隨著社會(huì)發(fā)展和生活水平的提高,人們對水產(chǎn)品的消費(fèi)在不斷增加,為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的海洋水產(chǎn)品的需求,拓展水產(chǎn)品發(fā)展空間大力開發(fā)和利用海洋漁業(yè)資源成為必然選擇。近些年來,傳統(tǒng)海洋漁業(yè)資源開發(fā)多圍繞著近岸區(qū)域發(fā)展,漁業(yè)資源的養(yǎng)殖、增殖和捕撈受到近岸海洋污染等眾多因素的限制;同時(shí)過度的捕撈和開發(fā)利用,可利用的近岸海洋漁業(yè)資源也在不斷較少,漁業(yè)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖捕撈量也逐漸下降。為進(jìn)一步開發(fā)海洋漁業(yè)資源和保護(hù)近岸生態(tài)環(huán)境,發(fā)展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖牧場已成為全球漁業(yè)發(fā)展的趨勢。深海養(yǎng)殖牧場是將網(wǎng)箱安裝在深遠(yuǎn)海,利用海洋優(yōu)質(zhì)水質(zhì)進(jìn)行規(guī)�；斯ゐB(yǎng)殖的主要方式。經(jīng)過過去幾十年的發(fā)展,對深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖牧場的開發(fā)在挪威和美國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)初具規(guī)模,但國內(nèi)網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依然滯后。關(guān)于網(wǎng)箱水動(dòng)力特性及安全性能研究已取得一些進(jìn)展,但相關(guān)研究基礎(chǔ)還比較薄弱,很多基礎(chǔ)性科學(xué)問題需要進(jìn)一步的深入研究。本文主要對深水網(wǎng)箱浮架結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力特性及安全疲勞進(jìn)行分析研究。本文通過曲線梁法和有限元模型,對網(wǎng)箱浮架系統(tǒng)的彈性響應(yīng)和應(yīng)力應(yīng)變分布進(jìn)行了分析;并利用疲勞估算時(shí)域法和頻域法對浮架疲勞壽命進(jìn)行了估算。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用曲線梁理論對網(wǎng)箱浮架結(jié)構(gòu)彈性響應(yīng)進(jìn)行了分析。通過模態(tài)疊加法和曲線梁法建立浮架彈性響應(yīng)分析模型,利用牛頓第二定律分析網(wǎng)箱和浮架運(yùn)動(dòng)響應(yīng);通過物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值結(jié)果對比驗(yàn)證了浮架運(yùn)動(dòng)分析和變形分析模型的有效性;對比分析了浮架變形的各階模態(tài)、不同波浪入射角等因素對浮架變形的影響,并對浮架變形最大位置進(jìn)行了分析;分析了隨機(jī)波浪作用下浮架變形的頻域響應(yīng),計(jì)算了浮架平面內(nèi)變形和外變形與波浪的傳遞函數(shù)、相干數(shù)和相位差。(2)聯(lián)合利用有限元模型和水動(dòng)力學(xué)模型對浮架系統(tǒng)應(yīng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究。通過將計(jì)算浮架受力的水動(dòng)力學(xué)模型和計(jì)算浮架應(yīng)力的有限元模型交替迭代求解,實(shí)現(xiàn)水流作用下網(wǎng)箱系統(tǒng)柔性浮架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算。通過與模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型。分析了單點(diǎn)系泊雙體和三體組合式網(wǎng)箱浮架系統(tǒng)水流作用下的應(yīng)力分布情況。同時(shí),分析了波浪作用下浮架的應(yīng)力分布情況,并計(jì)算得到浮架應(yīng)力的歷時(shí)曲線及浮架應(yīng)力與波高之間的相關(guān)性和相位差。(3)利用疲勞壽命估算的時(shí)域方法和頻域方法,對浮架的疲勞壽命進(jìn)行了估算。時(shí)域疲勞壽命分析中,利用線性疲勞損傷理論和浮架材料疲勞SN曲線,建立簡化疲勞分析時(shí)域模型,求解出浮架疲勞損傷和壽命;研究了不同材料疲勞性能曲線,波浪入射角,錨碇形式和極端海況等因素對浮架疲勞壽命的影響。頻域疲勞壽命分析中,利用Weibull分布,Rayleigh分布,Gamma分布和廣義極值分布等分布函數(shù)擬合浮架應(yīng)力范圍的短期和長期分布,建立浮架疲勞分析頻域模型,探究分布模型估算浮架疲勞壽命的適用性;分別基于應(yīng)力范圍的短期分布和長期分布估算浮架疲勞壽命;并將簡化時(shí)域方法和頻域方法估算得到疲勞壽命進(jìn)行對比分析。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P75;S955.9
【部分圖文】：

水產(chǎn)品的重要途徑。隨著世界人口數(shù)量的增加和生活水平的提高，人們對優(yōu)質(zhì)高蛋白海逡逑洋水產(chǎn)品的需求和消費(fèi)也在不斷增加。水產(chǎn)養(yǎng)殖是指利用海洋生物資源在近岸或深海開逡逑展魚類和藻類的人工培育養(yǎng)殖活動(dòng)。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（ＦＡＯ）邋２０１６年報(bào)告（圖１．１）逡逑［］］，全世界漁業(yè)產(chǎn)量以年均約３．３％的速度不斷增加，２０１４年漁業(yè)產(chǎn)量達(dá)到１．６７億噸，逡逑其中海洋養(yǎng)殖產(chǎn)量以年均５．８％的速度不斷增加。至２０１４年，海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到０．７４逡逑億噸，約占全球漁業(yè)總產(chǎn)量的４５％。為了滿足人們對水產(chǎn)品日益增長的需求，海洋水產(chǎn)逡逑養(yǎng)殖正逐步成為水產(chǎn)品獲取的主要來源，并扮演著越來越重要的角色。根據(jù)ＦＡＯ的報(bào)逡逑告，按照當(dāng)前世界人口增長速度和消費(fèi)水平估算，到２０２５年水產(chǎn)品至少有超過２千萬逡逑噸的缺口，海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量將占全球漁業(yè)總產(chǎn)量的５２％，海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的消費(fèi)量逡逑將占全球水產(chǎn)品消費(fèi)量的５７％，如圖１．２。為了X椉雍Ｑ笏飯┯α�，提高水产品质辶x狹

本文編號：2808908