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油船是船舶中一種相當(dāng)重要的船型，而油船發(fā)生海損事故造成的損失和危險(xiǎn)性遠(yuǎn)高于貨船，對(duì)海洋污染和所承擔(dān)的索賠可能遠(yuǎn)高于油船本身的價(jià)值當(dāng)前，油船已越來越大，出現(xiàn)了巨型油輪甚至超級(jí)油輪，故如何提高油船結(jié)構(gòu)方面的總體強(qiáng)度以保障油船的安全性，一直是航運(yùn)界比較關(guān)注的問題傳統(tǒng)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，是基于線彈性理論以滿足總縱強(qiáng)度下的最小剖面模數(shù)為依據(jù)的安全系數(shù)法，這種方法過于保守，低估了船體的安全性能所以，研究船體極限承載能力、評(píng)估船體結(jié)構(gòu)的真正安全余量，具有重要的實(shí)際意義。
LSUM其基本出發(fā)點(diǎn)是為了減少結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)而采用大型結(jié)構(gòu)單元來模擬一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，這些單元的性能通過精確的理論分標(biāo)解析推導(dǎo)、有限元分析或試驗(yàn)來得到，從而給出每個(gè)結(jié)構(gòu)單元可能的或預(yù)期的失效模式(如單元構(gòu)件的屈曲或局部屈服)的理想化公式，推導(dǎo)出失效前與失效后不同狀態(tài)時(shí)的剛度矩陳分析時(shí)采用載荷增量法，在任意載荷水平下，組裝各單元?jiǎng)偠染仃噺亩玫浇Y(jié)構(gòu)整體剛度陣，加上邊界條件及載荷增量，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)依賴局部失效變形及單元內(nèi)力，進(jìn)一步修正結(jié)構(gòu)剛度陣并逐步增加載荷直至達(dá)到極限強(qiáng)度一旦建立了失效條件、不同類型的單元?jiǎng)偠染仃�，就可以很方便地模擬與分析各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題�；谶@一理論開發(fā)了用于解決大型結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度問題的計(jì)算程序ALPS/ISUM，給出了三種理想單元庫(即理想化梁柱元、理想化無筋板元和理想化加筋板元)，相應(yīng)考慮了這些單元的非線性性能及失效模式(由拉伸應(yīng)力引起的連續(xù)塑性變形；大變形性能及面內(nèi)剛度的折減；柔性破壞及破壞后性能;拉伸斷裂及斷裂后性能)，并成功地應(yīng)用于分析各種類型的船體和構(gòu)件極限承載能力。
本文利用ALPS/ISUM程序?qū)σ幌盗械挠痛M(jìn)行了極限強(qiáng)度計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上研究油船的主尺度與極限強(qiáng)度之間的關(guān)系，使船舶設(shè)計(jì)師能夠在設(shè)計(jì)初始階段預(yù)估油船的極限強(qiáng)度值，從而為合理確定船體構(gòu)件尺寸等后續(xù)的設(shè)計(jì)階段奠定基礎(chǔ)。
該方法是以塑性鉸為基本思想，在彈性變形階段應(yīng)用常規(guī)有限元方法，而塑性變形則認(rèn)為是集中在單元節(jié)點(diǎn)處因此這種方法又稱為“塑性節(jié)點(diǎn)法”在分析中將采用增量形式，塑性節(jié)點(diǎn)法是將一種塑性變形的新原理引入到有限元方法電該原理具有以下假設(shè)：(1)一個(gè)單元是否進(jìn)入塑性狀態(tài)，是通過判斷在單元中的設(shè)計(jì)校核點(diǎn)處的應(yīng)力或殘余應(yīng)力是否滿足屈服條件來決定；(2)屈服條件可以表示為節(jié)點(diǎn)力、塑性勢(shì)的函數(shù)；塑性變形是僅僅集中在節(jié)點(diǎn)處，而單元內(nèi)部仍然保持彈性，彈性剛度矩陳當(dāng)單元發(fā)生大變形時(shí)，用包括幾何非線性的正切彈性剛度矩陣K。在這個(gè)理論中，屈服條件只在組成整個(gè)結(jié)構(gòu)的單個(gè)單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處定義當(dāng)一個(gè)單元中第1個(gè)節(jié)點(diǎn)處的合成應(yīng)力滿足該點(diǎn)適當(dāng)?shù)那䲢l件時(shí)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就變成塑性節(jié)。
當(dāng)材料受到加載時(shí)，其應(yīng)力超過初始屈服應(yīng)力后出現(xiàn)塑性變形，若進(jìn)一步加載，會(huì)使屈服應(yīng)力得到提高，這種現(xiàn)象稱為硬化對(duì)于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，硬化后的新屈服面就是加載表面，若要進(jìn)一步發(fā)生塑性變形，應(yīng)力就要達(dá)到加載面上一般情況下，加載面不僅取決于應(yīng)力和塑性應(yīng)變，而且還有賴于整個(gè)塑性應(yīng)變過程。
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