solid solution. Secondly, we have implemented an experimental approach for comparing the response of the various materials pairs under extreme sliding and rolling contact. These tests have allowed us to characterize the friction coefficient evolution and classify the different metallurgical materials and treatments according to their wear resistance. Thirdly we have characterized the different types of damage occurring at surface and in the subsurface. Finally, the use of EBSD allowed us to characterize the plastic deformation in the subsurface and to correlate the value HAGB (High Angle Grains Boundaries) density with the wear resistance of the different metallurgical materials and treatments of the examined steels
Ti6Al4V and Ti6Al4V-nYSZ nanocomposite alloys produced by additive manufacturing via the Selective Laser Melting (SLM) process : powders processing, microstructures optimization and mechanical properti
No full textCette étude a présenté pour la première fois l'effet de l'ajout de poudre de zircone stabilisée par l’oxyde d’yttrium (nYSZ) sur la microstructure et les propriétés mécaniques à chaud et à froid du Ti6Al4V fabriqué via la technologie fusion sur lit de poudre (SLM). Cette thèse contient également la première étude de l'effet du pressage isostatique à chaud (HIP) sur une matrice Ti6Al4V renforcée par la zircone et fabriquée par SLM. La fusion des mélanges de poudre Ti6Al4V / nYSZ via SLM peut être difficile si les paramètres de fusion ne sont pas adaptés. À l'exception du raffinage des grains, la microstructure de Ti6Al4V ne présente pas de changements significatifs dans la morphologie des grains après l'addition de nYSZ. Cependant, les propriétés mécaniques ont été considérablement augmentées. Après le post-traitement HIP, le nombre de défauts est drastiquement réduit et les propriétés mécaniques améliorées. Le matériau présente par ailleurs une contrainte d'écoulement stable. À haute température, les propriétés mécaniques sont très supérieures à celles du Ti6Al4V, en raison de l'effet de renforcement de nYSZ.In this thesis, we investigated effect of addition of nano yttria stabilized zirconia (nYSZ) powder on microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V manufactured via Selective laser Melting (SLM) technology. Also, so far, this is the only study that shows the effect of hot isostatic pressing (HIP) on a zirconia reinforced Ti6Al4V matrix manufactured via SLM and the effect of a heat treatment near the transus temperature on the mechanical behavior and final microstructure. Processing Ti6Al4V/nYSZ powder blends via SLM can be challenging if the process parameters are not adapted. Except for grains refining, the microstructure of Ti6Al4V did not show significant changes in grain morphology after nYSZ addition. However, the mechanical properties were greatly enhanced. After HIP post treatment, the microstructure of reinforced parts presented fewer defects and the mechanical properties were enhanced, and stable flow stress was observed. Even at high temperature, the mechanical properties were superior to that of Ti6Al4V, because of the reinforcing effect of nYSZ
Study of mixted (tilt-twist) grain boundaries migration in Ni using molecular dynamics
No full textLes innovations récentes concernant les matériaux reposent beaucoup sur l’ajout et le contrôle d’interfaces. Cela est vrai pour les matériaux cristallins massifs incontournables pour les applications type structure, mais aussi pour les matériaux fonctionnels, micro-objets, ou les matériaux nanostructurés. Parmi ces interfaces il y a les joints de grains (JdGs) qui sont définis comme la frontière délimitant deux grains dont les orientations cristallographiques sont différentes. Les joints de grains contribuent fortement aux propriétés macroscopiques des matériaux. Le travail réalisé est une contribution à l’étude du comportement des joints lors de traitements thermomécaniques induisant leur mobilité. On parle de migration. En effet, Pour certains chargements thermo-mécaniques, les joints de grains (JdG) migrent dans les polycristaux métalliques. Malgré une littérature abondante sur le sujet, la compréhension du comportement collectif des dislocations et des JdG reste partielle au moins à l’échelle macroscopique. Ceci est dû, d’une part, au fait que plusieurs forces motrices sont actives simultanément dans les expériences sur polycristaux : (i) la tension de surface d’un joint courbé (ii) le différentiel d’énergie élastique pour les matériaux anisotrope élastiquement et (iii) enfin, la dernière force motrice est l’origine du couplage plasticité-migration. D'autre part, la mobilité des interfaces est intimement liée à leur structure atomique. Le présent travail se propose d’étudier théoriquement par simulation atomistique la migration en lien avec la structure des JdG. Des simulations de migration de JdG par dynamique Moléculaire, sous l’action d’une force motrice synthétique, sont réalisées. Une large variété de JdG, représentée par des bicristaux de Nickel, est étudiée. La mobilité des JdG est discutée en particulier pour différents plans du JdG et températures. A travers cette étude,trois caractères vis-à-vis de la température ont été observés : caractère thermoactivé, caractère athermique, et caractère antithermique. A ces caractères s’ajoutent d'autres comportements variant avec la température. Les simulations ont permis aussi l’identification de quelques mécanismes élémentaires de migration pour des JdG simples. Les JdG présentant une migration par formation de marche ou de disconnections ont été étudiés par la suite par la méthode Nudged Elastic Band. Cette méthode a permis de déterminer le chemin de minimum énergie lors de la migration. L’évolution du joint de grains lors de sa migration montre la nucléation et le déplacement des marches, identifiées comme des disconnections.Recent innovations in materials rely heavily on the addition and control of interfaces.This is true for massive crystalline materials that are essential for structural applications, but also for functional materials, micro-objects, or nanostructured materials. Among these interfaces are the grain boundaries (GBs) which are defined as the boundary delimiting two grains with different crystallographic orientations.Grain boundaries strongly contribute to the macroscopic properties of materials. The work done is a contribution to the study of the behavior of GBs during thermomechanical treatments inducing their mobility. We are talking about migration. Indeed, during a thermomechanical loading, grain boundaries (GB) generally migrate through polycrystalline samples. Despite an extensive literature on the subject, understanding the collective behavior of dislocations and GB remains partial, at least on the macroscopic scale. This is due, firstly, to the fact that several driving forces are active simultaneously during the experiments on polycrystals : (i) the surface tension of a curved boundary (ii) the differential elastic energy for elastically anisotropic materials, and finally (iii) the coupling between plasticity and migration. On the other hand, the mobility of such interfaces is closely related to their atomic structure.Simulations of GBs migration by Molecular dynamics, under the action of asynthetic driving force, are carried out. A wide variety of GBs, represented by nickel bicristals, is studied. GB mobility is first discussed for various GB planes and temperatures. Through this study, three characteristics with respect to temperature were observed : thermally activated character, athermic character, and antithermal character. To these characters is added other behaviors varying with the temperature.The simulations also allowed the identification of some elementary migration mechanisms for basic GBs. GBs with step migration or disconnection migration were studied by the Nudged Elastic Band method. This method allowed determiningt he path of minimum energy (MEP) during the migration. The evolution of the grain boundary during its migration shows the nucleation and the displacement of the steps, identified as disconnections
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Influence of surface transformations induced by thermo-mechanical processes on fatigue limit of Ti-10V-2Fe-3Al titanium allys
No full textLes alliages de titane sont largement utilisés dans le secteur de l’aéronautique. Cependant,ces alliages sont très sensibles aux gammes d’élaboration et de mises en forme. Cesdernières ont une grande influence sur l’intégrité de surface des produits finis, ce qui aun impact sur la durée de vie des pièces en service. Il est donc nécessaire de maîtriser lesprocédés afin de pouvoir définir la tenue en service des pièces.Dans ces travaux, les différentes intégrités de surface sont décrites en termes d’évolutionmicrostructurale, de contraintes résiduelles et de micro-géométrie. Des essais de fatigueen flexion 4 points sont réalisés pour tester les performances mécaniques de ces surfaces.Nous avons remarqué une bonne cohérence entre les modèles reliant l’intégrité de surfaceet la tenue en fatigue déterminée expérimentalement.De plus, étant donné que les alliages de titane ont des microstructures complexes etpeuvent être multiphasés, nous nous sommes aussi intéressés au caractère hétérogènede ces matériaux principalement dans l’analyse de contraintes résiduelles déterminées àl’aide de la diffraction des rayons X. Nous avons remarqué que ces hétérogénéités ontun impact sur la détermination des contraintes résiduelles. De fait une méthodologiede détermination de contraintes non standard a été mise en place et validée par dessimulations utilisant un modèle d’homogénéisation auto-cohérent.Ces modèles d’homogénéisation sont intéressants d’un point de vue de la déterminationdes contraintes résiduelles par diffraction des rayons X car ils permettent la prise encompte de l’aspect multiphasé des matériaux ainsi que leur caractère anisotrope.Titanium alloys are widely used in aeronautics industries. However, these alloys are highlysensitive to the method for elaboration and transformation processes. These processesimpact on the surface integrity of products. Therefore, they have to be controlled inorder to predict life time of structures.In this work, the study of surface integrity is focused on the description of microstructalevolution, residual stresses and micro-geometry. Four points bending tests were performedin order to determined the fatigue limit of the different studied processes. We find outa good consistency between models used to determinate lifetime from surface integrityinvestigation and experimental results.Moreover, microstructures of titanium alloys are highly complex and they often are twophasedmaterials. Consequently, we studied the heterogeneous behaviour of such materialby X-ray diffraction investigation.We found out that these heterogeneities have an impacton residual stresses determination. Therefore, a non-standard methodology was definedand validate by simulation using a micro-mechanic model : a self-consistent model.Micro-mechanical models are interesting for the residual stresses determination using Xraydiffraction because they allow to take into account heterogeneous and anisotropicbehaviours through anisotropic elasticity and anisotropic texture
Micromechanical modelling of transformation plasticity in steels based on fast Fourier transform numerical scheme
No full textAu cours de processus thermomécaniques engendrant une transformation de phase dans les aciers, une déformation plastique importante peut se produire sous l’effet d’une contrainte appliquée, même si celle-ci est plus faible que la limite d’élasticité de la phase la plus molle. Ce phénomène s’appelle plasticité de transformation ou TRansformation Induced Plasticity (TRIP), et peut jouer un rôle important sur le contrôle des procédés de transformation industriels. Par exemple, au cours du refroidissement par trempe de produits semi-finis ou finis (plaques, tôles, roues, ...), ce phénomène peut affecter la planéité des produits plats et engendrer des contraintes résiduelles qui vont affecter la qualité finale de produits finis. Il s’avère donc important de prévoir cette plasticité de transformation induite par un chargement thermomécanique donné. Dans cette thèse, un modèle micromécanique de plasticité cristalline avec transformation de phase a été développé. Il s’appuie sur l’utilisation de la transformée de Fourier rapide (TFR) développée pour des milieux périodiques. L’expansion volumique induite par une transformation de phase de type diffusive (« Greewood-Johnson effet ») est prise en compte dans le modèle afin d’estimer la plasticité de transformation et le comportement mécanique pendant la transformation de phase. Les résultats obtenus par TFR ont confirmé l’existence d’une relation linéaire entre contrainte appliquée et déformation plastique induite par la transformation, lorsque la contrainte appliquée faible (c’est-à-dire inférieure à la moitié de la limite d’élasticité de la phase la plus molle). Lorsque la contrainte appliquée est plus élevée, le modèle prévoit que cette relation linéaire n’est plus valable, même si la déformation plastique de transformation augmente toujours avec la contrainte ; ceci est bon accord avec des observations expérimentales. L’interaction entre paramètres microstructuraux (tels que texture, morphologie et taille de grains, ...) et mécaniques (contrainte de rappel, sensibilité à la vitesse de déformation, ...) a été analysée. Il a été montré que tous ces paramètres doivent être pris en compte dans l’estimation de la plasticité de transformation. L’effet de l’écrouissage cinématique de la phase mère sur l’anisotropie de déformation induite a égalament été discuté. Par ailleurs, les résultats numériques obtenus par TFR ont été comparés à des résultats issus de modèles analytiques existants et à des mesures expérimentales. Compte tenu du bon accord entre résultats numériques et expérimentaux, les résultats obtenus par TFR ont servi référence pour améliorer les modèles analytiques existants ; ces nouveaux modèles simplifiés s’avèrent plus précis que ceux proposés auparavant.During phase transformation in steels, when stress is applied, significant large strain can be observed even though the applied stress is much smaller than the yield stress of the softest phase. The phenomenon is called Transformation Plasticity or TRansformation Induced Plasticity (TRIP). Transformation plasticity is known to play an important role during steel producing processes. For example, during quenching process of plates, sheets, wheels and gear products, the phenomenon affects their shape and residual stresses which determines the quality of products. In this PhD thesis, a micromechanical model of crystal plasticity with phase transformation is developed. It takes advantage of the fast Fourier transform (FFT) numerical scheme for periodic media. Volume expansion along with phase transformation (Greenwood-Johnson effect) is taken into account in the model in order to evaluate the transformation plasticity and mechanical behaviour during phase transformation. The FFT results confirm linear relation between applied stress and transformation plastic strain, if the applied stress does not exceed a half the value of yield stress of the parent phase. For relatively large applied stresses, transformation plastic strain increases nonlinearly with respect to the applied stress. These results agree well with experimental ones. The metallurgical and mechanical interactions during phase transformation are also analysed, such as texture, grain morphology, grain size, back stress effect and viscoplastic deformation effect. It is shown that they cannot be neglected for estimating transformation plasticity. Among others, the role of kinematic hardening of the parent phase on the resulting strain anisotropy is discussed. Finally, the FFT numerical results have been compared with existing analytical models as well as experimental results. Moreover, these FFT computations have been used as references to develop new approximate analytical models. They are shown to improve on previous proposals. These new models were confirmed that they estimate well the transformation plasticity than other analytical models which have been treated in this PhD thesis
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
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