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近十年來，快速發(fā)展的海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)在滿足人們對水產(chǎn)品的需求上發(fā)揮了積極的作用，成為海洋漁業(yè)一個新的經(jīng)濟增長點。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，對網(wǎng)箱的水動力特性進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驗、海上實測和數(shù)值模擬。
養(yǎng)殖網(wǎng)箱耐流特性是網(wǎng)箱工程設(shè)計中的重要問題之一，探求對這一問題的數(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)目腳為單元進行數(shù)值計算，往往因其計算量巨大而難以實現(xiàn)。在拖網(wǎng)形狀與張力的數(shù)值計算中提出了網(wǎng)目群化(mesh group)的概念，即根據(jù)實際需要可以將1個虛擬的“計算網(wǎng)目”代替一定數(shù)量的實際網(wǎng)目，從而減少拖網(wǎng)的計算單元數(shù)。Igor Tsukrov提出了等效桿單元的概念，在飛碟型網(wǎng)箱計算中試圖以有限個“等效桿單元”替代部分網(wǎng)衣單元(equivalent truss approach to net modeling)，以提高計算效率。但是，他們并未就“網(wǎng)目群化”及其對數(shù)值計算的影響進行討論。
本研究根據(jù)網(wǎng)箱承受水動力的特點，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)衣總體水動力相同的原則，將若干個真實網(wǎng)目群化為1個虛擬的計算網(wǎng)目的網(wǎng)箱箱體網(wǎng)目群化方法，以減少計算單元，降低運算成本，節(jié)省運算時間。以文獻的有限元數(shù)值計算模型為基礎(chǔ)，通過與實測值之間的計算精度和運算效率的對比分析，探討了不同流速和配重條件下網(wǎng)目群化數(shù)目對計算結(jié)果和計算效率的影響。
在文獻中提出了1種基于直線繩索單元的流場中網(wǎng)箱耐流特性的有限元數(shù)值計算方法，該方法將構(gòu)成網(wǎng)箱箱體網(wǎng)衣的網(wǎng)目腳和加強繩索比擬為絕對柔軟并且只能承受拉伸張力的直線繩索單元，因此，整個網(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)點處通過無摩擦鉸接而成的柔性集合體。計算模型假設(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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