10万吨级养殖工船快速性及动力系统配置分析

针对养殖工船特定作业需求,探索一种便捷的船舶快速性研究方法,研发经济高效的动力系统,对降低养殖成本、提高养殖安全、推动产业发展具有重要意义。通过模型试验对比验证计算流体力学(CFD)叠模法静水阻力计算的准确性;基于叠模法对船体快速性进行多目标优化,获取理想的船体低阻力型线;从养殖工船功率需求、初始建造成本及动力系统故障失效对比角度,分析养殖工船动力系统的合理配置,获取动力系统基础方案。结果显示,在9~11 kn及低傅氏数情况下,通过优化线型而降低静水阻力不明显;在伴流不均匀度下降到一定程度以后,继续降低阻力,会大幅提升,不利于整体快速性能的提高;结合系泊养殖实际使用需求,采用电力推进技术可有效减少初始建造投资、降低后期维护及运营成本,提高养殖工况动力系统可靠性。根据养殖作业动力系统配置需求,反推养殖工船的快速性特征是研究该类问题行之有效的方法。     

基于SESAM的远洋秋刀鱼渔船结构强度评估

远洋渔船结构设计主要参考《钢质远洋渔船建造规范》,船长小于65m不需要总纵强度计算;若大于65m,其波浪弯矩参考商船的经验公式确定,而渔船与商船在船型上差异较大,且渔船真实作业工况环境载荷也很难简单地用经验公式计算。本研究考虑渔船实际作业工况和所处海域海情,计算获取更为真实的外载荷,以便更精确地计算渔船结构应力与变形,达到强度评估、改进渔船结构设计的目的。通过SESAM软件建立秋刀鱼渔船三维模型,对渔船丰收返港、空载到港和横倾捕鱼3个典型作业工况进行整船有限元分析。结果显示:驾驶室后舱壁与艉楼甲板、救生甲板相交处,艉楼甲板和主甲板相交舱壁处的应力较大。为此,设计秋刀鱼渔船时建议重点关注这些应力集中区域,做好结构过渡。此外,由于机器布置靠近首尾,鱼舱布置在船体中部,考虑各种典型工况,建议将压载舱室设置在中部,以平衡其重量重心、减小附加弯矩。     

桁拖渔船锚系泊支撑结构强度分析与研究

以某一近海桁拖渔船为研究对象,参照中国船级社(CCS)《钢质海船入级规范》,利用MSC. PATRAN软件分别建立船型、船首和船中锚系泊支撑结构的有限元模型,根据渔船实际锚系泊和作业情况对其锚系泊支撑结构进行强度直接计算。针对船中模型,分析不同系泊角度对船体支撑结构强度的影响以及渔捞载荷下的结构强度,并将系泊载荷以最危险的角度加载至船首模型进行强度校核,分析各工况下模型应力和变形情况。计算结果表明:各工况下船型锚系泊支撑结构强度均满足规范要求,且以锚泊工况的模型正应力最大,以渔捞辅助工况模型的正应力最小。当系泊绳索与中纵剖面夹角为90°、与水平面夹角为0°时,其结构应力达到最大,在实际作业中应尽量避免这种情况,以提高带缆桩及其支撑结构的使用寿命。本研究成果对桁拖渔船的设计和实际系泊操作具有一定的参考作用。     

捕鱼中和丰收返港工况下远洋秋刀鱼船整船强度分析

以某远洋秋刀鱼船为研究对象,利用挪威船级社的DNV SESAM软件,对目标船型在捕鱼中和丰收返港工况下起网与不起网状态下的波浪载荷进行长期预报,分析了舷外起网对渔船波浪外载荷的影响;通过建立秋刀鱼船三维整船的有限元结构模型,基于设计波法利用SESTRA模块对船型在丰收返港工况下起网与否的全船结构强度进行计算与分析。结果显示:1)在选取的工况下,丰收返港工况的垂直波浪弯矩和扭矩均大于捕鱼中工况;2)在结构强度和变形方面,船型总纵强度应力和扭转强度应力均能满足规范的相关要求。本研究可为渔船海上舷外起网作业提供指导,也可为结合渔船实际作业工况的疲劳强度分析提供参考。     

拖网渔船艉门架设计方法及研究

艉门架是拖网渔船的关键强力构件,其结构形式和强度直接影响捕捞作业的效率和安全。在分析艉门架工作原理和受力的基础上,运用两种结构力学方法,即两端刚性固定梁和平面刚架解析法,对设计计算结果进行分析和比较,并对推荐方法所得的艉门架结构进行受力分析验证。数值计算结果表明,在极限工况下结构强度能够达到使用要求,验证了艉门架结构设计的合理性。本文对经典结构力学公式进行分析、整理和归纳后,给出的弯矩影响系数表达式对提高船舶艉门架或类似结构的设计效率和优化构件尺寸具有实用价值。     

基于ANSYS WorkBench的围网理网机优化设计

针对中国围网渔船作业机械化程度低、起放网速度慢等问题,围绕加快围网网具整理速度,提高整体作业的效率,开发了1.5T围网理网机。利用CREO三维建模软件建立理网机实体模型,并将建好模型导入ANSYS Work Bench中进行有限元受力分析,对理网机作业工况位置进行有限元分析计算,对最大应力结构部件进行优化分析设计,最终得到结构合理、强度满足安全系数的理网机部件参数。     

双体钓鱼船结构强度直接计算分析

以一艘34.7 m双体钓鱼船为研究对象,结合中国船级社相关规范的要求,提出了一套双体钓鱼船结构总强度有限元分析的方法。其中波浪载荷分别采用直接计算法和规范计算法进行计算,以此确定双体钓鱼船结构总强度分析的输入载荷;建立整船结构有限元模型,施加约束和载荷后进行总强度分析,探究双体钓鱼船船体各部位的应力分布;对连接桥结构进行重点屈曲强度评估,分析连接桥各构件的屈曲强度特点。结果显示:双体钓鱼船结构总强度满足要求,总横弯矩对总强度的影响最大,连接桥前后端壁与片体连接处出现应力集中现象,上层建筑对横向和扭转强度有较大影响。本研究结果可为其他双体钓渔船的设计和建造提供参考。     

小型尾滑道渔船结构设计中值得注意的几个问题

自1990年初,沿海一带群众性渔业出现明显回升势头,为了满足渔民需要,我室相继开发了尾滑道渔船系列,在社会上产生了较大影响。通过几年的结构设计,现将本人对小型尾滑道渔船结构设计的若干考虑拿来与大家共同探讨。船体结构设计的主要任务是在满足船舶总体设计的要求下解决船舶总体强度结构形式,构件尺度     

基于直接计算法的聚乙烯渔船船体结构强度研究

为保证聚乙烯渔船船体结构强度，提升聚乙烯渔船质量，以船长10.10 m线性低密度聚乙烯渔船为研究对象，采用ANSYS软件建立渔船有限元模型，依据现行技术法规相关要求，分析典型工况弯扭组合载荷作用下总纵强度对渔船结构安全的影响，通过调整船舶长深比和保证主船体活鱼舱处结构的连续性的方法，研究了船舶主尺度比和船体结构件连续性对主船体总纵强度的影响程度。结果显示，聚乙烯渔船原材料质量是保证船体结构安全的首要要素，小型聚乙烯船舶有校核整船总纵强度的必要性，合适的船舶主尺度可以明显提高渔船总纵强度，船舶设计建造时保证纵向结构完整及连续性更有利于总纵弯曲应力的过渡。本研究采用的直接计算法思路可为聚乙烯渔船结构强度的研究提供借鉴，为聚乙烯渔船的结构优化设计提供参考。     

折角比对养殖工船舱内流场特性的影响

为改善带有顶、底边舱且低径深比的养殖工船养殖舱内流场特性,以提高水产养殖动物福利与经济效益,提出一种结构优化参数折角比(a/B,a为角壁边长,B为养殖舱壁边长),以评估养殖舱内流场的改善效果。基于计算流体动力学(CFD)仿真技术,研究折角比参数a/B(0～0.4)和进水速度(0.8～1.2 m/s)对养殖舱内流场特性的影响。结果显示：不同进水速度下,养殖舱内流体特性的变化趋势一致;养殖舱水力停留时间一致的条件下,当折角比参数0.25≤a/B≤0.40时,养殖舱内流场均匀性较好,平均流速较原方形养殖舱提高35%,能量有效利用率提高70%;角壁附近低流速区域减少,养殖舱中间排水口区域有明显涡柱形成,有助于提高养殖舱系统的自清洁性能。研究表明,折角比参数a/B控制在0.25～0.40时,有助于提高养殖舱系统的能量有效利用率和养殖空间利用率。研究结果可为养殖工船养殖舱的结构设计和优化提供参考依据。     

自升式深海网箱不同工况下结构安全性评估研究

深海网箱养殖受极端环境影响较大,自升式深海网箱凭借其结构特点在极端天气下可将养殖箱体下潜入水,为更好地应对极端环境、增加养殖效益提供了可能。本文针对某自升式深海网箱,基于大型通用有限元软件ANSYS的Mechanical模块,建立其有限元分析模型,而后考虑正常作业及风暴自存2种作业状态,通过编制不同相位角下桩腿支反力搜索程序确定计算工况,最终求解得到网箱各部件结构变形情况及应力分布,从而完成网箱结构安全性评估。研究表明,自升式深海网箱通过箱体下潜入水可以很好应对极端环境条件;经校核,本研究的自升式深海网箱结构安全性满足要求;桩腿及附近撑杆是自升式网箱的结构薄弱区域,在网箱设计中应予重点考虑。本研究可为自升式深海网箱结构安全分析提供方法参考。     

Finite element analysis of tensegrity structures in offshore aquaculture installations

Aquaculture is the fastest growing food producing sector in the world. Considerable interest exists in developing open ocean aquaculture in response to a shortage of suitable, sheltered inshore locations and possible husbandry advantages of oceanic sites such as increased water quality and oxygen supply, which improve production efficiency and the quality of fish. The extreme weather conditions experienced offshore leads to a focus on new structure concepts, remote monitoring and a higher degree of automation in order to keep the cost of constructions with an economically viable range. This paper proposes tensegrity structures in the design of wave compliant structures for offshore aquaculture. The objective of this paper is to study several different combinations of pre-stress and stiffness and determine how they influence the stiffness of the tensegrity structure. The finite element analysis program ABAQUS™ has been used to investigate the load carrying capacity of a tensegrity beam structure. The stiffness properties of the tensegrity beam were observed to be highly non-linear and dependent on pre-stress and spring stiffness. When designing a tensegrity beam, both pre-stress and spring stiffness should be considered to ensure the desired structural properties. A large strength to mass ratio and promising properties with respect to control of geometry, stiffness and vibration could make tensegrity an enabling technology for future developments. The suggested concept, the tensegrity beam, shows promising stiffness properties in tension, compression and bending, which are relevant for development of open ocean aquaculture construction for high energy environments.     

基于NAPA软件的渔业船舶完整稳性分析

为验证NAPA软件在渔业船舶应用上的可行性和采用船舶静力学原理计算完整稳性的精确性,根据南海海域49.5 m金枪鱼延绳钓船的特定作业工况,分别采用NAPA软件和表格进行计算。计算结果表明,两种计算方法的偏差在2%左右,能够满足工程应用的精度要求。对气象衡准计算,分别采用了渔业船舶规则和国际海事组织(IMO)规则,由于算法不同,其偏差较大。通过比较发现,渔业船舶规则对气象衡准的要求高于IMO规则的要求。在没有条件使用大型船舶计算软件,且船舶处于平浮状态时,采用船舶静力学原理的计算结果是精确的。采用了船舶静力学原理并建立了NAPA计算模型,通过实例计算表明,NAPA软件具有在渔业船舶应用上的可行性和采用船舶静力学原理计算完整稳性的精确性,该结论可为船舶设计人员选取不同计算方法时提供参考依据。     

基于SIMA的重力式网箱阻力性能计算

近年来，深远海渔业养殖装备已引起国内外相关领域的广泛关注，其中网衣系统是渔业平台的重要组成部分。网衣属于小尺度柔性构件，在水动力作用下会产生变形，其阻力性能预报归于水弹性问题的范畴。目前，出现了1种较先进的基于非线性有限元的网衣水动力计算方法，该方法将势流理论与有限元方法相结合，用于求解网衣受力和变形。文章采用该方法计算一型重力式网箱的阻力性能，并将计算结果与试验数据进行比较，结果表明，采用该方法可以较好地预报网衣阻力性能，从而为开展大型深远海渔业平台网衣系统的阻力计算夯实基础。     

水流作用下一种养殖金属网衣水阻力特性的数值模拟研究

为保障深远海金属网箱养殖系统的结构安全,进行网箱结构的水动力学研究是一项重要的工作。构成金属网箱主要组成部分的金属网衣是一种小直径多孔的网状结构,在波浪和水流作用下的水动力学特性与一般的海洋工程结构物有显著不同。本文基于有限元基本原理,采用梁单元模拟金属网线结构,采用连接单元模拟网线接触部位的相互作用,并运用ABAQUS软件进行数值计算,在试验验证的基础上,分析了在水流作用下一种金属菱形链网衣在不同网目尺寸、不同网线直径情况下的水阻力变化情况。数值模拟结果表明在各种工况下,当网目尺寸由25 mm增加到35 mm、45 mm时,网衣受力增加幅度的平均值分别为14.71%和38.07%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2 mm、4.0 mm时,各工况下网衣受力增加幅度的平均值分别为25.05%和45.06%。研究结果可以为进一步开展深海养殖金属网箱水动力特性研究提供积极的基础。     

我国海洋渔船发展策略研究

阐述了我国渔船发展的现状:捕捞渔船数量多、规模大、能耗高,木质渔船仍是捕捞渔船的主体;渔船玻璃钢化具备了一定的技术和产业基础,但发展滞缓;远洋渔船建造技术基础初步形成;船型优化技术研究与应用取得成效。指出了我国渔船装备存在的主要问题:渔船装备老化现象严重;船型杂乱;主机配置及船机桨匹配差异大;玻璃钢渔船推广应用难度较大;过洋性作业渔船装备面临升级换代;大洋性作业渔船整体性能落后。提出了发展战略:重点推进近海渔船"以小置大、以钢代木"工程,实施标准化升级改造;加快实施远洋渔船装备国产化进程;发展现代化科学考察船和渔政管理船;鼓励发展海上养殖渔船与休闲垂钓渔船。     

我国离岸养殖工程发展策略

发展离岸养殖工程对于保障水产品供给、开发蓝色国土资源、实现海洋水域资源的合理利用与有效开发具有重大意义。本文阐述了我国网箱养殖工程发展现状和面临的主要问题,介绍了国外在深水抗风浪网箱和养殖工船方面的研发进展,指出未来离岸养殖工程发展趋势是养殖设施系统大型化、养殖环境生态化、养殖地域外向化、养殖过程低碳化,提出了我国离岸养殖工程发展战略目标是:至2020年,全面形成面向深海、合理分布于主权海域的海上水产品养殖生产与流通体系,实现海洋渔业由"捕"向"养"的根本性转变,建立领先于世界的工业化蓝色农业生产体系。     

中国渔船标准化发展进程概述

回顾了中国渔船标准化发展基本进程,分析了不同时期的关键进展;统计分析了现行相关标准和规范体系,探讨了中国渔船标准和规范存在的问题;归纳总结了中国渔船结构强度和稳性、水动力和运动性能、节能减排、新型材料应用等领域的研究成果,以探寻渔船技术研究的方向。中国渔船标准化在标准船型评选、标准和规范制定、渔船相关技术研究等各个领域上取得了重要成果,为渔船的安全性、经济性、舒适性、耐波性和高效性提供保障;但存在渔船船舶行业标准和规范滞后、相关技术探讨较少较浅、先进技术和设备普及应用较慢等问题。渔船标准化是一项长期而艰巨的任务,不但要加大渔船的研究力度,加快渔船相关标准和规范的制定,还要相关政策制定部门的大力支持,才能不断完善中国渔船标准化建设。     

我国渔业节能减排研究与发展建议

在实地采样调研和数据分析的基础上,得出我国每年海洋捕捞渔船的燃油消耗为637万t,其中拖网和刺网渔船分别占58.8%和22.2%,是渔船燃油消耗的主体;推算出每年渔船总燃油消耗为790万t,渔业生产领域总能源消耗为1 754万t标准煤,其中水产捕捞、养殖和加工所占的比重分别为66%、21%和13%,并以万元产值能耗为指标对渔业及其主要领域的能源利用水平进行比较分析。在对渔业节能减排总体水平进行全面分析的基础上,指出降低渔业能耗的主要领域是拖网渔船和刺网渔船,控制渔业排放的主要领域是池塘养殖和工厂化养殖;标准化渔船技术、玻璃钢渔船技术、循环水养殖技术等是推进渔业节能减排的主要技术支撑;参考国外渔业节能减排技术状况,提出发展目标和主要措施等方面的建议。