金属网箱结构动力特性的有限元数值模拟

发布时间：2020-10-11 14:29

　　 社会对水产品的需求量与日俱增,而近岸海洋环境的破坏,病害问题的日益突出,使得网箱养殖业从浅水向离岸深水区发展已成为一种必然选择。但是,离岸区域海况条件恶劣,浪高、流急、风大,因此,研究重力式网箱结构在波浪荷载作用下的动态响应特性具有极其重要的意义。本文采用有限元方法对浮架进行数值模拟,建立了网箱结构的三维有限元数值模型,并对数值模型进行验证,研究网箱结构在波浪荷载作用下的动态响应以及金属网衣在波浪荷载作用下的动态响应,并基于动态响应的结果,对网箱结构进行优化设计。本文主要内容包括：第一章是绪论,介绍了论文研究的目的和背景,介绍了常见网箱结构型式,分析了当前国内外网箱研究进展,提出了本文的研究内容。第二章首先介绍了有限元法和有限元动力分析的基本理论。然后在ANSYS软件中用PIPE单元模拟浮架,LINK单元模拟锚绳,建立了浮架和锚绳在波浪中运动的有限元数值模型。第三章对数值模型进行验证,参考桂福坤浮架运动模型实验,验证数值模型运动和受力变形特性计算的精确性；用圆环拉伸实验验证数值模型变形计算的精确性。第四章基于有限元数值模型,研究了浮架在波浪荷载作用下的动力响应特性,主要分析了不同波浪入射方向下或者个别锚绳断裂后浮架的变形特性、应力特性、锚绳力特性的区别,并给出了各种情况下浮架的变形模式图。第五章对4个连接构件数量模型,4个连接构件抗弯刚度模型,4个浮管抗弯刚度模型和5个锚绳抗拉刚度模型进行计算,根据网箱浮架不同连接构件数量、不同连接构件抗弯刚度、不同浮管抗弯刚度以及不同锚绳抗拉刚度的结果,对网箱结构进行优化、设计。第六章建立了金属网箱结构在波浪荷载下动态响应的有限元数值模型,分析了菱形网目铜合金网衣和矩形网目铜合金网衣在纯波浪条件下的变形和应力特性,并研究了刚度、波高、周期变化对金属网衣动态响应特性的影响。最后总结了本项研究所取得的成果,并展望了今后可能的研究方向。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S955.9
【部分图文】：

重力式网箱瑰.L.IThegravity-totenexcage

述??业发展迅猛，．越来越多的科研人员对网箱课题进行研箱的研宄历程已经超过２０年，探索较多，技术相平与国外先进水平比还有一定的差距。网箱的设计下设计出能在恶劣海况条件具有一定安全性的网箱物理模型实验相结合，辅以理论分析和现场观测。现、网箱养殖技术、网箱型式和设施、网箱构件材料其中网箱水动力特性是网箱设计和安全性能评估等各部分构件的角度对国内外的研宄进展作一介绍。??波浪水流的冲击，由于其漂浮于水面上，所承受的具有足够的强度以保证不发生破坏，同时也需要控间。因此对网箱浮架强度和变形特性的研究是非常必一

浪和水流的作用。每个节点有六个自由度，分别三个平动自由度和三个转动自由度。单??＿?元能提供波浪力和浮力效应ＰＩＰＥ单元的形状如图２．２：??图２．?２?ＰＩＰＥ单元??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｐｉｐｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ??ＰＩＰＥ单元能够较为简单的考虑波浪和水流对网箱的作用力；可以将把锚绳加入整??体结构，只需要将海底的错固点约束Ｘ，ｙ，Ｚ三个方向的平动自由度就能准确的反应实??际的约束情况；此外ＰＩＰＥ单元能较为简单的考虑波浪动态荷载，分析浮架结构在波浪??作用下的动力响应。??程序中对于波浪力计算给出了四种波浪理论，本文釆用线性波理论（Ａｉｒｙ波）［４６］，??也叫做微幅波理论，形式简单，使用方便。线性波理论忽略非线性项，最终得到速度势??的近似线性解：??＜Ｄ?＝?Ｍ￡ｅｈｋ（ｚ?＋?ｈ）ｓｉ?举－从（２．２０）??Ｗ?ｃｈｋｈ??继而通过速度势求得速度场，压力场：??ｄ屯．ｃｈｋ（ｚ－＼－ｈ）?ｏｔ、??ｕ?＝——＝?Ａｏ｝?ｃｏｓ（ｆｃｃ－＇ｗ／）?（２．?２１）??ｄｘ?ｓｈｋｈ??ｄ＜Ｓ＞?．?ｓｈｋ｛ｚ－＼－ｈ）?，?．?，０００、??ｗ?＝——?ｓｉｎ（ｏ：－ｗＯ?（２．?２２）??
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 吴子岳,范狄庆;深水网箱的发展现状与方向[J];水产科学;2004年01期

2 关长涛;陆光炯;林德芳;杨长厚;徐斌;黄滨;;圆形网箱框架用PE管材的弯曲疲劳试验[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年02期

本文编号：2836714