張大朋,嚴(yán) 謹(jǐn),朱克強(qiáng)
不同系泊纜失效模式下深海碟形網(wǎng)箱的水動力特性
張大朋1,嚴(yán) 謹(jǐn)1,朱克強(qiáng)2
(1. 廣東海洋大學(xué)海洋工程學(xué)院,廣東 湛江 524005;2. 寧波大學(xué)海運(yùn)學(xué)院,浙江 寧波 315211)
【】研究碟形網(wǎng)箱在系泊纜斷裂的部位和數(shù)量不同時,系泊纜斷裂后碟形網(wǎng)箱的水動力特性。結(jié)合某碟形網(wǎng)箱具體參數(shù)和其系泊系統(tǒng)布局情況,建立該碟形網(wǎng)箱的水動力分析模型,探究系泊纜在不同位置發(fā)生斷裂和不同數(shù)量系泊纜斷裂失效模式對碟形網(wǎng)箱水動力特性的影響?!尽?)不管何種模式的纜失效,都會導(dǎo)致其余未發(fā)生斷裂系泊纜所承受的系泊張力重新分布。2)纜失效位置和數(shù)量的不同都會對網(wǎng)箱主體的六自由度運(yùn)動產(chǎn)生不同的影響:當(dāng)系泊纜錨固端斷裂時,纜的自重及纜承受的水中阻力會對碟形網(wǎng)箱主體傾覆運(yùn)動起到某種程度的限制作用。當(dāng)系泊纜在上端斷裂時,斷裂后整根系泊纜完全脫離碟形網(wǎng)箱主體,如果自頂端斷裂的系泊纜較多,就會導(dǎo)致碟形網(wǎng)箱主體發(fā)生大傾角傾覆;如果只剩下一根系泊纜與碟形網(wǎng)箱相連,碟形網(wǎng)箱有可能發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)。
碟形網(wǎng)箱;系泊纜;失效模式;水動力特性
碟形網(wǎng)箱是海洋漁業(yè)養(yǎng)殖與開發(fā)過程中廣泛應(yīng)用的一種海洋網(wǎng)箱。與圓形重力式網(wǎng)箱相比,碟形網(wǎng)箱有著適應(yīng)性強(qiáng)、抗風(fēng)浪性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、不易發(fā)生變形等多種優(yōu)點(diǎn)[1-2]。范浩等[3]對單纜失效下的碟形網(wǎng)箱展開水動力特性分析;徐為兵等[4]探究不同波高及波流聯(lián)合作用下碟形網(wǎng)箱水動力特性,發(fā)現(xiàn)海流流速對錨繩張力影響最大,其次為波高,而周期對張力的影響并不明顯;李玉成等[5-6]分析碟形網(wǎng)箱和圓形重力式網(wǎng)箱的系泊系統(tǒng)張力變化;湯威等[7]分析不同系泊形式對碟形網(wǎng)箱水動力系統(tǒng)的影響;陳連源等[8]提出一種升降式碟形網(wǎng)箱的設(shè)計(jì)方案;袁建強(qiáng)[9]在提出一種升降式網(wǎng)箱設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,基于SESAM軟件對深海網(wǎng)箱平臺整體結(jié)構(gòu)在風(fēng)暴工況下的總體強(qiáng)度進(jìn)行校核;蔡曉雄[10]分析Spar平臺在系泊纜失效形式下的水動力響應(yīng)情況;侯會敏[11]對深海系泊網(wǎng)箱的系泊系統(tǒng)疲勞損傷情況進(jìn)行可靠性分析;汪薔[12]研究系泊纜的剩余強(qiáng)度;Lian等[13]分析纖維纜繩的損傷程度對混合拉緊纜繩系泊系統(tǒng)性能的影響。目前,關(guān)于碟形網(wǎng)箱系泊系統(tǒng)完整狀態(tài)下的水動力特性和單一纜失效模式下的水動力研究已經(jīng)較為成熟,但關(guān)于系泊系統(tǒng)中多纜斷裂失效模式下的水動力特性及系泊纜不同部位發(fā)生斷裂后碟形網(wǎng)箱的水動力特性的研究則較少見諸報(bào)道。有鑒于此,本研究參照某碟形網(wǎng)箱具體參數(shù),建立該網(wǎng)箱總體水動力分析模型,對該系統(tǒng)在泊纜斷裂部位和數(shù)量不同的情況下的碟形網(wǎng)箱水動力特性進(jìn)行分析,以期為指導(dǎo)具體碟形網(wǎng)箱的海上作業(yè)提供參考。
系泊纜發(fā)生斷裂的位置一般集中在纜上端和海底錨固端,因此,本研究中系泊纜的失效部位也假設(shè)發(fā)生在纜上端和海底錨固端。
本研究對象為沉降式碟形網(wǎng)箱,該網(wǎng)箱在風(fēng)平浪靜時可浮于水面,有臺風(fēng)時可下沉到水面以下。該網(wǎng)箱為一個自張緊結(jié)構(gòu),主要由一個八邊形浮環(huán)和一個中心立柱組成。網(wǎng)箱浮環(huán)由八個鋼管分段用法蘭連接,每個分段分別密封并加壓。網(wǎng)箱用質(zhì)量達(dá)3 t的混凝土塊壓載,通過懸掛索懸掛在中心立柱下面,使之保持一定的穩(wěn)定性。中心立柱內(nèi)有一個長達(dá)3 m的浮艙(其體積可變),配合一定長度的懸掛索使網(wǎng)箱下潛并穩(wěn)定在特定的深度。碟形網(wǎng)箱系統(tǒng)組成見表1,模型示意見圖1。
a,系統(tǒng)模型;b,俯視圖
表1 碟形網(wǎng)箱系統(tǒng)組成
實(shí)體網(wǎng)箱立柱為鍍鋅鋼管,中間是有一定容積的密封腔體。由于OrcaFlex軟件功能的限制(該軟件的原理是凝集質(zhì)量法),本模擬在處理該部分模型時將立柱等效為實(shí)心的外形相同、重量相等的圓柱。原因在于立柱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度是足夠的,本研究需要關(guān)注的是它本身重量和能產(chǎn)生的浮力。該網(wǎng)箱最初數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[14-15],在不顯著影響網(wǎng)箱水動力特性的前提下,為了便于建模以及提高計(jì)算效率,本模型作如下假設(shè)和簡化[16]:
1)將構(gòu)件間真實(shí)的復(fù)雜連接全部簡化為鉸接;
2)將配重塊簡化為忽略外形、帶有相同質(zhì)量的點(diǎn),即減少配重塊對網(wǎng)箱系統(tǒng)穩(wěn)定性的擾動;
3)簡單考慮網(wǎng)衣對波流的阻滯效應(yīng)。
網(wǎng)箱浮環(huán)由8段鋼管組成,段與段之間用一個六自由度浮體來連接,在進(jìn)行數(shù)值模擬時僅僅將六自由度浮體作為一個連接點(diǎn)來考慮。不用三自由度浮體連接的原因在于真實(shí)的網(wǎng)箱浮環(huán)是有一定剛度的,受到波浪作用時浮環(huán)會發(fā)生一定的彎曲和扭轉(zhuǎn),而這是不可忽略的因素。
徐為兵等[4]證實(shí),研究對象為碟形網(wǎng)箱主體,則忽略網(wǎng)衣對碟形網(wǎng)箱主體的運(yùn)動特性影響不大,本研究在這一結(jié)論的基礎(chǔ)上進(jìn)行建模。但如果研究對象為網(wǎng)箱上面網(wǎng)衣的變形,如何對網(wǎng)衣進(jìn)行等效處理則是必須考慮的問題,也是難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。針對傳統(tǒng)的圓形重力式網(wǎng)箱結(jié)構(gòu),嘗試通過改變網(wǎng)線的數(shù)量和直徑來達(dá)到網(wǎng)衣等效的效果。故引入如下假設(shè):將網(wǎng)衣分成很多部分,每一部分?jǐn)Q在一起,成為一根新的網(wǎng)線,保證網(wǎng)線前后體積不變,根據(jù)莫里森方程,在保證波流力不變的基礎(chǔ)上,為新的網(wǎng)線取一個新的系數(shù)。處理方法如下:
假設(shè)真實(shí)的網(wǎng)線直徑為0,水動力系數(shù)為C;將根相鄰的網(wǎng)線擰成為一根新的網(wǎng)線后,新的網(wǎng)線直徑為,水動力系數(shù)為C。網(wǎng)線前后體積保持不變,則有
化簡,得
假設(shè)前后水動力系數(shù)相等,則有
按照式(1—3)所得,對網(wǎng)箱模型中的網(wǎng)衣作相應(yīng)處理,按照參考文獻(xiàn)[16]施加波流載荷,并與文獻(xiàn)[17]的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。當(dāng)流速為0.1 m/s時,網(wǎng)箱的變形見圖2。由圖2可見,等效簡化的網(wǎng)箱數(shù)值模型的變形趨勢與試驗(yàn)結(jié)果的網(wǎng)衣變形趨勢趨于一致,說明這種方法有一定的可行性。
a,網(wǎng)箱等效簡化后數(shù)值模型;b,模型試驗(yàn)實(shí)測圖
a, simplified numerical model for cage; b, experimental model
圖2 仿真網(wǎng)衣變形與實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果
Fig. 2 Deformation comparison of net lines between simulation and experiment
該海域水深為55 m,波高為6 m,波浪周期為12 s,海流流速為2 m/s,波流同向,波流方向均為整體坐標(biāo)系下的180°。由文獻(xiàn)[18]的結(jié)論可知,斯托克斯五階波計(jì)算理論得出的結(jié)果更為保守,可提高實(shí)際工程上的安全裕度。因此,波浪的類型選擇斯托克斯五階波。該模型中4個三自由度浮標(biāo)的質(zhì)量皆為0.136 t,體積為0.438 9 m3,高度為1 m。系泊纜靜態(tài)構(gòu)型與環(huán)境載荷方向見圖3。在計(jì)算過程中,系泊纜法向拖曳力系數(shù)取1.200,軸向拖曳力系數(shù)取為0.008。
圖3 碟型網(wǎng)箱模型及環(huán)境載荷方向
由圖4可知,在系泊系統(tǒng)完好時,碟形網(wǎng)箱主體的水動力學(xué)特性較為穩(wěn)定。三自由度平動與轉(zhuǎn)動均為有規(guī)律的周期波動,尤其是碟形網(wǎng)箱主體的艏搖運(yùn)動,其波動幅度非常小。此時4根系泊纜兩端的張力分布情況較為簡單,系泊纜1與2上端系泊張力曲線重合,系泊纜3與4上端系泊張力曲線重合;且系泊纜1與2錨固端張力曲線重合,系泊纜3與4錨固端張力曲線重合。這說明在系泊系統(tǒng)完好時,該碟形網(wǎng)箱系統(tǒng)的整體水動力特性比較穩(wěn)定,且系泊張力分布情況較為規(guī)律。
圖4 系泊系統(tǒng)完好時碟形網(wǎng)箱系統(tǒng)的水動力響應(yīng)
在單根系泊纜失效的情況下,失效部位發(fā)生在上端(圖5)或錨固端(圖6),都會引起整個系泊系統(tǒng)中系泊張力的重新分布;且在上端發(fā)生斷裂的碟形網(wǎng)箱,其平動與轉(zhuǎn)動幅度都比在錨固端發(fā)生斷裂時的幅度大。原因在于,當(dāng)單根系泊纜在底部錨固端斷裂時,雖然纜底部與海床間的錨固作用消失導(dǎo)致碟形網(wǎng)箱主體在該方向的運(yùn)動約束大大減弱,但纜上端仍然與碟形網(wǎng)箱相連,此時系泊纜類似于在上端受到碟形網(wǎng)箱主體拖曳作用的拖纜,纜的自重及纜承受的水中阻力會對碟形網(wǎng)箱主體傾覆運(yùn)動起到某種程度的限制作用,此時碟形網(wǎng)箱的運(yùn)動以朝著纜斷裂相反方向的平動運(yùn)動為主;當(dāng)單根系泊纜在上端斷裂時,最大縱搖角已達(dá)到22°,斷裂后整根系泊纜完全脫離碟形網(wǎng)箱主體,從而導(dǎo)致碟形網(wǎng)箱主體發(fā)生大傾角傾覆。
圖5(續(xù))
Fig. 5(Continued)
A1—A4, 系泊纜1錨固端失效時;B1—B4, 系泊纜2錨固端失效時;C1—C4, 系泊纜3錨固端失效時;D1—D4, 系泊纜4錨固端失效時
圖6(續(xù))
Fig. 6(Continued)
在兩根系泊纜發(fā)生斷裂時,分兩種情況,即一種是兩根相鄰系泊纜發(fā)生斷裂,另一種是兩根相對系泊纜發(fā)生斷裂。
當(dāng)兩根相鄰系泊纜斷裂時(圖7):1)如果兩根系泊纜斷裂位置發(fā)生均發(fā)生在上端,則在纜斷裂后,碟形網(wǎng)箱主體發(fā)生大角度傾覆。2)如果兩根系泊纜斷裂位置均發(fā)生在錨固端,則兩根系泊纜失效后它們的自重會對抵抗碟形網(wǎng)箱主體發(fā)生傾覆起到更大作用,因此在這種情況下,與單根纜錨固端斷裂相比,此時碟形網(wǎng)箱主體的平動更加明顯,但大傾角傾覆受到更明顯地抑制。3)如果兩根系泊纜斷裂位置一根發(fā)生在上端而另一根發(fā)生在錨固端,這種情況與單根纜底部錨固端斷裂相比,碟形網(wǎng)箱主體的平動更加明顯,但與兩根系泊纜斷裂位置均發(fā)生在錨固端時相比,此時大傾角傾覆受到的抑制有所減弱,在斷裂發(fā)生的瞬間會發(fā)生小幅度艏搖。
A1—A4, 系泊纜1與2上端失效時;B1—B4, 系泊纜1與2錨固端失效時;C1—C4, 系泊纜1上端與系泊纜2錨固端失效時
當(dāng)兩根相對系泊纜斷裂時(圖8):1)如果兩根系泊纜斷裂位置發(fā)生均發(fā)生在上端,由于斷裂纜的對稱性,在纜斷裂瞬間,碟形網(wǎng)箱主體會發(fā)生小幅度傾斜,然后反復(fù)擺動,如果外界載荷較為微弱,則此時系統(tǒng)容易達(dá)成動平衡;如果外界載荷較為急劇惡劣,則這種不穩(wěn)定的動平衡將被打破,最終整個網(wǎng)箱主體徹底傾覆。2)如果兩根系泊纜的斷裂位置均發(fā)生在錨固端,碟形網(wǎng)箱主體的運(yùn)動主要集中在平動方向,兩端的纜自重可起到平衡傾覆力矩的作用。3)如果兩根系泊纜的斷裂位置一根發(fā)生在上端而另一根發(fā)生在錨固端,由于一根纜的自重仍然可加載到碟形網(wǎng)箱主體上,此時發(fā)生在錨固端斷裂的纜在其自重作用下會導(dǎo)致碟形網(wǎng)箱主體繞剩余兩根系泊纜上端連線的轉(zhuǎn)動;在轉(zhuǎn)動角度過大時,有可能發(fā)生傾覆。
A1—A4, 系泊纜1與3上端失效時;B1—B4, 系泊纜1與3錨固端失效時;C1—C4, 系泊纜1上端與系泊纜3錨固端失效時
由于該系統(tǒng)共四根系泊纜,故三根系泊纜失效均為相連三根系泊纜,假設(shè)系泊纜1、2、3失效。
當(dāng)三根系泊纜發(fā)生斷裂時:1)如果是三根系泊纜均為上端斷裂(圖9),此時碟形網(wǎng)箱主體的系泊形式類似于單點(diǎn)系泊,所有系泊力由剩余的那根系泊纜承受,且碟形網(wǎng)箱主體容易發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)且極易發(fā)生大傾角傾覆。2)如果是三根系泊纜均為錨固端斷裂(圖10),此時碟形網(wǎng)箱主體的系泊形式仍類似于單點(diǎn)系泊,不同的是碟形網(wǎng)箱主體仍與其余三根系泊纜相連,因此這三根系泊纜的自重可以起到抑制大傾角傾覆的作用。3)如果三根系泊纜中一根發(fā)生錨固端斷裂,而相鄰布局的另兩根發(fā)生上端斷裂(圖11),此時碟形網(wǎng)箱主體不僅容易發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)也易發(fā)生大幅度艏搖。4)如果三根系泊纜中一根發(fā)生錨固端斷裂,而對角布局的另兩根發(fā)生上端斷裂(圖12),這種情況與三根系泊纜均為上端斷裂時不同的是,此時碟形網(wǎng)箱主體仍易發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)但發(fā)生大傾角傾覆的可能性降低。5)如果三根系泊纜中一根發(fā)生上端斷裂,而相鄰布局的另兩根發(fā)生錨固端斷裂(圖13),此時碟形網(wǎng)箱主體不僅容易發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)也易發(fā)生大幅度橫搖;如果外界海洋載荷過于劇烈,這種橫搖容易發(fā)展成大傾角傾覆。6)如果三根系泊纜中一根發(fā)生上端斷裂,而對角布局的另兩根發(fā)生錨固端斷裂(圖14),此時碟形網(wǎng)箱主體在發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)時大角度橫傾會受到抑制。
系泊纜1、2、3上端失效時
系泊纜1、2、3錨固端失效時
系泊纜1錨固端與系泊纜2、3上端失效時
系泊纜2錨固端與系泊纜1、3上端失效時
系泊纜1上端與系泊纜2、3錨固端失效時
系泊纜2上端與系泊纜1、3錨固端失效時
在頂端失效模式下,系泊張力重新分布后會導(dǎo)致未失效纜的兩端系泊張力分別增大,而迎流迎浪方向的系泊纜張力增幅尤其大;針對這種情況,要對迎流迎浪方向的系泊纜進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng),以防這種情況的發(fā)生;對于有可能發(fā)生的風(fēng)標(biāo)效應(yīng),可以通過適當(dāng)調(diào)整系泊纜與碟形網(wǎng)箱的連接位置來調(diào)節(jié)。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)系泊纜索錨固端失效時,由于系泊纜索的自身重力以及系泊纜索與海床之間的摩擦力聯(lián)合作用下,仍能起到一定對網(wǎng)箱主體的限制作用,但如果海況較為惡劣,就需要在相應(yīng)的斷纜系泊處事先布放一定的儲備浮筒,當(dāng)錨鏈自底端斷裂后,可以通過往浮筒內(nèi)灌入壓載水的形式來對網(wǎng)箱主體的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)[19-21]。其余斷纜模式下的網(wǎng)箱主體姿態(tài)的控制,可通過以上兩種方式的組合來實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)際工程實(shí)踐中,不同系泊纜上端和錨固端的斷裂時刻并不是同步的,但在本研究仿真過程中,多根系泊纜不同位置的斷裂是同時發(fā)生的,雖然這對最初時刻的計(jì)算結(jié)果有影響的,但當(dāng)仿真結(jié)果穩(wěn)定后,對最終的計(jì)算結(jié)果趨同,故在研究中對于纜的斷裂模式采取此種方式。
此外,關(guān)于網(wǎng)箱網(wǎng)衣的計(jì)算方法,當(dāng)前最新的研究方法是天津大學(xué)劉春宏等[22]提出基于多孔介質(zhì)模型的養(yǎng)殖網(wǎng)箱的等效模擬方法,其研究發(fā)現(xiàn)單獨(dú)只考慮魚或網(wǎng)都不能準(zhǔn)確地描述魚類養(yǎng)殖網(wǎng)箱周圍的流場特性,須將二者結(jié)合考慮。而本研究中采用徐為兵等[4]、李玉成等[5-6]對于網(wǎng)箱等效處理的方法。后續(xù)研究中將結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)對照,進(jìn)一步完善碟形網(wǎng)箱網(wǎng)衣的等效計(jì)算方法。
本研究對該系統(tǒng)在泊纜斷裂部位和數(shù)量不同的情況下的碟形網(wǎng)箱水動力特性進(jìn)行分析,得到如下結(jié)論:
1)不管何種模式的纜失效,都會導(dǎo)致其余未發(fā)生斷裂系泊纜所承受的系泊張力重新分布;
2)纜失效位置和數(shù)量的不同都會對網(wǎng)箱主體的六自由度運(yùn)動產(chǎn)生不同的影響:當(dāng)系泊纜錨固端斷裂時,纜的自重及纜承受的水中阻力仍會對碟形網(wǎng)箱主體傾覆運(yùn)動起到某種程度的限制作用。當(dāng)系泊纜在上端斷裂時,斷裂后整根系泊纜完全脫離碟形網(wǎng)箱主體,如果自頂端斷裂的系泊纜較多,就會導(dǎo)致碟形網(wǎng)箱主體發(fā)生大傾角傾覆;如果只剩下一根系泊纜與碟形網(wǎng)箱相連,碟形網(wǎng)箱有可能發(fā)生風(fēng)標(biāo)效應(yīng)。
[1] 冉也, 劉琬晴, 張嘉奇, 等. 基于對比法的圓柱形與碟形網(wǎng)箱性能研究[J]. 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技, 2021, 32(7): 52-56.
[2] 鄢奉林, 郭根喜, 何真, 等. 圓形網(wǎng)箱浮架結(jié)構(gòu)有限元分析[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(4): 69-74.
[3] 范浩, 李家旺, 朱克強(qiáng), 等. 浪流聯(lián)合作用下碟形網(wǎng)箱單纜失效動力學(xué)分析[J]. 水道港口, 2017, 38(1): 80-83.
[4] 徐為兵, 朱克強(qiáng), 張大朋, 等. 網(wǎng)格錨定單體碟形網(wǎng)箱的水動力特性研究[J]. 海洋科學(xué), 2015, 39(10): 68-72.
[5] 李玉成, 桂福坤, 宋芳, 等. 重力式與碟形網(wǎng)箱的錨繩受力特性比較[J]. 海洋工程, 2005, 23(4): 19-24.
[6] 李玉成, 桂福坤, 宋芳, 等. 漂浮狀態(tài)下重力式及碟形網(wǎng)箱錨繩受力特性的比較[J]. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 2005, 29(4): 570-573.
[7] 湯威, 孫滿昌, 袁軍亭, 等. 不同張綱連接系統(tǒng)對碟形網(wǎng)箱浮環(huán)安全性能影響的分析[J]. 上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 14(1): 61-65.
[8] 陳連源, 趙漢星. 碟形升降式網(wǎng)箱的設(shè)計(jì)和制作[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化, 2005, 32(1): 39-41.
[9] 袁建強(qiáng). 深海網(wǎng)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其仿真分析[D]. 煙臺: 煙臺大學(xué), 2021.
[10] 蔡曉雄. Spar平臺水動力性能分析及其系泊纜失效研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2018.
[11] 候會敏. 深海網(wǎng)箱系泊系統(tǒng)疲勞損傷及體系可靠度分析[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2020.
[12] 汪薔. 系泊纜索剩余強(qiáng)度評估方法研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2014.
[13] LIAN Y S, YIM S C, ZHENG J H, et al. Effects of damaged fiber ropes on the performance of a hybrid taut-wire mooring system[J]. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 2020, 142(1): 1-12.
[14] FREDRIKSSON D W, MULLER E, BALDWIN K, et al. Open Ocean aquaculture engineering: system design and physical modeling[J]. Marine Technology Society Journal, 2000, 34(1): 41-52.
[15] TSUKROV I I, OZBAY M, SWIFT M R, et al. Open Ocean aquaculture engineering: numerical modeling[J]. Marine Technology Society Journal, 2000, 34(1): 29-40.
[16] 張大朋, 張?zhí)祢? 朱克強(qiáng), 等. OrcaFlex在海洋工程及海底管線動態(tài)仿真中的應(yīng)用[M]. 浙江: 浙江大學(xué)出版社, 2019.
[17] L?LAND G. Current forces on, and water flow through and around, floating fish farms[J]. Aquaculture International, 1993, 1(1): 72-89.
[18] 張大朋, 朱克強(qiáng). 極限海況下單點(diǎn)系泊系統(tǒng)纜索動張力研究[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2015, 37(8): 75-79.
[19] 張柏英.一種新型壓載軟體排及水下沉排技術(shù)[J]. 水科學(xué)與工程技術(shù), 2017(4): 86-88.
[20] 孔識波. 大型船舶在受限泊位裝卸的安全操作[J]. 航海技術(shù), 2003(3): 28.
[21] 張大朋, 朱克強(qiáng), 李園園, 等. 某島筏式液壓波浪發(fā)電裝置系留系統(tǒng)動力學(xué)分析[J]. 海洋科學(xué), 2015, 39(10): 60-67.
[22] 劉春宏, 劉長根, 董嬌嬌, 等. 基于多孔介質(zhì)模型的養(yǎng)殖網(wǎng)箱周圍流場特性研究[J]. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào), 2022, 39(1): 176-185.
Hydrodynamic Characteristics of Deep Sea Station Cage under Different Failure Modes of Mooring Cables
ZHANG Da-peng1, YAN Jin1, ZHU Ke-qiang2
(1.,,524005,; 2.,,315211,)
【】The study is to obtain the hydrodynamic characteristics of sea station cage after mooring cable breakage at different locations and numbers. 【】Combining the specific parameters of a certain sea station cage and the layout of its mooring system, establishing the hydrodynamic analysis model of the sea station cage, and exploring the influence of the breakage of mooring cables at different locations and the breakage failure modes of different numbers of mooring cables on the hydrodynamic characteristics of the sea station cage.【】1) Failure of any mode of cable will result in redistribution of the mooring tension of the remaining mooring cables that have not been broken. 2) The location and quantity of failure of cable have different effects on the 6-DOF motion of the main body of the sea station cage: When the anchor end of the mooring cable breaks, its weight and the water resistance of the cable will limit the overturning movement of the main body of the spar sea station. When the mooring cable is broken at the upper end, the whole root mooring cable is completely separated from the main body of the sea station cage after fracture. If there are more mooring cables broken from the top, it will lead to large overturning of the main body of the sea station cage. If only one mooring cable remains attached to the sea station cage, it may have weathercock effect.
sea station cage; mooring cable; failure modes; hydrodynamic characteristics
張大朋,嚴(yán)謹(jǐn),朱克強(qiáng). 不同系泊纜失效模式下深海碟形網(wǎng)箱的水動力特性[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2022,42(3):107-116.
TV131.2;U663
A
1673-9159(2022)03-0107-10
10.3969/j.issn.1673-9159.2022.03.014
2021-10-24
廣東海洋大學(xué)科研啟動經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(060302072101);廣東省促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展專項(xiàng)“深海油田高可靠智能開采技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”;2020國家一流專業(yè)船舶與海洋工程(100102-010305072101);國家“十三五”海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展示范城市項(xiàng)目(湛海創(chuàng)2017C6B1)
張大朋(1987―),男,博士,講師,研究方向?yàn)榇芭c海洋工程結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)。E-mail: 1214265737@qq.com