锚碇系统缆索张力确定方法、布局设计方法、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开的锚碇系统缆索张力确定方法、布局设计方法、设备及介质，涉及海上漂浮式装备锚碇系统技术领域，包括：对于网箱群组平衡前后变形忽略不计的锚碇系统，获取网箱群组迎流工况、上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷和初始状态时各缆索与海平面间的夹角；根据网箱群组迎流工况，选定缆索张力计算模型；根据衰减系数、网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷、初始状态时各缆索与海平面间的夹角及选定的缆索张力计算模型，确定各缆索最大张力。利用缆索张力计算模型，确定锚碇系统的设计参数，在网箱群组结构强度校核阶段预选出有潜力的锚碇系统，并快速计算锚碇系统各缆索最大张力。大张力。大张力。

【技术实现步骤摘要】
锚碇系统缆索张力确定方法、布局设计方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及海上漂浮式装备锚碇系统
，尤其涉及锚碇系统缆索张力确定方法、布局设计方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]海洋牧场养殖大量使用重力式网箱群组。锚碇系统在提高网箱抵抗浪流载荷方面起到重要作用，是网箱群组设计的关键部分。锚碇系统设计主要包括结构强度校核与疲劳耐久校核两大块。其中结构强度校核主要包括锚碇系统布局设计及缆索最大张力校核，保证锚碇系统整体结构在平衡前后不发生较大变形，缆索强度满足使用要求，此阶段主要考虑最大载荷影响。由于浪、流最终通过相对速度、相对加速度在网箱上施加载荷，因此在结构强度校核阶段，浪、流载荷可以等效成更大的流致载荷，通过分析最大流致载荷来设计锚碇系统布局以及校核缆索最大张力。先前学者多通过虚拟仿真或物理试验来完成单一网箱锚碇系统的结构强度校核，但是网箱群组尺寸大，结构复杂，缆索众多，致使物理试验难度大。再加上每种锚碇系统样机模型对应多种仿真工况，多次仿真使得虚拟仿真计算量呈倍数增长，缺乏有效减少锚碇系统样机模型数量的方法。即使虚拟仿真，由于结构复杂，设计变量多，设计速度也无法满足使用需求。因此亟需一种科学高效的方法在网箱群组结构强度校核阶段预先筛选有潜力的锚碇系统，降低详细设计阶段样机模型数量。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决上述问题，提出了锚碇系统缆索张力确定方法、布局设计方法、设备及介质，能够科学高效的在网箱群组结构强度校核阶段预选出有潜力的锚碇系统，并快速计算网箱群组锚碇系统各缆索最大张力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，提出了锚碇系统缆索张力确定方法，包括：对于网箱群组平衡前后变形忽略不计的锚碇系统，获取网箱群组迎流工况、锚碇系统中上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷和初始状态时各缆索与海平面间的夹角；根据网箱群组迎流工况，选定缆索张力计算模型；根据上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷、初始状态时各缆索与海平面间的夹角及选定的缆索张力计算模型，确定各缆索最大张力。
[0005]第二方面，提出了锚碇系统布局设计方法，包括：获取网箱群组迎流工况、上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷、已确定的初始状态时各缆索与海平面间的夹角；网箱群组迎流工况选定保证网箱群组平衡前后锚碇系统变形忽略不计的角度约束关系和缆索张力计算模型；
根据水动力载荷衰减系数、已确定的初始状态时各缆索与海平面间的夹角、选定的角度约束关系和系泊缆最大张力在连接点竖直方向分力小于等于系框缆与浮标在竖直方向的分力的约束关系，确定初始状态时所需设计缆索与海平面间的夹角范围；从初始状态时所需设计缆索与海平面间的夹角范围中选取确定初始状态时所需设计缆索与海平面间的夹角；根据上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷、已确定的初始状态时各缆索与海平面间的夹角、初始状态时所需设计缆索与海平面间的夹角及选定的缆索张力计算模型，确定各缆索最大张力；根据各缆索最大张力，确定缆索型号与材质。
[0006]第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成锚碇系统缆索张力确定方法所述的步骤。
[0007]第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成锚碇系统缆索张力确定方法所述的步骤。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术对于网箱群组平衡前后变形忽略不计的锚碇系统，计算了上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数，并根据网箱群组迎流工况选定了缆索张力计算模型，通过衰减系数、初始状态时各缆索与海平面间的夹角及选定的缆索张力计算模型，计算获得各缆索最大张力，实现了对网箱群组在均匀稳定流冲击下达到平衡状态时各缆索最大张力的快速计算。
[0009]2、本专利技术还能够根据保证网箱群组平衡前后锚碇系统变形忽略不计的角度约束关系，确定初始状态时所需设计缆索与海平面间的夹角范围，综合考虑缆索张力较小原则与经济性，并结合缆索张力计算模型的单调性，从该范围中选取初始状态时所需设计缆索与海平面间的夹角，根据初始状态时所有缆索与海平面间的夹角，确定各缆索最大张力，通过各缆索最大张力，确定缆索型号与材质，使得确定的缆索型号与材质，满足各缆索的强度要求，能快速在网箱群组结构强度校核阶段预先筛选有潜力的锚碇系统，降低详细设计阶段样机模型数量，降低计算量。
附图说明
[0010]图1为实施例1公开的重力式网箱群组动力学模型结构示意图；图2为实施例1公开的锚碇系统局部结构示意图；图3为实施例1公开的锚碇系统中的缆索标注示意图；图4为实施例1公开的网箱处海流流速分布图；图5为实施例1公开的半圆柱形网衣投影示意图；图6为实施例1公开的+Y流向下2*n网箱群组响应示意图；图7为实施例1公开的+X流向下2*n网箱群组响应示意图；图8为实施例1公开的2*n网箱群组锚碇系统点受力平衡分解图；图9为实施例1公开的系统平衡状态对比图；
图10为实施例1公开的系统平衡状态对比图；图11为实施例1公开的系统平衡状态对比图；图12为实施例1公开的系统平衡状态对比图；图13为实施例1公开的系统平衡状态对比图；图14为实施例1公开的2*n(偶数)网箱群组+X流向下各类缆索最大张力分布图；图15为实施例1公开的2*n(奇数)网箱群组+X流向下各类缆索最大张力分布图；图16为实施例1公开的2*n网箱群组锚碇系统点受力平衡分解图；图17为实施例1公开的组1张力对照图；图18为实施例1公开的组1张力计算误差图；图19为实施例1公开的组2张力对照图；图20为实施例1公开的组2张力计算误差图；图21为实施例1公开的组5张力对照图；图22为实施例1公开的组5张力计算误差图；图23为实施例1公开的组6张力对照图；图24为实施例1公开的组6张力计算误差图；图25为实施例1公开的组7张力对照图；图26为实施例1公开的组7张力计算误差图；图27为实施例1公开的组8张力对照图；图28为实施例1公开的组8张力计算误差图；图29为实施例1公开的组9张力对照图；图30为实施例1公开的组9张力计算误差图。
[0011]其中：A、网衣，B、沉子，C、浮绳框，D、系泊缆，E、锚泊点，G、浮标，H、浮圈，I、系框缆，J、浮标缆。
具体实施方式
[0012]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0013]实施例1在该实施例中，公开了锚碇系统缆索张力确定方法，如图1
‑
图20所示，包括：对于网箱群组平衡前后变形忽略不计的锚碇系统，获取网箱群组迎流工况、锚碇系统中上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷、初始状态时各缆索与海平面间的夹角；根据网箱群组迎流工况选定缆索本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锚碇系统缆索张力确定方法，其特征在于，包括：对于网箱群组平衡前后变形忽略不计的锚碇系统，获取网箱群组迎流工况、锚碇系统中上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷和初始状态时各缆索与海平面间的夹角；根据网箱群组迎流工况，选定缆索张力计算模型；根据上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数、单个网箱在均匀稳定流冲击下所受水动力载荷、初始状态时各缆索与海平面间的夹角及选定的缆索张力计算模型，确定各缆索最大张力。2.如权利要求1所述的锚碇系统缆索张力确定方法，其特征在于，根据网箱的直径、网丝直径、网目尺寸和网丝的法向阻力系数，计算获得上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数。3.如权利要求2所述的锚碇系统缆索张力确定方法，其特征在于，根据网箱的直径、网丝直径、网目尺寸、网丝的法向阻力系数和上游网箱对下游网箱水动力载荷衰减系数的计算公式，计算获得上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数，其中，上游网箱对下游网箱水动力载荷衰减系数的计算公式依据平面网衣的尾流屏蔽效应推导获得。4.如权利要求1所述的锚碇系统缆索张力确定方法，其特征在于，当初始状态时最大张力系框缆与海平面间的夹角满足保证锚碇系统在网箱系统平衡前后变形忽略不计的角度约束关系时，判定网箱群组平衡前后锚碇系统变形忽略不计。5.如权利要求4所述的锚碇系统缆索张力确定方法，其特征在于，当网箱群组迎流工况为小端迎流时，若初始状态时锚碇系统中最大张力系框缆与海平面间的夹角，以及最大张力系泊缆与海平面间的夹角满足第一种角度约束关系时，判定网箱群组平衡前后锚碇系统变形忽略不计；当网箱群组迎流工况为大端迎流时，若初始状态时锚碇系统中最大张力系框缆与海平面间的夹角，以及最大张力系泊缆与海平面间的夹角满足第二种角度约束关系时，判定网箱群组平衡前后锚碇系统变形忽略不计；其中，第一种角度约束关系为：第二种角度约束关系为：式中，为初始状态时最大张力系框缆与海平面间的夹角；为上游网箱对下游网箱水动力载荷的衰减系数；为水流穿透n
‑
1个网箱后，作用在第n个网箱上的水动力载荷衰减系数；为初始状态时最大张力系泊缆与海平面间的夹角；为初始状态时最大张力系框缆向海平面的投影线与Y轴间的夹角；为最大张力系泊缆的最大张力与迎流面所有系泊缆最大张力总和的比值有系泊缆最大张力总和的比值为最大张力浮绳框的最大张力与迎流面所有浮绳框最大张力总和的比值。
6.如权利要求1所述的锚碇系统缆索张力确定方法，其特征在于，当海网箱群组迎流工况为小端迎流时，选定的缆索张力计算模型为：况为小端迎流时，选定的缆索张力计算模型为：况为小端迎流时，选定的缆索张力计算模型为：当海网箱群组迎流工况为小端迎流时，选定的缆索张力计算模型为：迎流工况为小端迎流时，选定的缆索张力计算模型为：迎流工况为小端迎流时，选定的缆索张力计算模型为：式中，为锚碇系统中系泊缆最大张力；...

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