[发明专利]一种基于水动力学的网箱网衣受力监测方法

说明书

本发明公开了一种基于水动力学的网箱网衣受力监测方法，具体为：S1：获取并识别网衣基本特征信息，构建完整网衣初始形态；S2：获取并实时记录外部海洋流场环境特征及动态变化；S3：基于水动力学模型实现网衣形变仿真计算；S4：根据计算结果，绘制网衣在外部流场环境影响下的形变及受力情况；S5：计算网衣单元结构所受的内力，识别内力超过网衣材料最大忍耐力的部位并突出显示，进而进行海洋养殖网箱网衣易损部位的判定。本发明可用于复杂海况下网箱网衣的形变及受力分析及易损部位监测。能合理分析网衣在的形变过程和特征，分析网衣薄弱及易损区域，为网衣的替换、布置、编结方式、材质选择提供先行参考，有效降低网箱网衣的制造及更换成本。

技术领域

本发明涉及水产养殖工程和海洋信息化服务领域，尤其是一种基于水动力学的网箱网衣受力监测方法。

背景技术

网衣是深海网箱的重要组成部分，它在保证深海箱体与外界水环境交换畅通，维持鱼类生长环境，防止鱼类逃逸和天敌侵害等方面起到关键作用。

但网衣柔软的特点使得网衣在外荷载作用下极易发生运动变形，在流速较大时会加大网箱的容积损失，从而影响到养殖鱼类的正常生长。因此，研究网衣在水流作用下的运动变形，对于深入了解网箱的耐流特性、以及为网箱设置区域的选择作为参考具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于水动力学的网箱网衣受力监测方法，该方法可以实现网箱网衣在不同海洋环境下的形变监测及受力分析，从而节约实际应用成本，为网衣形状、结构设计，位置布放提供依据。

为实现上述目的，本发明一种基于水动力学的网箱网衣受力监测方法，具体为：

S1：获取并识别网衣基本特征信息，构建完整网衣初始形态；

S2：获取并实时记录外部海洋流场环境特征及动态变化；

S3：基于水动力学模型实现网衣形变仿真计算；

其中，在空间坐标系下，对网衣中任意质量体，其受力为：

为质量体的质量；为质量体的附加质量系数；为质量体的加速度；为质量体受到的重力，为质量体受到的浮力，为质量体受到的拉力，为质量体受到流体阻力；将其写为矩阵形式如下：

为质量体的质量；为质量体的附加质量系数；为质量体沿三个方向上的加速度；为质量体受到的重力，为质量体受到的浮力，为质量体受到的拉力沿三个方向上的分量，为质量体受到流体力阻沿三个方向上的分量；

相互连接的质量体之间的作用力为：

为质量体所连接的其他质量体的数量，表示与质量体相连的质量体对其施加的作用力，为质量体和之间的距离；为质量体与的临界长度，当距离超过临界长度，即时，则二者之间存在弹性力，反之则没有弹性力；为质量体沿拉伸方向的投影面积；和为质量体的弹性形变参数；

在空间坐标系下，当质量体与相连所有质量体的距离均超过各自的临界长度时，其所受拉力沿三个坐标轴的分量为：

其中分别为与第个质量体相连的第个质量体对该质量体的拉力沿方向上的分量；为第个质量体的位置，为与第个质量体相连的第个质量体的位置；

流体阻力包括速度力和惯性力，表示为：

为第个质量体所受到的流体阻力，和分别为所受到的速度力和惯性力，和分别为质量体的速度和加速度；为质量体沿水流流速的投影面积；为附加质量系数；为流体密度；为流体速度；为速度力系数；