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近十年來(lái)，快速發(fā)展的海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)在滿足人們對(duì)水產(chǎn)品的需求上發(fā)揮了積極的作用，成為海洋漁業(yè)一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。但是，由于網(wǎng)箱養(yǎng)殖缺乏規(guī)劃和養(yǎng)殖網(wǎng)箱本身抗風(fēng)浪能力和耐流特性差等原因，大多只能設(shè)置在風(fēng)浪相對(duì)較小的內(nèi)灣，致使近海海域網(wǎng)箱設(shè)置密度過大，導(dǎo)致水體自凈能力下降、魚類品質(zhì)和產(chǎn)量下降。為此，將網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)由內(nèi)灣、近海向外海或深海發(fā)展已成為一種必然選擇。然而，由于外海水域的海況復(fù)雜，海流流速和風(fēng)浪大等原因，對(duì)網(wǎng)箱的水動(dòng)力特性進(jìn)行有限元分析和研究顯得尤為必要。通常的研究方法有模型實(shí)驗(yàn)、海上實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬。
養(yǎng)殖網(wǎng)箱耐流特性是網(wǎng)箱工程設(shè)計(jì)中的重要問題之一，探求對(duì)這一問題的數(shù)值解法在近幾年得到了空前的重視。但是，由于深水抗風(fēng)浪網(wǎng)箱箱體規(guī)模大，如果在有限元分析中單純以網(wǎng)衣網(wǎng)目腳為單元進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，往往因其計(jì)算量巨大而難以實(shí)現(xiàn)。在拖網(wǎng)形狀與張力的數(shù)值計(jì)算中提出了網(wǎng)目群化(mesh group)的概念，即根據(jù)實(shí)際需要可以將1個(gè)虛擬的“計(jì)算網(wǎng)目”代替一定數(shù)量的實(shí)際網(wǎng)目，從而減少拖網(wǎng)的計(jì)算單元數(shù)。Igor Tsukrov提出了等效桿單元的概念，在飛碟型網(wǎng)箱計(jì)算中試圖以有限個(gè)“等效桿單元”替代部分網(wǎng)衣單元(equivalent truss approach to net modeling)，以提高計(jì)算效率。但是，他們并未就“網(wǎng)目群化”及其對(duì)數(shù)值計(jì)算的影響進(jìn)行討論。
本研究根據(jù)網(wǎng)箱承受水動(dòng)力的特點(diǎn)，提出了通過保持群化前后網(wǎng)衣水中重量和投影面積相等以保證網(wǎng)箱網(wǎng)衣總體水動(dòng)力相同的原則，將若干個(gè)真實(shí)網(wǎng)目群化為1個(gè)虛擬的計(jì)算網(wǎng)目的網(wǎng)箱箱體網(wǎng)目群化方法，以減少計(jì)算單元，降低運(yùn)算成本，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。以文獻(xiàn)的有限元數(shù)值計(jì)算模型為基礎(chǔ)，通過與實(shí)測(cè)值之間的計(jì)算精度和運(yùn)算效率的對(duì)比分析，探討了不同流速和配重條件下網(wǎng)目群化數(shù)目對(duì)計(jì)算結(jié)果和計(jì)算效率的影響。
在文獻(xiàn)中提出了1種基于直線繩索單元的流場(chǎng)中網(wǎng)箱耐流特性的有限元數(shù)值計(jì)算方法，該方法將構(gòu)成網(wǎng)箱箱體網(wǎng)衣的網(wǎng)目腳和加強(qiáng)繩索比擬為絕對(duì)柔軟并且只能承受拉伸張力的直線繩索單元，因此，整個(gè)網(wǎng)衣及其繩索系統(tǒng)可以看成是一系列這樣的直線繩索單元在其兩端結(jié)點(diǎn)處通過無(wú)摩擦鉸接而成的柔性集合體。計(jì)算模型假設(shè)直線繩索單元的張力僅僅作用于單元的軸線上，并且在單元的整個(gè)橫截面上為常數(shù)，網(wǎng)箱的繩索和網(wǎng)衣的網(wǎng)線材料各向同性，并且符合應(yīng)力-應(yīng)變的彈性虎克定律，單元的橫截面面積在變形過程中保持不變。
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