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《大连理工大学》 2008年
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深水重力式网箱浮架的流固耦合研究

郝双户  
【摘要】: 随着世界人口的不断增长,人们对水产品的需求快速增加,而且海岸线附近的人类活动日益频繁,使得浅水养殖变得非常困难,再加上浅水养殖过程中带来了严重的环境污染,所以迫使水产养殖不得不延伸到深海进行。这主要因为深水区域的人类活动较少,而且那里有较高质量的海水,有利于鱼类生长,另外深水对于网箱的残渣也有较高的处理能力。作为一种重要的深水养殖工具,深水网箱正在越来越多的被投入到实际生产中,目前应用较为广泛的是深水重力式网箱。浮架作为重力式网箱的主要受力构件,不仅承受了波浪力等的作用,而且还是网箱的工作平台,它的安全直接关系到整个网箱系统的功能能否实现。所以,本文重点研究重力式网箱的浮架系统的水弹性响应,即分析浮架的运动和变形的流固耦合问题。 论文包括以下几个部分:首先,在绪论中介绍深水养殖网箱的背景以及相关学科的研究现状;第二章建立浮架数学模型,根据刚体运动学原理,建立浮架的运动方程;第三章运用曲梁理论,建立了圆环的平面内和平面外变形的控制方程;针对上面两部分所得控制方程,由于计算圆环所受波浪力采用了莫里森方程,而在莫里森方程中包括了圆环的运动,所以运动方程和变形方程就需要耦合求解,第四章便给出了计算所用到的解耦方程;在分析浮架的水弹性前,需要对所得方程的实用性进行验证,第五章将浮架横荡和升沉的计算结果与物理模型实验的测量结果进行对比,得到较好的相关性,另外还考虑在圆环上加载集中力,包括平面内和平面外加载,通过对比商业软件ANSYS的计算结果,发现两者很好的吻合,这验证了本文计算圆环变形的控制方程;第六章即运用所得到的耦合方程讨论浮架的水弹性问题,探讨了几个因素对圆环变形和运动的影响,包括波浪入射角、锚绳布置角度、浮架尺度和波浪周期等,另外对于一些危险情况文中也做了说明。最后对本文的成果进行总结,并对今后的工作进行了展望。
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