深海网箱浮架结构弹性响应及安全疲劳分析
发布时间：2020-08-31 14:06
随着社会发展和生活水平的提高,人们对水产品的消费在不断增加,为满足人们日益增长的海洋水产品的需求,拓展水产品发展空间大力开发和利用海洋渔业资源成为必然选择。近些年来,传统海洋渔业资源开发多围绕着近岸区域发展,渔业资源的养殖、增殖和捕捞受到近岸海洋污染等众多因素的限制;同时过度的捕捞和开发利用,可利用的近岸海洋渔业资源也在不断较少,渔业水产品的养殖捕捞量也逐渐下降。为进一步开发海洋渔业资源和保护近岸生态环境,发展深远海养殖牧场已成为全球渔业发展的趋势。深海养殖牧场是将网箱安装在深远海,利用海洋优质水质进行规模化人工养殖的主要方式。经过过去几十年的发展,对深远海养殖牧场的开发在挪威和美国等发达国家已经初具规模,但国内网箱养殖产业的发展依然滞后。关于网箱水动力特性及安全性能研究已取得一些进展,但相关研究基础还比较薄弱,很多基础性科学问题需要进一步的深入研究。本文主要对深水网箱浮架结构的水动力特性及安全疲劳进行分析研究。本文通过曲线梁法和有限元模型,对网箱浮架系统的弹性响应和应力应变分布进行了分析;并利用疲劳估算时域法和频域法对浮架疲劳寿命进行了估算。主要研究内容如下:(1)采用曲线梁理论对网箱浮架结构弹性响应进行了分析。通过模态叠加法和曲线梁法建立浮架弹性响应分析模型,利用牛顿第二定律分析网箱和浮架运动响应;通过物理模型实验结果和数值结果对比验证了浮架运动分析和变形分析模型的有效性;对比分析了浮架变形的各阶模态、不同波浪入射角等因素对浮架变形的影响,并对浮架变形最大位置进行了分析;分析了随机波浪作用下浮架变形的频域响应,计算了浮架平面内变形和外变形与波浪的传递函数、相干数和相位差。(2)联合利用有限元模型和水动力学模型对浮架系统应力响应进行了研究。通过将计算浮架受力的水动力学模型和计算浮架应力的有限元模型交替迭代求解,实现水流作用下网箱系统柔性浮架结构的应力计算。通过与模型实验结果比较,验证了数学模型。分析了单点系泊双体和三体组合式网箱浮架系统水流作用下的应力分布情况。同时,分析了波浪作用下浮架的应力分布情况,并计算得到浮架应力的历时曲线及浮架应力与波高之间的相关性和相位差。(3)利用疲劳寿命估算的时域方法和频域方法,对浮架的疲劳寿命进行了估算。时域疲劳寿命分析中,利用线性疲劳损伤理论和浮架材料疲劳SN曲线,建立简化疲劳分析时域模型,求解出浮架疲劳损伤和寿命;研究了不同材料疲劳性能曲线,波浪入射角,锚碇形式和极端海况等因素对浮架疲劳寿命的影响。频域疲劳寿命分析中,利用Weibull分布,Rayleigh分布,Gamma分布和广义极值分布等分布函数拟合浮架应力范围的短期和长期分布,建立浮架疲劳分析频域模型,探究分布模型估算浮架疲劳寿命的适用性;分别基于应力范围的短期分布和长期分布估算浮架疲劳寿命;并将简化时域方法和频域方法估算得到疲劳寿命进行对比分析。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P75;S955.9
【部分图文】：
水产品的重要途径。随着世界人口数量的增加和生活水平的提高，人们对优质高蛋白海逡逑洋水产品的需求和消费也在不断增加。水产养殖是指利用海洋生物资源在近岸或深海开逡逑展鱼类和藻类的人工培育养殖活动。根据联合国粮农组织（ＦＡＯ）邋２０１６年报告（图１．１）逡逑［］］，全世界渔业产量以年均约３．３％的速度不断增加，２０１４年渔业产量达到１．６７亿吨，逡逑其中海洋养殖产量以年均５．８％的速度不断增加。至２０１４年，海洋水产养殖产量达到０．７４逡逑亿吨，约占全球渔业总产量的４５％。为了满足人们对水产品日益增长的需求，海洋水产逡逑养殖正逐步成为水产品获取的主要来源，并扮演着越来越重要的角色。根据ＦＡＯ的报逡逑告，按照当前世界人口增长速度和消费水平估算，到２０２５年水产品至少有超过２千万逡逑吨的缺口，海洋水产养殖产量将占全球渔业总产量的５２％，海洋水产养殖产品的消费量逡逑将占全球水产品消费量的５７％，如图１．２。为了X椉雍Ｑ笏饭┯α浚岣咚分叔义狭
本文编号：2808908
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P75;S955.9
【部分图文】：
水产品的重要途径。随着世界人口数量的增加和生活水平的提高，人们对优质高蛋白海逡逑洋水产品的需求和消费也在不断增加。水产养殖是指利用海洋生物资源在近岸或深海开逡逑展鱼类和藻类的人工培育养殖活动。根据联合国粮农组织（ＦＡＯ）邋２０１６年报告（图１．１）逡逑［］］，全世界渔业产量以年均约３．３％的速度不断增加，２０１４年渔业产量达到１．６７亿吨，逡逑其中海洋养殖产量以年均５．８％的速度不断增加。至２０１４年，海洋水产养殖产量达到０．７４逡逑亿吨，约占全球渔业总产量的４５％。为了满足人们对水产品日益增长的需求，海洋水产逡逑养殖正逐步成为水产品获取的主要来源，并扮演着越来越重要的角色。根据ＦＡＯ的报逡逑告，按照当前世界人口增长速度和消费水平估算，到２０２５年水产品至少有超过２千万逡逑吨的缺口，海洋水产养殖产量将占全球渔业总产量的５２％，海洋水产养殖产品的消费量逡逑将占全球水产品消费量的５７％，如图１．２。为了X椉雍Ｑ笏饭┯α浚岣咚分叔义狭
本文编号：2808908
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