深海网箱的结构设计及其仿真分析

作     者：袁建强 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王燕涛;滕瑶

授予年度：2021年

学科分类：090801[农学-水产养殖] 0908[农学-水产] 09[农学] 

主      题：深海网箱 结构 总体强度 疲劳强度 管节点 

摘      要：地球人口数量的增加,致使粮食供应压力变大。精神文明的进步促使人类追求更高质量的物质生活,尤其对优质蛋白的需求量逐步增加。故人类将目标转向海产品,大规模发展网箱养殖,进而导致近海水产资源的过度开发并滋生一系列生态问题。为了减轻近海养殖引起的环境问题,网箱养殖开始从近海开发延伸至深远海。然而,深远海海域所处的海浪环境更为严峻,要求作业于这种恶劣环境的深海网箱需要具备抵抗外部载荷的良好性能以及可靠的疲劳强度。故需要对目标网箱进行结构强度分析以及疲劳强度校核来保证其具备在恶劣环境下生存的能力。本文的主要研究内容如下:查阅相关文献资料对网箱主要组成部分、分类原则和网箱结构相关的基本设计要求进行简要介绍,并参考海上平台相关规范,结合设计规格书,以网箱的主尺度为依托,计算框架组成立柱的厚度、立柱内部加强筋以及T型材的尺寸。分别对随机波浪理论和波浪载荷计算理论进行简要的阐述;建立深海网箱的有限元模型,基于SESAM软件对深海网箱平台的整体结构在风暴工况下的总体强度进行了校核;确定网箱平台在风暴自存工况下所受的波浪的设计参数,并对关键连接管节点的强度采用子模型的方法进行了强度校核,以确保计算精度。结果表明,深海网箱的结构设计达到规范要求。对疲劳校核过程中涉及到的S-N曲线、Weibull分布、简化疲劳分析以及谱疲劳分析的原理和流程进行阐述;通过细化子模型网格的方式计算所选节点的应力集中系数SCF;并分别采用简化疲劳分析的间接算法和谱疲劳分析的直接算法评估目标深海网箱平台两个关键节点的疲劳强度。结果表明,简化疲劳分析可以总体把握平台的疲劳强度,谱疲劳分析能够对平台相关区域的实际使用寿命做出准确地计算。论文的研究工作,为深海网箱的框架结构设计、强度校核、疲劳寿命分析提供一定的参考,具有重要的研究意义。