基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，属于深海重力式网箱设计领域，该方法涉及了网箱的容积损失、缆索的最大张力、浮圈的运动与变形，考虑了重力式网箱各部分之间的相互影响关系，用于评价网箱底部配重与缆索分布形式对网箱抗浪流能力的影响，技术方案为：包括以下步骤：建立具有不同配重和不同缆索分布的网箱的多个数值模型；基于冷水团海况，建立浪流模型，获取网箱各部分的变形、受力与位移；分析不同配重情况下网箱的容积损失率和浮圈运动情况；分析不同缆索分布形态下，洋流速度和方向变化对缆索最大张力的影响；得出网箱的配重和缆索分布形态的最优设计方案。设计方案。设计方案。

【技术实现步骤摘要】
基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法


[0001]本专利技术涉及深海重力式网箱设计领域，特别是涉及基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]养殖网箱的水动力学响应是水产养殖网箱发展的关键问题。目前，近海养殖的密度普遍高于海域的环境容量，造成了水流不连续、水体交叉污染等问题。因此，全球水产养殖业有向深远海转移的趋势。深海养殖面临着更为严峻的海况条件，这就要求深海网箱具有更强的抗浪流能力。这增加了深海重力式网箱设计的难度与成本。针对这一问题，众多学者对重力式网箱各部分的水动力学响应进行了研究，包括浮架系统、网衣系统、配重系统以及系泊缆索系统。其中，浮架系统主要为重力式网箱提供浮力并支持网衣的形状，一般采用高密度聚乙烯(HDPE)制成；网衣系统主要连接浮架系统与配重系统，限定养殖鱼类的活动范围；配重系统主要依靠自身重力张紧网衣，用于保持网箱的体积；系泊缆索系统主要用于限制网箱的移动，一旦由于缆索张力过大造成缆索的断裂，可能会造成网箱的丢失。
[0004]专利技术人发现，目前的研究仅针对于网箱的单一部分，比如在研究网箱的容积损失时，浮架系统被固定，但实际上浮架系统会因为浪流载荷的影响发生位移与变形，也会对网箱的容积损失造成影响。在实际情况中，网箱各部分之间会相互影响，针对于网箱单一部分研究所得结果准确性较低，不能很好的用于深海重力式网箱的设计。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，该方法涉及了网箱的容积损失、缆索的最大张力、浮圈的运动与变形，考虑了重力式网箱各部分之间的相互影响关系，可以评价网箱底部配重与缆索分布形式对网箱抗浪流能力的影响，进而提出网箱的设计方案，解决了仅针对网箱单一部分导致研究结果准确性较低，无法用于网箱设计的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提出一种基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，包括以下步骤：
[0008]建立具有不同配重和不同缆索分布的网箱的多个数值模型；
[0009]基于冷水团海况，建立浪流模型，获取网箱各部分的变形、受力与位移；
[0010]分析不同配重情况下网箱的容积损失率和浮圈运动情况；
[0011]分析不同缆索分布形态下，洋流速度和方向变化对缆索最大张力的影响；
[0012]得出网箱的配重和缆索分布形态的最优设计方案。
[0013]作为进一步的技术方案，网箱的数值模型的建立过程为：
[0014]简化浮架系统，对其建模；在浮架系统底部搭建网衣系统；在浮架系统侧部搭建三
次样条集中质量有限元系泊缆索模型，而后在整个模型底部建立配重系统。
[0015]作为进一步的技术方案，浮架系统简化时，将双排浮圈简化为单排浮圈，并以双排浮圈的尺寸计算简化浮架系统的截面面积、转动惯量和极转动惯量。
[0016]作为进一步的技术方案，缆索分布的形式包括米字型缆索分布与井字型缆索分布。
[0017]作为进一步的技术方案，配重系统与网衣系统相连，与浮架系统共同维持网箱的体积，并由网箱在静水中的运动方程选取配重系统重量。
[0018]作为进一步的技术方案，在分析容积损失率时，改变流速，分析流速与配重系统对容积损失率的影响。
[0019]作为进一步的技术方案，在分析浮圈运动情况时，当网箱达到平衡位置时，获取浮圈中心的位移和倾斜度。
[0020]作为进一步的技术方案，对不同缆索分布形态进行分析时，首先保证洋流流速不变，分析不同缆索分布形态在洋流方向变化时对缆索最大张力和浮圈运动的影响；然后分析不同缆索分布形态在洋流速度变化时对缆索最大张力和浮圈运动的影响。
[0021]作为进一步的技术方案，在浪流模型基础上，建立规则波模型，分析缆索分布形态对波浪荷载阻力的影响。
[0022]作为进一步的技术方案，模拟过程中，改变波浪的浪高与周期，获取不同缆索分布形态下浮圈的变形情况。
[0023]上述本专利技术的有益效果如下：
[0024](1)本专利技术综合考虑网箱的容积损失、缆索的最大张力、浮圈的运动与变形之间的相互影响，不再仅仅针对于网箱的单一部分，提高了分析结果的准确性，并能基于分析结果得出的网箱的配重和缆索分布形态的设计方案。
[0025](2)本专利技术设计过程中，浮圈可以运动以及变形，由浮圈运动变形而引起的网箱容积变形将不再忽略，使得评价过程更加贴合于实际情况，使得容积损失率的计算更加准确，进一步提高了评价结果的准确性。
[0026](3)本专利技术利用ProteusDS搭建三次样条集中质量有限元系泊缆索模型，与典型的线性单元相比，此模型可选取更长的单元长度，可允许更大的数值时间步长和更少的计算，大幅度提高模拟运算速度，获取更精确的结果。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0028]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的分析方法流程示意图；
[0029]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的双排浮圈示意图；
[0030]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的浮架系统最终简化为单排浮圈的示意图；
[0031]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的网衣系统网孔结构示意图；
[0032]图5是本专利技术根据一个或多个实施方式的米字型缆索分布示意图；
[0033]图6是本专利技术根据一个或多个实施方式的井字型缆索分布示意图；
[0034]图7是本专利技术根据一个或多个实施方式的深海重力式网箱结构示意图；
[0035]图8是本专利技术根据一个或多个实施方式的带有米字型缆索分布重力式网箱配重的node点示意图；
[0036]图9是本专利技术根据一个或多个实施方式的带有米字型缆索分布重力式网箱缆索的node点示意图；
[0037]图10是本专利技术根据一个或多个实施方式的带有井字型缆索分布的重力式网箱模型示意图；
[0038]图11是本专利技术根据一个或多个实施方式的带有米字型缆索分布的重力式网箱模型示意图；
[0039]图12是本专利技术根据一个或多个实施方式的网箱体积划分示意图；
[0040]图13是本专利技术根据一个或多个实施方式的数值模型仿真结果体积变化示意图；
[0041]图14是本专利技术根据一个或多个实施方式的Cvr
‑
v示意图；
[0042]图15是本专利技术根据一个或多个实施方式的浮圈一侧下沉网箱致使网箱满溢示意图；
[0043]图16是本专利技术根据一个或多个实施方式的不同缆索分布情况下F
max
‑
v示意图；
[0044]图17是本专利技术根据一个或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，其特征是，包括以下步骤：建立具有不同配重和不同缆索分布的网箱的多个数值模型；基于冷水团海况，建立浪流模型，获取网箱各部分的变形、受力与位移；分析不同配重情况下网箱的容积损失率和浮圈运动情况；分析不同缆索分布形态下，洋流速度和方向变化对缆索最大张力的影响；得出网箱的配重和缆索分布形态的最优设计方案。2.如权利要求1所述的基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，其特征是，网箱的数值模型的建立过程为：简化浮架系统，对其建模；在浮架系统底部搭建网衣系统；在浮架系统侧部搭建三次样条集中质量有限元系泊缆索模型，而后在整个模型底部建立配重系统。3.如权利要求2所述的基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，其特征是，浮架系统简化时，将双排浮圈简化为单排浮圈，并以双排浮圈的尺寸计算简化浮架系统的截面面积、转动惯量和极转动惯量。4.如权利要求1或2所述的基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，其特征是，缆索分布的形式包括米字型缆索分布与井字型缆索分布。5.如权利要求2所述的基于配重及缆索分布评价的重力式网箱设计方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱向前，毕庆显，李鑫宇，
申请(专利权)人：山东大学日照智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：