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為了運輸安全、經(jīng)濟，集裝箱船通常設(shè)計成大的貨艙口和狹長的甲板，這就使得船體水平彎曲、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、橫向強度在其總強度中所占的比例明顯上升，艙口角隅處也會產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中。應(yīng)力集中引起的裂紋，可蔓延到甲板甚至舷側(cè)，嚴重的可以導(dǎo)致整艘船舶折斷。因此如何減少應(yīng)力集中問題已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)強度的一個重要問題。艙口角隅處的應(yīng)力集中通常可由直接計算法或?qū)嶒灧治霁@得。隨著有限元分析技術(shù)的發(fā)展，有限元法已被廣泛應(yīng)用到結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的各個領(lǐng)域。
如文獻所述，有限元分析過程的關(guān)鍵主要包括以下幾個方面：有限元程序的選擇、載荷及邊界條件的確定、數(shù)學(xué)模型的建立、單元類型的選擇以及網(wǎng)格的劃分。由于實際結(jié)構(gòu)系統(tǒng)比較復(fù)雜，在進行有限元分析時必須對實際結(jié)構(gòu)模型作適當簡化。然而，在具體分析過程中，由于所作的假定和建模過程的差異，不同的組織或個人對同一結(jié)構(gòu)作有限元分析時，所得的結(jié)果可能會相差很大。國際船舶結(jié)構(gòu)委員會(ISSC)9位成員對某油船橫向肋骨框架的有限元分析所得的甲板橫梁中心線處的位移變化范圍為4.1～33cm，1994年，Y.Sum等9人用二階有限元法對某中等油船舷側(cè)結(jié)構(gòu)進行的有限元分析中，某些關(guān)鍵點的應(yīng)力離散程度達25～30%，文獻對某集裝箱船艙口圍板端部焊縫的疲勞強度分析中，計算所得應(yīng)力集中系數(shù)(SCF)變化范圍為1.47～2.15，疲勞壽命離散范圍為1.8～20.7年，如此等等。
因此，隨著有限元技術(shù)在工程領(lǐng)域地不斷應(yīng)用，如何建立一套系統(tǒng)、可靠的標準來評估有限元分析精度的好壞，已經(jīng)成為一個重要的研究方向。但是，由于評價有限元分析每一細節(jié)步驟的結(jié)果可靠與否都要有一定的衡準或依據(jù)，而這些衡準的確立需要豐富的理論知識和大量的限元分析經(jīng)驗的積累，其中不乏大量比較研究的結(jié)果，這也給精度評估帶來了困難。
本研究以日本某集裝箱船艙口角隅為例，利用有限元軟件ABAQUS，通過與實驗分析結(jié)果作比較，討論模型簡化和網(wǎng)格尺度這兩方面因素對艙口角隅應(yīng)力集中系數(shù)的影響。
有限元分析的目的是為了模擬結(jié)構(gòu)在載荷系統(tǒng)作用下的行為，而不僅僅是結(jié)構(gòu)的幾何特征。對于有限元初學(xué)者來說，常常會把建立精確的幾何模型作為有限元建模的主旨，這通常是一個誤區(qū)。而且，結(jié)構(gòu)在載荷作用下的行為受幾何模型細節(jié)影響的程度會因研究問題的不同而不同。結(jié)構(gòu)在載荷作用下的行為受很多方面因素的影響，如結(jié)構(gòu)幾何形狀、載荷的分布、載荷的大小、相鄰結(jié)構(gòu)間的相互作用、材料以及溫度等等。在模擬結(jié)構(gòu)承載后的行為時，需要對所有這些因素作適當簡化，而整個有限元分析的精度又依賴于對這些不確定性因素進行簡化的正確程度。
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