[發(fā)明專利]鲆鰈網(wǎng)箱的水動力特性檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310028594.2
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103913290A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔勇;關(guān)長濤;黃濱;李嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種鲆鰈網(wǎng)箱的水動力特性檢測方法，包括確定網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)，其特征在于有以下步驟：

1)確定網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)有：上框架上層鋼管的外徑和壁厚、上框架下層鋼管的外徑和壁厚、上框架扶手支撐管的外徑和壁厚、底框架鋼管的外徑和壁厚、浮子的長和寬、網(wǎng)衣的高度、錨繩的直徑；

2)建立計算公式，計算網(wǎng)箱結(jié)點位移和錨繩結(jié)點位移：

Ma··(t)+Ca·(t)+Ka(t)=F(t)---(1)]]>

其中a(t)分別是網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)離散單元的結(jié)點加速度、速度和位移向量，M，C，K和F(t)分別是結(jié)構(gòu)整體的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣和結(jié)點載荷向量；

用于計算網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)剛度矩陣的公式：

TT=GT(D03-Di3)L---(2)]]>

其中：T_T為與扭轉(zhuǎn)自由度有關(guān)的單元剛度系數(shù)，GT為扭轉(zhuǎn)剛度常數(shù)，D_o為外徑，D_i為內(nèi)徑，D_i＝D_o-2tw，tw為單元壁厚，L為單元長度；

用于計算網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)質(zhì)量矩陣的公式：

M_t＝(m_w+m_int+m_add)L????(3)

M_a＝(m_w+m_int)L????(4)

Mt、Ma、mw是三個不同的質(zhì)量系數(shù)，madd為網(wǎng)箱外部流體

的附加質(zhì)量，

mw=(1-ϵin)ρπ4(D02-Di2)]]>

madd=(1-ϵin)CIρwπ4De2---(5)]]>

其中，ρ為材料的密度；ε_in為初應(yīng)變；m_int為單元內(nèi)部流體與附件的單位長度的質(zhì)量；C_I為外部流體的附件質(zhì)量系數(shù)；ρ_w為壁外流體密度；

用于計算結(jié)點載荷向量的公式：

{F/L}b=Cbρwπ4De2{g}---(6)]]>

其中：{F/L}b為浮力引起的單位載荷向量；Cb為浮力系數(shù)；{g}為加速度向量，

流體的作用力計算公式：

ηs=Σi=1Nwηi=Σi=1NwHi2cosβi---(7)]]>

其中：η_s為總波高；N_w為組成波的數(shù)目；

βi={2π(Rλi+tτi+Ψi360)}---(8)]]>

R為沿波浪傳播方向，單元上一點距坐標(biāo)原點的距離的水平投影長度；λ_i為波長；t為時間；τ_i為波周期；Ψ_i為波峰相位角；

流體質(zhì)點速度與加速度計算公式：

{F/L}d=CDρwDe2|{u·n}|{u·n}+CMρwπ4De2{v·n}+CTρwDe2|{u·t}|{u·t}---(9)]]>

其中：{F/L}_d為離散單元單位長度的動力載荷；C_D為法向曳力系數(shù)；C_M為法向慣性力系數(shù)；C_T為切向曳力系數(shù)；為法向流體質(zhì)點相對速度矢量；為法向流體質(zhì)點加速度矢量；為切向流體質(zhì)點相對速度矢量；D_e為考慮附著層厚度的外徑值；

求解網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)結(jié)點的位移向量和錨繩結(jié)點的位移向量的公式：

a·t+Δt=a·t+[(1-δ)a··t+δa··t+Δt]Δt---(10)]]>

at+Δt=at+a·tΔt+[(12-α)a··t+αa··t+Δt]Δt2---(11)]]>

將式(10)和(11)代入(1)，

可得，K‾at+Δt=F‾---(12)]]>

式中，K‾=K+1αΔt2M+δαΔtC---(13)]]>

F‾=Ft+Δt+M[1αΔta·t+(12α-1)a··t]+C[δαΔtat+(δα-1)a·t+(δ2α-1)Δta··t]---(14)]]>

求解方程(14)即可得到網(wǎng)箱結(jié)點和錨繩結(jié)點t+Δt時刻的位移，代入式(10)和(11)即可求得t+Δt時刻的速度和加速度，在每一個時間步內(nèi)的求解通過牛頓迭代法；

3)由上述得到的網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)每一個結(jié)點的位移向量，計算得到網(wǎng)箱底框架結(jié)構(gòu)的傾角；同理，由上述得到的網(wǎng)箱錨繩每個結(jié)點的位移量，即得到錨繩的伸長量，根據(jù)彈性力學(xué)，即計算得到錨繩所受的張力；

4)步驟1)～步驟3)計算得到的網(wǎng)箱底框架結(jié)構(gòu)的傾角若小于在波流循環(huán)水槽進行模型實驗中得到的網(wǎng)箱底框架結(jié)構(gòu)的最大傾角時，則該網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)屬于能使用的許可范圍；步驟1)～步驟3)計算得到的錨繩所受的張力小于在波流循環(huán)水槽進行模型實驗中得到的錨繩所受的最大張力時，則該錨繩屬于能使用的許可范圍。