基于有限元的深水延绳式浮筏养殖装置抗风浪能力分析

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1、第31卷第2期农业工程学报V_0l-31No．22015年1月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJan．2015197基于有限元的深水延绳式浮筏养殖装置抗风浪能力分析张光发，栾剑，张斌，梁峻2※(1．大连海洋大学航海与船舶工程学院，大连116023；2獐子岛集团股份有限公司，大连116001)摘要：由浮漂、网笼、主绳、桩绳以及锚固入海底的锚桩构成的延绳式深水浮筏养殖设施处于风大、浪高、流急的深水开放水域，受到复杂海况的作用，其结构的安全性与可靠性将直接影响到整个

2、养殖生产的成败，在其结构设计时需要考虑海洋风浪流的影响，对其受力和运动特性进行研究，进而分析其抗风浪能力，为养殖设施结构的参数设计提供参考。该文基于有限元方法，通过对深水延绳式浮筏养殖装置的受力特性及其变形情况进行分析，建立筏架系统有限元分析模型，利用Broyden迭代法解有限元方程，计算了系统在不同浪级(即不同波高)海况下的筏架系统位移和桩绳的最大张力，对养殖装置的抗风浪能力进行了计算分析。以架设于獐子岛海域30m水深的深水浮筏养殖设施为计算实例，结果显示，主绳长300m的筏架系统在1．5m／s流速的海域中，其桩绳最大张力为78．8kN

3、，横向最大位移为18．5m，抗风浪能力为6～7级海浪(6m波高)；实测结果分别为72．7kN、16．9m，计算结果与实测值吻合良好。通过进一步的试验验证，该分析模型可为深水延绳式浮筏养殖设施的实际工程设计提供理论参考。关键词：水动力；有限元；水产养殖；深水浮筏养殖；抗风浪能力doi：10．3969~．issn．1002—6819．2015．02．028中图分类号：$967．7；$967．8；O352；P751文献标识码：A文章编号：1002—6819(2015)一02—0197—07张光发，栾剑，张斌，等．基于有限元的深水延绳式浮筏养殖装

4、置抗风浪能力分析[J]．农业工程学报，2015，31(2)：197—203．ZhangGuangfa，LuanJian，ZhangBin，eta1．Analysisonwindresistanceabilityofdeepwaterlong-lineropeaquaculturefacilitybyfiniteelementmethod[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2015，31(2)：197-293．

5、(inChinesewithEnglishabstract)困难。0引言关于筏式养殖结构的研究，国外主要采用有限元方筏式养殖技术源于日本，被广泛运用于牡蛎、扇贝法利用商业软件进行分析。Grant[1J利用有限元方法对一和大型藻类的养殖。中国从20世纪50年代海带筏式养种筏式养殖结构进行了数值模拟，Lien和Fredheim0】殖技术的完善和成熟开始，至今已经发展成为涉及藻类、用商业软件对延绳式和浮管式筏式养殖系统的抗风浪性贝类、鲍、参、海胆、蟹类等多品种的筏式养殖，养殖能进行了对比研究。HuangChaicheng】利用集中质量规模不断扩

6、大，并逐渐向深水海域拓展。延绳式深水浮法对单点锚固网络养殖系统的锚固疲劳及其风险分析进筏养殖设施属于筏式养殖方式的一种，其结构主要由浮行了研究。在国内，近年来围绕沿海近岸养殖设施的养漂、网笼、主绳、桩绳以及入海底的锚固锚桩构成，养殖区域规划、养殖结构动力分析、波浪和水流对养殖结殖设施处于风大、浪高、流急的深水开放水域，受到复构的影响、养殖设旌抗风浪性能、养殖结构设计等方面杂海况的作用，其结构的安全性与可靠性将直接影响到开展了诸多研究。王经坤等利用Pro／Engineer和Ansys整个养殖生产的成败，因此在其结构设计时就要考虑海软件作为建

7、模分析平台，应用虚拟设计技术对筏式养殖洋风浪流的影响，对其受力和运动特性进行研究。筏架装置的结构进行了参数化设计研究。李冠颖和黄材成[7系统在海洋风浪流作用下的运动机理、受力及其破坏情运用物理试验和数值模型相结合的方法对深水浮筏式蚵况非常复杂，系统各部件之间相互作用，水深、风浪大架养殖装置的动力特性进行了研究。邓推等[8】利用集中小、海流大小是影响台筏养殖装置稳定性及其抗风浪能质量法对一种新型筏式养殖系统在波浪作用下的整体运力的主要因素。筏架系统的抗风浪能力取决于系统储备动情况进行了模拟和分析。崔勇[10]利用有限单元法对浮浮力、波浪强度

8、、筏架系统各绳索的断裂强度、锚桩对筏设施中浮标和吊笼结构的最大位移以及锚绳受力及其海底的抓力等因素；对其抗风浪能力进行理论分析非常抗风浪性能进行了分析。目前，国内的筏式养殖技术及其相关研究主要