基于有限元的深水延绳式浮筏养殖装置抗风浪能力分析

由浮漂、网笼、主绳、桩绳以及锚固入海底的锚桩构成的延绳式深水浮筏养殖设施处于风大、浪高、流急的深水开放水域,受到复杂海况的作用,其结构的安全性与可靠性将直接影响到整个养殖生产的成败,在其结构设计时需要考虑海洋风浪流的影响,对其受力和运动特性进行研究,进而分析其抗风浪能力,为养殖设施结构的参数设计提供参考。该文基于有限元方法,通过对深水延绳式浮筏养殖装置的受力特性及其变形情况进行分析,建立筏架系统有限元分析模型,利用Broyden迭代法解有限元方程,计算了系统在不同浪级(即不同波高)海况下的筏架系统位移和桩绳的最大张力,对养殖装置的抗风浪能力进行了计算分析。以架设于獐子岛海域30 m水深的深水浮筏养殖设施为计算实例,结果显示,主绳长300 m的筏架系统在1.5 m/s流速的海域中,其桩绳最大张力为78.8 k N,横向最大位移为18.5 m,抗风浪能力为6~7级海浪(6 m波高);实测结果分别为72.7 k N、16.9 m,计算结果与实测值吻合良好。通过进一步的试验验证,该分析模型可为深水延绳式浮筏养殖设施的实际工程设计提供理论参考。     

波流复合工况下缝边式围栏网衣水动力特性

围栏养殖是一种发展迅速的新型生态养殖模式。网衣系统是围栏养殖设施的核心组成部分,与设施的安全密切相关。该研究针对缝边式围栏网衣系统,采用集中质量点法研究其在波流复合工况下的受力特性。研究结果表明：在波高4～6 m、流速1.0 m/s、入射角度0°时,纲绳最大受力出现在距水面下1～2.5 m处的第二、三根横向纲绳两端处;网线最大受力出现在水面下第二根横向纲绳与中间两根竖向纲绳连接处;网衣受力呈现对称分布,整片网衣的载荷主要来自上半部分网衣,约占总荷载的80%;随着入射角度的增大,纲绳和网线的最大受力以及网衣的最大偏移量逐渐减小;同等波高条件下,入射角度0°～40°时,围栏网衣受力及最大偏移量下降速率较慢,入射角度40°～80°时,下降速率较快;位于两侧桩柱上的系缚点的最大受力出现在水面下第二、三根横向纲绳两端处。在工程运用过程中,建议将以上最大受力部位进行加固处理,以提升围栏网衣抗破坏能力。该研究结果可为围栏实际工程建设和维护阶段提供技术支撑。     

波浪高度及方向对桩柱式围网养殖系统网片水力特性的影响

浅海围网养殖是一种生态型养殖模式,桩柱式围网是其中最为典型的模式之一,主体由排桩和网片组成。围网网衣系统安全是决定围网工程安全的关键所在。针对桩柱式围网,采用数值模拟方法对其主要构成部件单元网片在波浪条件下的变形和受力等水力特性进行了研究,重点分析了波高(1、2、3、4、5 m)和波向(10°、30°、50°、70°、90°)条件下围网网片的网线张力分布、结节偏移和桩柱系缚点受力特性及影响关系。结果表明,桩柱式围网单元网片的网线最大张力部位主要出现在网片上端两侧位置,应用时建议强化顶部纲绳的设计考虑;波向为30°~70°时,网线最大张力有一段较小的增加量,而结节最大偏移随波向的增大而增大;网片与桩柱系缚点的最大受力呈现两端大中间小的现象,建议强化顶部和底部系缚点。以上研究结果可为桩柱式围网工程设计与安装提供参考。     

基于可再生能源供热的设施水产养殖试验温室设计

养殖温室是设施水产养殖的关键装备,对养殖环境调控和系统运行能耗有极大的影响。在浙江大学的校园内,设计建造了一个设施水产养殖试验温室,用于研究基于可再生能源的供热系统和养殖温室围护结构保温特性。试验温室长13.46 m,宽4.96 m,南墙高0.8 m,北墙高2.5 m。北墙和屋顶各设置有4个独立的洞口,尺寸分别为2.2?m×2.2?m和2.2?m×4.8?m,用于研究各种墙体和屋顶保温构造的湿热性能。太阳能集热器面积可在10~50 m2之间变化,试验温室冬季室内空气温度可控制在15~35°C。可用于测试养殖温室的太阳能-热泵联合集热、围护结构的湿热传递、废水余热回收、养殖新水增温和温室室内采暖等性能。     

系泊和压载方式对半潜式渔场平台动力特性的影响

为了解渔场平台的耐波性及稳性,为渔场平台主体结构设计和海上安装提供理论依据和数据支撑,该研究针对一种半潜式桁架结构渔场平台开展了模型比尺为1:30的波浪水池试验,通过试验分别研究了渔场平台在3种系泊方式(锚链长度2.67、5.34、5.34 m并悬挂200 g重块)、3种压载状态(空载、半载和满载)和6种波况(波高为16.7～23.3 cm,周期为1.64 s和2.01 s)条件下的动力响应情况,比较分析了不同条件下渔场平台系泊力、升沉、纵摇和横摇的试验结果。结果表明,选用5.34 m长度锚链并悬挂200 g重块的单点系泊系统,能够更好的降低渔场平台的系泊力。在所有波况条件下,渔场平台的各运动分量的峰值均比较小,最大升沉峰值为4.21 cm,仅占波高的约1/5,纵摇峰值仅为6.55°,横摇峰值仅为1.19°,表明渔场平台具有较好的稳性。比较3种不同压载状态,其中满载状态下渔场平台的系泊力、纵摇及横摇峰值最大,但在空载状态下渔场平台的升沉峰值最大。随着波高的增大,渔场平台的运动受力均有所增大。研究结果有助于为今后我国半潜式渔场平台发展提供一定的理论参考。     

池塘移动式太阳能水质调控机研制与试验

为调控池塘养殖水质,设计了一种由太阳能动力、絮状污泥吸收释放、水面行走和运行控制等装置组成的池塘移动式太阳能养殖水质调控机。性能测试表明,池塘移动式太阳能水质调控机的光照启动强度为13 000 lx,空载运行噪音68 dB,在水面平稳运行的移动速度在0.02~0.03 m/s之间。在光照度13 000~52 500 lx情况下,絮状污泥吸收释放装置的运行速度和提水量随光照度变化而变化,运行速度在0.13~0.35 m/s之间,提水量为110~208 m3/h。絮状污泥吸收释放装置设计为可旋转折叠式,通过调节折叠角度,可在水深0.5~2.0 m的池塘中作业,其对絮状污泥的吸收量与吸泥口的距底距离有关,距底距离越小,吸收量越大,在养殖池塘中的适宜距底距离为10~15 cm。池塘移动式太阳能水质调控机的作业范围与连接杆长度和牵引绳固定方式有关,通过调节连接杆长度和牵引绳方向,其运行轨迹可覆盖池塘80%以上水面。在养殖池塘中使用移动式太阳能水质调控机,可显著降低池塘养殖水体中的NH3+-N、NO2--N浓度,提高水体中的总磷浓度,降低池塘底泥沉积物厚度和沉积物中的总氮和活性磷含量。同时还可以分别提高养殖池塘中吃食性和滤食性鱼类产量30%和25%以上,降低养殖饲料系数24%以上。池塘移动式太阳能养殖水质调控机有较高的经济性,每台设备每年可节约电能2 400 kW以上。综合试验结果表明,池塘移动式太阳能水质调控机符合中国池塘养殖特点,各项性能指标达到设计要求,具有运行稳定、移动作业面大,水质调控效果好、增产效果显著和节能效果高等特点,可以用于池塘养殖水质调控。     

基于Web的罗非鱼养殖质量安全信息可追溯系统

为了保证罗非鱼的质量安全,该文分析了罗非鱼养殖流程,确定了罗非鱼养殖质量安全控制的关键点信息;结合全球统一EAN·UCC标识系统,设计出了可追溯标签,并采用ActiveX控件技术实现了客户端标签打印功能;采用B/S模式结构体系,建立了基于Web的罗非鱼养殖质量安全可追溯系统。该系统为实现罗非鱼全过程质量安全信息的可追溯提供了良好的操作平台,并且为后续加工、流通等环节的信息追溯提供了基础。     

种养结合BAF工艺对密闭循环养殖水净化效果分析

为了满足受控生态生保系统对鱼类生长和水资源循环利用的需求,该文围绕密闭循环水产养殖系统(recirculating aquaculture system,RAS)平台构建以曝气生物滤池(biological aerated filter,BAF)工艺为核心,辅以蔬菜栽培系统的水质净化工艺,探讨其对RAS持续运行的作用及原理。试验初始,向平台养殖池内输入300 L市政原水和60尾罗非鱼鱼苗,随后系统连续循环运行200 d,通过分析系统水质及鱼类生长状况,考察BAF耦合蔬菜栽培工艺在RAS中的适用性。结果表明,1～60 d单独BAF工艺对密闭RAS内水质污染物控制效果较差,运行60 d后水中TOC、N和P类污染物均出现大量累积。针对该问题,构建2级BAF和蔬菜栽培耦合工艺,在后续140 d内,TOC和NH4+-N累积浓度分别由60.3和2.9 mg/L降低至11.2和1.2 mg/L;NO2--N持续稳定在0.1 mg/L以下;NO3--N和PO43--P分别由累积浓度114.2和43.1 mg/L降低并稳定至54.7和15.6 mg/L左右。在BAF耦合蔬菜栽培工艺保障下,密闭RAS内95%以上水资源持续再生;罗非鱼生长状态良好,零死亡率,最大养殖密度达41.9 kg/m3;同步收获4批次蔬菜,总质量达23 420 g,平均株质量达195.17 g/株。试验结果说明,BAF耦合蔬菜栽培可有效保障RAS持续稳定运行,可为密闭受控生态生保系统的水生动物养殖提供技术借鉴。     

渔船拖网绞车张力自动控制系统设计及试验

为了补偿拖网渔船作业过程中绞车纲绳张力波动或渔船转向造成的负载不对称性,保持网具良好的开口形状,基于电液控制技术设计了拖网张力自动控制系统。对拖网曳纲张力采集方法进行了研究,采用油压力传感器间接测量拖网左右曳纲张力数据作为输入信号,传输到控制器进行逻辑运算,控制先导溢流阀调整马达溢流压力,改变绞车输出扭矩,从而驱动拖网绞车收、放来控制左右曳纲张力,达到系统动态平衡。并基于实验室虚拟仪器工程平台(laboratory virtual instrument engineering workbench,Lab VIEW)对系统软件进行了设计,实现绞车张力控制系统的参数设置与控制管理。为了验证系统的张力控制特性和实用性,对系统进行了海上应用试验,在张力自动控制模式下,拖网绞车根据渔船航速和水流自动调节收放网速度,减少作业过程中曳纲张力波动。拖曳过程中拖网曳纲长度范围为350~490 m,绞车曳纲张力范围为118~148 k N,对应系统压力为2.3~2.7 MPa,渔船平均拖速为5.6节。试验结果表明,左右曳纲张力差在合理范围内,系统能很好调节曳纲张力大小,为渔船安全生产提供了保障;启用张力控制系统后网口面积比未使用张力控制系统前增大了9.5%,有效调整了网口扩张,提高了捕捞效率。     

对虾高位池循环水养殖系统对水质调控效果研究

为了改善高位池对虾养殖水质,降低养殖环境污染,提高产品质量安全,对自主研发的高位池循环水养殖系统调控对虾养殖水质的效果进行研究,设计了3个不同循环量（20m·3h-1,T1）、（40m3·h-1,T2）、（60m3·h-1,T3）水处理系统进行高位池试验。结果表明,不同处理量的循环水系统均能有效地降低水体中NH4＋和NO2-,T1、T2、T3对NH4＋的相对消除率分别为46%、56%、57%;对NO2-的相对消除率分别为38%、34%、54%;各处理组对NO3-均没有明显的消除作用。T1、T2对PO34-无消除效果,T3对PO34-的相对消除率为36%。T1对COD无消除效果,T2、T3对COD的相对消除率为9%、15%。综合比较可知,60m·3h-1循环水处理系统对改善水质效果最好,40m3·h-1次之,20m3·h-1最差。     

紫萍铺水利枢纽引水发电洞进水口边坡预应力锚索锚固效应分析

四川岷江紫坪铺水利枢纽工程引水发电洞进水口边坡布置了大量预应力锚索进行加固,同时安装了13台锚索测力计对锚索进行监测,安装了4支多点位移计对边坡变形情况进行监测。在对锚索测力计和多点位移计监测资料整理分析的基础上,重点分析了预应力锚索对边坡的锚固效应,为该边坡的稳定性分析提供了必要的判别依据。     

移动式防洪系统力学性能及渗漏特性试验研究

移动式防洪系统是一种具备高安全性的标准化防洪方法,但在中国的城市防洪系统应用还不多,对其技术性能的研究不足是制约因素之一。该文依托某市的移动式防洪墙工程,设计移动式防洪墙综合试验基地,蓄水试验以及立柱加卸载试验,研究了移动式防洪系统的预埋件安装方法、受力性能和渗漏特性。结果表明,预埋件的直接安装法与预留槽孔法均能满足施工工艺和正常运行要求,但前者优于后者;蓄水后,移动式防洪墙存在渗漏现象,其与水位呈现指数的变化规律,当水位超过1.5 m时渗漏量会快速增大,达到1.7 m时渗漏量可达300 L/h;立柱加卸载(0~100 k N)过程中,首先会引起混凝土塑性变形,进而导致立柱产生残余位移,其受力过程表明立柱、预埋件与基座混凝土体系的破坏过程应是由预埋件两侧混凝土逐渐向迎水面发展。     

深水网箱浮架结构的失效及疲劳性能分析

为了分析台风海况环境与系泊载荷导致深水网箱局部崩塌的现象,分析网箱部件长期承受波浪交变载荷作用而导致的疲劳破坏问题,该文自主开发网箱浮架试样的加工方法,并进行浮架管材的性能参数测定,进一步采用等效载荷有限元模拟、全场景有限元模拟与力学试验对比验证,结合有限元结构仿真分析网箱浮架的失效及疲劳情况。结果表明,网箱浮架承受拉伸及弯曲载荷时弹性变形至塑性变形的临界屈服强度为22.12和30.58 MPa;浮架应力集中及疲劳关键节点主要为焊接点、系泊点、管材联接及工字架装配边缘区域,塑性区扩展至表面且断裂伸长率大于340.18%时发生结构断裂;浮架单点系泊及均布载荷40 kN时的低周疲劳寿命为734次应力循环,主要是由于此时的结构应力大于疲劳极限3.38 MPa导致疲劳寿命减小。增大系泊面积和工字架数量、减少焊接接头、降低联接管材的SDR系数可有效提高网箱浮架的可靠性能。研究结果可为长期和极限作业环境下网箱结构的优化设计提供参考。     

远洋中型单拖渔船中层拖网优化与试验

针对在中东大西洋海域作业的远洋中型单拖渔船缺乏捕捞小型中上层鱼类手段的现状,该研究通过分析大型中层拖网和中国近海大网目拖网的结构特点和水动力参数,综合大型中层拖网和近海大网目拖网的设计参数,优化设计了网口网目尺寸为12 m、网口周长分别为552、456和360 m 共3个规格的试验网,并进行模型试验和海上生产试验。结果表明：在拖速为2.31 m/s时,模型试验测得552型试验网（网口周长552 m）在L/S袖端间距L与长纲长度S之比为0.35、0.40、0.45 3种水平下的平均阻力为151.82 kN,网口高度为28.74 m;456型（网口周长456 m）的平均阻力为135.60 kN,网口高度为24.96 m;360型（网口周长360 m）的平均阻力为70.76 kN,网口高度为20.20 m。试验船在中东大西洋海域生产试验时,552型试验网平均拖速为2.06 m/s,平均每小时产量为0.13 t,456型试验网平均拖速为2.26 m/s,平均每小时产量为0.77 t,360型试验网平均拖速为2.52 m/s,平均每小时产量为1.13 t。中型拖网渔船使用中层拖网捕捞游泳能力较强的小型中上层鱼类,需要较高的拖速,作业拖速为2.31～2.57 m/s时产量较好。试验网具部分（不计网板、曳纲）的功率消耗占主机额定功率的11%～16%。研究结果有助于设计适合中国远洋中型拖网渔船的中层拖网。     

小区育种插装式排种器的设计

为提高育种试验机械化水平,降低试验劳动强度,按照小区育种播种机的技术要求,设计了一种插装式排种器,并以作业速度和株距为影响因素对其工作性能进行了测试。结果表明：作业速度为0.4～0.6 m/s,株距为8.5 cm时,粒距合格指数≥82.45%、重播指数≤13.38%、漏播指数≤4.16%,均达到优等品标准;株距为4.0 cm时,合格指数≥65.25%,达到一等品标准;重播指数≤13.87%,达到优等品标准;漏播指数≤19.50%,达到一等品标准。示范试验表明该排种器结构及排种性能满足小区育种农艺要求。     

Thresholds in selection of breeding habitat by the Eurasian treecreeper (Certhia familiaris)

Assessment of habitat thresholds is a topical issue in ecology, both from theoretical and applied perspectives. We examined how forest structure influences selection of breeding habitat in the Eurasian treecreeper (Certhia familiaris). It is an old-growth forest passerine, which can be considered an umbrella species. Habitat selection data, covering five breeding seasons, were collected from a study area across three spatial scales: (a) territory core scale (a radius of 30 m), (b) territory scale (a radius of 200 m) and (c) large scale (a radius of 500 m). Logistic regression analyses revealed that the radii of 30 and 200 m from the nest were the most important spatial scales for the forest patch occupancy. A loss of forest habitat and a low circumference of stems within the territory decreased the probability of occupancy. There was a distinct threshold in the amount of forest cover on forest patch occupancy when the volume of timber was taken into account. At low timber volumes (0-151 m³/ha) the amount of forest cover was negatively related to the occupancy rate of forest patches. This negative relationship changed abruptly when the volume of timber exceeded 152 m³/ha, after which forest cover had a positive effect on the occupancy rate of forest patches. This is a new way to examine habitat thresholds in relation to forest cover. Furthermore, as debated in recent literature, treecreepers also tend to respond to habitat loss rather than to changes in habitat configuration, which stresses the need for habitat restoration and conservation. Moreover, our results emphasize the importance of within-territory structure over the characteristics of the habitat matrix in selection of breeding habitat.     

履带车辆差速转向时载荷比受土壤下陷的影响

为进一步探究履带车辆双功率流动力差速转向机构的转向性能,需要对载荷比的影响因素进行全面分析。该文主要考虑下陷量及土壤参数的影响,对试验样机进行差速转向试验,得到了下陷量与实际载荷比的关系、下陷量与转向半径的关系以及载荷比与转向半径的关系,根据载荷比公式计算的数值与试验测得的数值接近,误差范围在0.16～1.74。试验中,载荷比从1.65增加到6.08,下陷量从3.60 mm增加到10.42 mm,转向半径从1.00 m减小到0.29 m。试验结果表明：履带车辆在松软地面进行差速转向时,下陷量随着实际载荷比的增加而增大,但随着转向半径的减小而增大。该文试验所得结果与理论分析相吻合,可以进一步完善履带车辆差速转向理论。