徐克品，詹建明，，胡利永，鄭堤，陳俊華

（1.寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.浙江大學(xué) 寧波理工學(xué)院 機(jī)電與能源工程學(xué)院，浙江 寧波 315100）

大型浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施的網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)受力分析

徐克品1，詹建明1，2，胡利永2，鄭堤2，陳俊華2

（1.寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.浙江大學(xué) 寧波理工學(xué)院 機(jī)電與能源工程學(xué)院，浙江 寧波 315100）

大型浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施作為一種海上新型養(yǎng)殖裝備，其抗風(fēng)浪能力是首要解決的問(wèn)題，因而圍攔網(wǎng)設(shè)施網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)的受力分析就尤為重要。依據(jù)正弦波理論和莫里森方法理論分析了圍攔網(wǎng)設(shè)施局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在垂直方向上的受力情況，利用網(wǎng)面等效法和集中質(zhì)量法對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真模擬，并將數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示兩者基本一致，平均誤差在19%以內(nèi)，其中，局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)所受的垂直波浪力隨著波浪波高的增大而增大，浮子所受的浮力和垂直波浪力始終是圍攔網(wǎng)設(shè)施垂直方向受力的主要因素。依據(jù)計(jì)算的結(jié)果，構(gòu)建了大型圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施，順利完成了海上抗風(fēng)浪測(cè)試，結(jié)果表明圍攔網(wǎng)設(shè)施整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)垂直方向上的受力分析在圍攔網(wǎng)設(shè)施貼底系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中具有一定的參考價(jià)值。

圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施；網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)；垂直波浪力；數(shù)值模擬

20世紀(jì)80年代后期到90年代中后期，隨著海洋漁業(yè)捕撈技術(shù)的飛速發(fā)展，海洋捕撈強(qiáng)度隨之增大，加之開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在著污染等問(wèn)題，使得我國(guó)近海漁業(yè)資源日趨枯竭（郭慶海等，2010）。面對(duì)我國(guó)漁業(yè)資源的日趨衰竭，漁業(yè)養(yǎng)殖成為了海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主攻方向。

大型淺海浮繩式圍攔網(wǎng)設(shè)施是一種新型的海水養(yǎng)殖裝備，其結(jié)構(gòu)與浮繩式網(wǎng)箱相似，具有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪性能。國(guó)內(nèi)外對(duì)其水動(dòng)力特性研究較少，但對(duì)養(yǎng)殖網(wǎng)箱的水動(dòng)力特性切有較多研究。

Tsukro等（2003）應(yīng)用等效網(wǎng)單元模型模擬網(wǎng)衣系統(tǒng)，研究了網(wǎng)衣受力與變形的情況，并將研究成果成功應(yīng)用于張力腿網(wǎng)箱的數(shù)值計(jì)算中。Fredriksson等（2004）通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬設(shè)計(jì)了 4個(gè)碟形網(wǎng)箱組的錨泊系統(tǒng)。Balash等（2009）利用集中質(zhì)量法和試驗(yàn)研究了網(wǎng)片在均勻流和震蕩流作用下網(wǎng)衣的阻力系數(shù)。Colbourne等（2001）利用模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法研究了傳統(tǒng)三文魚(yú)網(wǎng)箱的纜繩波浪力，研究表明錨泊系統(tǒng)的布設(shè)是引起纜繩最大張力的關(guān)鍵因素。Lader等（2008）通過(guò)傳感器測(cè)定了海流作用下網(wǎng)箱的網(wǎng)衣形變，網(wǎng)箱前后的網(wǎng)衣隨水流流速增加而發(fā)生形變，從而造成了網(wǎng)箱變形及其體積損失。

國(guó)內(nèi)對(duì)網(wǎng)箱的研究雖然起步較晚，但仍有大量成果。宋偉華等（2004）對(duì)作用在方形網(wǎng)箱及其構(gòu)件上的水平波浪力的特性進(jìn)行了研究，依據(jù)正弦波理論和莫里森方法，理論給出了網(wǎng)箱水平波浪力的迭加計(jì)算法。詹杰民等（2006）對(duì)一浮式網(wǎng)箱及其系泊系統(tǒng)建立有限元模型，分析了網(wǎng)箱在不同方向水流作用下其系泊系統(tǒng)所受最大拉力的發(fā)生位置。李玉成等（2006）和趙云鵬等（2007）利用集中質(zhì)量法模擬網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)，研究了平面網(wǎng)衣及四點(diǎn)錨碇圓形重力式網(wǎng)箱在波浪和水流共同作用下的水動(dòng)力特性。

本文在上述國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究網(wǎng)箱水動(dòng)力特性已取得成果的基礎(chǔ)上，依據(jù)莫里森方法分析了圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施的局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在正弦波作用下其垂直方向上的受力情況，利用等效網(wǎng)面法和集中質(zhì)量法模擬了局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)，并將兩者的分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可為浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施的浮子系統(tǒng)、貼底系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施的基本結(jié)構(gòu)

大型浮繩式圍攔網(wǎng)設(shè)施作為一種新型海上養(yǎng)殖裝備，其周長(zhǎng)可達(dá)300 m，且一般敷設(shè)于5～10 m的淺海海域，如計(jì)算時(shí)平均水深為7 m，其養(yǎng)殖水體體積超過(guò)30 000 m3，比目前常用的40～50 m周長(zhǎng)的深海網(wǎng)箱的體積大十幾倍，是未來(lái)海洋養(yǎng)殖的重要方式之一（葉衛(wèi)富等，2011）。

浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施的結(jié)構(gòu)由網(wǎng)衣系統(tǒng)、框架系統(tǒng)、系泊系統(tǒng)以及貼底系統(tǒng)組成，如圖1所示。網(wǎng)衣系統(tǒng)由網(wǎng)衣和裝配繩索構(gòu)成，網(wǎng)衣起著圍欄的作用，而裝配繩索則用于裝配網(wǎng)衣，其中包括橫向裝配綱索（橫綱）和縱向裝配綱索（豎綱），以提高圍攔網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防止網(wǎng)衣堆積。系泊系統(tǒng)由樁和纜繩組成，圍攔網(wǎng)周?chē)荚O(shè)的鐵管樁由主纜繩牽引并與綱索裝配，承受?chē)鷶r網(wǎng)設(shè)施在波流作用下的主要作用力?？蚣芟到y(tǒng)由浮筒、框架繩（浮子綱）組成，稱為浮繩式框架，因其柔性化的結(jié)構(gòu)，使得圍攔網(wǎng)設(shè)施具有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪性能，起著支撐網(wǎng)衣及防止養(yǎng)殖對(duì)象從水面逃逸的作用。貼底系統(tǒng)是圍攔網(wǎng)設(shè)施區(qū)別于網(wǎng)箱的一個(gè)最主要特征，由沉鏈和沉子綱組成，網(wǎng)衣底端隨沉鏈沉入海底淤泥中，因圍攔網(wǎng)設(shè)施無(wú)底網(wǎng)，所以貼底系統(tǒng)是圍攔網(wǎng)設(shè)施防止養(yǎng)殖對(duì)象從網(wǎng)衣的底部逃逸的關(guān)鍵。

圖1 浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施結(jié)構(gòu)示意圖

2 網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)受力分析的理論和方法

2.1正弦波基本公式

圍攔網(wǎng)設(shè)施敷設(shè)海域多為海灣淺海區(qū)域，加之本文主要討論圍攔網(wǎng)設(shè)施的網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在單純波浪作用下垂直方向上的受力情況，因此可以認(rèn)為作用在網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)上的波浪為正弦波（宋偉華等，2005），根據(jù)正弦波理論，波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的垂直方向速度和垂直方向加速度分別為：

式中，H為波高，d為水深，L為波長(zhǎng)，波數(shù)k= 2π/L，周期T=2π/ω（ω為圓頻率）。

2.2局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)垂直方向受力解析

本文以寬l=8 m高h(yuǎn)=12 m的局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，如圖2所示。局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)衣為無(wú)結(jié)聚乙烯網(wǎng)片，裝配縮結(jié)系數(shù)為0.707，網(wǎng)目形狀為菱形，目腳長(zhǎng)a=26 mm，直徑d=1.5 mm。與網(wǎng)衣裝配的浮子由9個(gè)長(zhǎng)90 cm，直徑D1=30 cm并排連接的泡沫浮筒組成。

在惡劣的海況下，浮子往往經(jīng)網(wǎng)衣拉拽沉入海面，現(xiàn)假設(shè)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)中網(wǎng)衣底部固定于海底，浮子恰好浸沒(méi)于海表面下，局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在水平方向上的受力已構(gòu)成平衡，現(xiàn)解析其垂直方向受力，如圖2所示，F(xiàn)1、F2分別為浮子和網(wǎng)衣所受的浮力，G1、G2分別為浮子和網(wǎng)衣所受的重力，F(xiàn)V1、FV2分別為波浪作用在浮子和網(wǎng)衣上的垂直波浪力。浮子材料為泡沫，因其密度小，體積大，所受重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于浮力，因此其所受重力可以忽略不計(jì)。網(wǎng)衣材料為聚乙烯，其密度接近海水密度，又因網(wǎng)衣體積較小，網(wǎng)衣所受重力接近浮力，因此在對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直方向受力分析時(shí)可忽略網(wǎng)衣所受的浮力和重力。分析局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)垂直方向受力，主要有：浮子浮力F1、垂直波浪力FV1，以及網(wǎng)衣垂直波浪力FV2。

圖2 局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)受力示意圖

在分析網(wǎng)衣及浮筒的垂直波浪力時(shí)，由于網(wǎng)衣目腳及浮筒直徑相比于波長(zhǎng)為小量，且直徑D與波長(zhǎng)L的比值D/L<0.2，故網(wǎng)衣及浮筒的垂直波浪力計(jì)算仍采用Morison方法。作用于水平圓柱體上的垂直波浪力可分為三部分：一是由波浪水質(zhì)點(diǎn)垂直運(yùn)動(dòng)速度引起的垂直方向水動(dòng)阻力FD，二是由波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度引起的垂直慣性力FI，三是由于海底的影響，使靠近海底的圓柱體的上部和下部水流流速不等，在流速大處形成負(fù)壓，以及漩渦尾流區(qū)的形成，所以產(chǎn)生了垂直方向的舉力FL（范運(yùn)林，1983）。于是作用于任意高度Z處水平放置的圓柱體的垂直波浪力為：

式中，CD、CM、CL分別為水動(dòng)力系數(shù)、慣性力系數(shù)和升力系數(shù)，本文依據(jù)1976年Sarpkaya等人針對(duì)三大水動(dòng)力系數(shù)與雷諾數(shù)Re，波浪周期參數(shù)KC的關(guān)系的研究成果以及試驗(yàn)海域的水文情況，并參照我國(guó)海港水文規(guī)范（交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院，1998）提供的參考值，分別取慣性力系數(shù)CD和阻力系數(shù)CM為1.2和2.0；D為圓柱體直徑；A為圓柱體在垂直方向上的投影面積；V0為圓柱體的排水體積；ux為波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的水平速度。

分析網(wǎng)衣垂直波浪力時(shí)，將網(wǎng)衣目腳視為均勻小直徑圓柱體，因網(wǎng)衣目腳直徑較小，可忽略因流速差而產(chǎn)生的舉力FL，對(duì)于單位長(zhǎng)度水平放置的圓柱體，A=1×D，V0=πD2/4，于是其垂直波浪力計(jì)算式可寫(xiě)為：

3 局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建及受力分析

波浪作用下，局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)垂直方向受力主要有：浮筒浮力F1、垂直波浪力FV1，以及網(wǎng)衣垂直波浪力FV2。將各部分受力進(jìn)行疊加，可得局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)整體垂直方向受力：

3.1網(wǎng)衣的垂直波浪力分析

圖3 網(wǎng)衣模型

網(wǎng)衣目腳ab段兩端點(diǎn)在Z軸方向上的坐標(biāo)值分別為Z1，Z2，以目腳ab軸線方向?yàn)榉e分方向，得單個(gè)網(wǎng)衣目腳ab的垂直波浪力為：

式中：

當(dāng)網(wǎng)衣置于水深為d的水面下，則區(qū)間i～i+1內(nèi)的單列網(wǎng)衣目腳所受垂直波浪力為：

式中：

因此可得整片網(wǎng)衣所受垂直波浪力：

式中：l為局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)中網(wǎng)衣橫向?qū)挾?，a為網(wǎng)衣目腳長(zhǎng)度。

3.2浮子垂直波浪力和浮力的分析

浮子恰好浸沒(méi)于海表面下，將式（1），（2）代入式（4），可得單位長(zhǎng)度浮子所受垂直波浪力為：

則浮子整體受垂直波浪力為：

式中l(wèi)為網(wǎng)衣的橫向?qū)挾燃淳植烤W(wǎng)衣結(jié)構(gòu)中浮子的寬度，z為浮子距海底的平均高度。

浮子浸沒(méi)于海表面下，其所受浮力為：

4 局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬

使用海洋工程動(dòng)力學(xué)分析軟件Orcaflex對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬。局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)主要由網(wǎng)衣和浮子組成，本文采用集中質(zhì)量法對(duì)網(wǎng)衣和浮筒進(jìn)行仿真模擬。

假定網(wǎng)衣是由有限的無(wú)質(zhì)量彈簧連接集中質(zhì)量點(diǎn)所構(gòu)成，并且在該模型中集中質(zhì)量點(diǎn)設(shè)于每個(gè)網(wǎng)目目腳的兩端和中間（趙云鵬等，2011）。因?qū)嶋H應(yīng)用網(wǎng)衣模型結(jié)構(gòu)龐大，數(shù)值模擬計(jì)算困難，所以須進(jìn)行簡(jiǎn)化。

在單純波浪作用下，網(wǎng)衣受力以阻力為主，慣性力可以略去不計(jì)（桂福坤等，2002）。因網(wǎng)衣所受垂直波浪力與網(wǎng)衣目腳在垂直方向上的投影面積成正比。因此，為簡(jiǎn)化菱形網(wǎng)目網(wǎng)衣模型，可用合并后的等價(jià)網(wǎng)面來(lái)替代原網(wǎng)面，如圖4所示。合并之后新的網(wǎng)目的邊長(zhǎng)需要和合并前的網(wǎng)目所覆蓋的面積相等；同時(shí)要求合并后的等價(jià)網(wǎng)面垂直方向投影面積與原網(wǎng)面垂直方向投影面積相等，保證合并前后網(wǎng)衣所受的水動(dòng)力相等；并且等價(jià)網(wǎng)衣的質(zhì)量需與原網(wǎng)衣的質(zhì)量相等。

對(duì)于浮子，集中質(zhì)量點(diǎn)設(shè)于每個(gè)浮筒的兩端，并用無(wú)質(zhì)量彈簧連接，質(zhì)量、重力、浮力等特性集中于質(zhì)量點(diǎn)，而軸向以及扭轉(zhuǎn)等特性可通過(guò)無(wú)質(zhì)量彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬。

圖4 菱形網(wǎng)目的合并

圖5 局部圍攔網(wǎng)結(jié)構(gòu)仿真模型

網(wǎng)衣網(wǎng)目經(jīng)替換及合并后，如圖5所示，在分析軟件Orcaflex中對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)建立了仿真模型，其中菱形網(wǎng)目目腳長(zhǎng)64 cm，直徑為3.7 cm，網(wǎng)衣的寬跟高與原網(wǎng)面保持一致，并通過(guò)底部11根纜繩固定于海底，且浮筒剛好沉浸于海表面下。網(wǎng)衣和浮筒模型使用的材料和幾何參數(shù)，如表1所示。

表1 仿真模型使用的材料和幾何參數(shù)

5 理論計(jì)算與仿真模擬的結(jié)果比較與分析

5.1網(wǎng)衣所受垂直波浪力的結(jié)果比較和分析

在波浪工況T=6 s，H=2 m的數(shù)值模擬中，通過(guò)網(wǎng)衣底部11根纜繩受力結(jié)果，可得網(wǎng)衣在波浪作用下的垂直波浪力，這里只考慮網(wǎng)衣所受垂直波浪力的正值，其中兩根纜繩的受力仿真結(jié)果，如圖6所示。

圖6 網(wǎng)衣垂直波浪力仿真模擬結(jié)果

波高是影響網(wǎng)衣受力的關(guān)鍵因素，本文設(shè)置了兩組不同波高的波浪工況，分別對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)衣進(jìn)行了仿真模擬。通過(guò)整合網(wǎng)衣底部11根纜繩的受力結(jié)果，得到了網(wǎng)衣所受的垂直波浪力，如圖7所示，將理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示網(wǎng)衣所受垂直波浪力的理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好，且網(wǎng)衣所受垂直波浪力呈正弦規(guī)律變化，變化規(guī)律與波浪周期同步。

圖7 網(wǎng)衣垂直波浪力理論計(jì)算與數(shù)值模擬結(jié)果的比較

5.2局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)垂直方向受力結(jié)果的比較和分析

波高的增大，使得整個(gè)波浪場(chǎng)水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的增大，對(duì)網(wǎng)衣產(chǎn)生了更大的沖擊力。在不同波高的波浪作用下，將局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在垂直方向上所受的最大作用力的理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，如圖8所示，兩者基本吻合，平均誤差在19%以內(nèi)。同時(shí)對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)在不同波高的波浪作用下其各構(gòu)件的受力情況進(jìn)行了比較，如圖9所示，網(wǎng)衣及浮子所受垂直波浪力隨波浪波高的增大而增大，并且浮子所受的浮力和垂直波浪力始終是局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)整體垂直方向受力的主要因素。

圖8 局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)垂直方向最大受力理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的比較

圖9 局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的受力結(jié)果比較

6 圍攔網(wǎng)設(shè)施海上抗風(fēng)浪性能測(cè)試

依據(jù)圍攔網(wǎng)設(shè)施垂直方向受力的理論分析結(jié)果和仿真模擬結(jié)果所提供的參考數(shù)據(jù)，針對(duì)浙江省象山縣風(fēng)門(mén)口海灣的水域水文特征，平均潮差3.18 m，最大潮差5.65 m（周鴻權(quán)等，2014），設(shè)計(jì)了一個(gè)大型淺海浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施，周長(zhǎng)280 m，網(wǎng)衣裝配高度為12.3 m，其水面形狀近似于圓形，其中沉鏈由鏈徑為50 mm的有檔錨鏈裝配而成，單位重量為700.3 N/m，如圖10所示。并在圍攔網(wǎng)設(shè)施周?chē)鋫?8個(gè)鐵管樁，經(jīng)拔樁測(cè)試，每個(gè)鐵管樁在垂直方向上能承受大約23 KN的拉力，每個(gè)鐵管樁的連接均由繩索與圍攔網(wǎng)設(shè)施中對(duì)應(yīng)的浮子綱相連，敷設(shè)于目標(biāo)海域，用于海上抗風(fēng)浪性能測(cè)試，如圖11所示。

圖10 有檔錨鏈的裝配

圖11 大型浮繩式圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖設(shè)施的海上敷設(shè)

在抗風(fēng)浪性能測(cè)試期間，該圍攔網(wǎng)設(shè)施經(jīng)歷了2015年的第9號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“燦鴻”的襲擊，其所在海域的海面上出現(xiàn)了風(fēng)大浪高流急的惡劣海況，而圍攔網(wǎng)裝置并未出現(xiàn)走錨、脫底、網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)變形等損毀情況，承受住了大風(fēng)浪的沖擊，完成了海上抗風(fēng)浪性能的測(cè)試。

7 結(jié)論

本文依據(jù)莫里森方法和正弦波理論分析了圍攔網(wǎng)設(shè)施在垂直方向上的所受情況，利用等效網(wǎng)面法和集中質(zhì)量法對(duì)局部網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真模擬，其仿真模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合。將受力分析結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際圍攔網(wǎng)設(shè)施的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成了海上抗風(fēng)浪性能測(cè)試，得出如下結(jié)論：

（1）浸沒(méi)在海表面下的養(yǎng)殖圍攔網(wǎng)設(shè)施，在不同波浪工況作用下，其垂直方向上所受的作用力隨波浪波高的增大而增大，而且浮子所受的浮力和垂直波浪力始終是圍攔網(wǎng)設(shè)施整體垂直方向受力的主要因素，因此浮子結(jié)構(gòu)的不同將在很大程度上決定浮繩式圍攔網(wǎng)設(shè)施所受波浪載荷的大小。

（2）用于海上抗風(fēng)浪性能測(cè)試的圍攔網(wǎng)設(shè)施，承受住了大風(fēng)浪的沖擊，說(shuō)明本文對(duì)其網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)進(jìn)行水動(dòng)力分析所得的結(jié)果在貼底系統(tǒng)和系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)表明，本文所使用的理論和方法在分析圍攔網(wǎng)設(shè)施垂直方向上的受力具有一定的可行性，為進(jìn)一步研究浮繩式養(yǎng)殖圍攔網(wǎng)設(shè)施的水動(dòng)力特性提供了一定的依據(jù)。

Balash C,Colbourne B,Bose N,et al,2009.Aquaculture net drag force and added mass.Aquacultural Engineering,41(1):14-21.

Colbourne D B,Allen J H,2001.Observations on motions and loads in aquaculture cages from full scale and model scale measurements. Aquacultural Engineering,24(2):129-148.

Fredriksson D W,DeCew J,Swift M R,et al,2004.The design and analysis of a four-cage grid mooring for open ocean aquaculture. Aquacultural Engineering,32（1）：77-94.

Li Y C,Zhao Y P,Gui F K,et al,2006.Numerical simulation of the hydrodynamic behavior of submerged plane nets in current.Ocean Engineering,33 (17-18):2352-2368.

Lader P,Dempster T,Fredheim A,et al,2008.Current induced net deformations in full-scale sea-cages for Atlantic salmon（Salmo salar）.Aquacultural Engineering,38(1):52-65.

Tsukrov I,Eroshkin O,Fredriksson D,et al,2003.Finite element modeling of net panels using a consistent net element.Ocean Engineering,30 (2):251-270.

Zhao Y P,Li Y C,Dong G H,et al,2007.Numerical simulation of the effects of structures ratio and mesh style on the 3D net deformation of gravity cage in current.Aquacultural Engineering,36(3):285-301.

范運(yùn)林，1983.作用在海底管線上的波浪力.海洋科學(xué).（6）：1-7.

桂福坤，李玉成，張懷慧，2002.網(wǎng)衣受力試驗(yàn)的模型相似條件.中國(guó)海洋平臺(tái)，17（15）：22-2.

郭慶海，2013.中國(guó)海洋漁業(yè)資源可持續(xù)機(jī)制研究.青島：中國(guó)海洋大學(xué)：1-8.

交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院等，1998.海港水工規(guī)范.人民交通出版社.

宋偉華，2005.應(yīng)用兩種不同的波浪理論計(jì)算方形網(wǎng)箱水平波浪力.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，12（1）：91-98.

宋偉華，梁振林，2004.方形網(wǎng)箱水平波浪力的迭加計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.海洋與湖沼，35（3）：202-208.

葉衛(wèi)富，2011.淺海浮繩式圍網(wǎng)設(shè)施應(yīng)用研究.漁業(yè)現(xiàn)代化，38（5）：7-11.

詹杰民，蘇煒，2006.浮式養(yǎng)殖網(wǎng)箱系統(tǒng)的數(shù)值模擬.中山大學(xué)學(xué)報(bào)，45（6）：1-6.

趙云鵬，李玉成，董國(guó)海，2011.深水抗風(fēng)浪網(wǎng)箱水動(dòng)力學(xué)特性研究.漁業(yè)現(xiàn)代化，38（2）：10-16.

周鴻權(quán)，孫昭晨，李伯根，等，2014.浙江象山港海域懸沙濃度分布變化及其水動(dòng)力影響分析.海洋通報(bào)，33（6）：694-702.

（本文編輯:袁澤軼）

Net structure force analysis of the large-scale floating rope round net

XU Ke-pin1，ZHAN Jian-ming2，1，HU Li-yong2，ZHENG Di2，CHEN Jun-hua2

（1.Faculty of Mechanical Engineering and Mechanics，Ningbo University， Ningbo 315211， China；2.College of Mechanical and Energy Engineering， Ningbo Institute of Technology， Zhejiang University， Ningbo 315100， China）

The large-scale floating rope round net aquaculture facility is a new equipment for aquaculture offshore， and the key to improve round net facility's ability to resist the wind and waves is the force analysis.Based on the sine wave theory and Morison method， the characters of vertical force on the local round net are analyzed.Based on the equivalent netting panel method and lumped mass method， the finite element model is established to analyze simplified netting panel.The calculating conclusion shows numerical model result well， and the average error ratio is less than 19%.Vertical force on the round net facility increases with the increase of wave height， and the buoyancy and vertical force on floater are main parts of vertical force on the round net.Wind and wave resistant performance test of the round net facility is carried on， and the test results show that the structure design of round net facility is reasonable and the vertical force analysis of round net facility in this paper has a certain reference value to design sole laying system and the mooring system.

round net aquaculture facility； net structure； vertical waving-force； numerical model

S969.39

A

1001-6932（2017）01-0114-07

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.01.015

2015-09-22；

2015-12-20

寧波市海洋與漁業(yè)局擇優(yōu)委托科技項(xiàng)目 （140B1401）； 寧波市自然基金 （2012A610006）；寧波市農(nóng)業(yè)重大專項(xiàng)（2015C110015）。

徐克品（1991-），男，碩士，主要從事海洋養(yǎng)殖裝備技術(shù)的研究。電子郵箱xukepin@sina.com。

詹建明（1974-），男，博士，教授。電子郵箱：jensir0310@sina.com。