1、本科毕业论文（20 届）网箱支架设计与计算分析所在学院 专业班级 海洋技术 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录I目录目录 .I摘要 .IIAbastract.III1 引言 .32 深水网箱的结构分布及作用 .42.1 网箱框架 .42.2 养殖网具 .62.3 固定系统 .62.4 配套设施 .63 目前常见深水网箱框架结构 .73.1 浮绳式网箱 .73.2 重力式网箱 .73.3 美国碟形网箱 .83.4 其它类型深水网箱 .84 支架设计 .85 设计支架的结构计算分析 .146 总结 .17参考文献 .18英文原文 .19英文译文 .20致谢 .21摘要II网箱支
2、架设计与计算分析摘要支架主要应用于重力式网箱的框架结构中。现实养殖过程中，支架会发生扭曲变形甚至发生局部断裂。本文包含四种支架设计，每个设计图用 CAD 软件绘制，同时详细阐述每个支架的设计理念、结构特点和具体尺寸。设计一采用拱形双孔设计；设计二在设计一基础上增加一个竖直小孔方便起网；设计三主要应用于采用三根浮力管的框架结构；设计四将中间圆孔作为支撑结构，而且圆孔位置向下偏移，使中间支撑部分与两侧浮力管套管呈现拱形结构。随后，对第一个支架设计用 Abaqus 进行了结构分析计算。结果发现，设计一在扶手管套管受到 1000N 水平向左拉力时，产生变形程度不大；浮力管套管在受到 500N.M 的弯
3、矩时产生扭曲，但扭曲程度不大。可见在 1000N 水平拉力和 500N.M 弯矩作用下，设计一的支架不会发生剧烈变形，影响整个框架结构的稳定。关键词：框架;支架；CADAbstractIIIThe design calculation and analysis of cage trestleDesign and calculation of brackets for gravity cagesAbastractIn the recent years, the cause of marine aquaculture has developed vigorously. While the tech
4、nology of the offshore cage in the aquaculture is progressing constantly ,and the offshore cage occupise more and more percents in the whole marine aquaculture. Hence, its quite important to accelerate the cage structure and technology . Full floating offshore cage and lift offshore cage are the typ
5、ical offshore cage that have been used frequently. Both of them have the frame structure in which the trestle is used to fix and connect the whole frame. Therefore, trestle design is a part of the offshore cage study.This thesis includes three designs pictured by CAD and elaborates the characteristc
6、s and sizes of each design. Then, the third design was caculated by Abaqus and the result indicates there exists some problem with the third design. All the three designs has shortages and need further step study and promotion.Key words：offshore cage；frame ；trestle引言11 引言我国是世界上唯一养殖产量超过捕捞产量的国家。世界养殖总产
7、量的 90左右是由我国创造的。海水养殖作为水产养殖的重要组成部分，正在蓬勃兴起。但同时，海水养殖也存在许多问题。海水养殖的主要障碍是适宜养殖水域的短缺。这一问题在我国导致的问题与其它国家一样，它使得越来越多渔场离海岸距离越来越远被直接暴露在海浪、海风、海流之下。这一趋势表明未来渔场更可能使用大规模的深水设备而不是小规模浅水渔场设备。未来渔场要承受的海洋载荷也会比现在要大得多。由此可见，深水养殖将会成为未来海水养殖的主要模式。我国深水网箱养殖始于 1973 年，截至 2002 年我国大型深水网箱数量约有 3300个，其中 HDPE 圆形结构网箱（包括浮式和升降式）约 1800 个，主要分布在浙江
8、、山东、福建和广东等省；浮绳式网箱约有 1300 个，主要分布在浙江、广东和海南等地。目前，深水网箱的主要养殖品种为大黄鱼、美国红鱼、鲈鱼、黑鲷和真鲷，与传统网箱的养殖品种基本相同。深水养殖的发展必须要充分发挥自身优势，提高养殖成活率和单面积餐量，降低养殖成本。深水养殖的发展不但包括养殖技术的发展，同时更包括深水养殖网箱装备的发展。不论是养殖管理技术还是养殖网箱装备的发展，都能有效提高深水养殖的养殖成活率。就现实养殖条件而言，深水养殖比普通淡水养殖和近岸海水养殖面临更多挑战，其中最主要的挑战就是养殖环境的复杂性。深水养殖要比一般近岸海水养殖承受更多的海洋载荷，因此深水养殖网箱装备必须是高承载强
9、度的设备，只有这样才能满足深水养殖的现实需求。在当前深水养殖过程中，许多深水养殖网箱都依靠框架进行整体网箱结构的支撑固定。这些网箱在遭遇风浪时，有些框架中的支架受到破坏发生扭曲变形甚至局部或整体断裂等状况，无法继续承担固定连接这个网箱框架结构的功能，进而影响此类网箱的整体结构稳定，对网箱养殖造成不同程度损失。为了避免以上状况，避免支架剧烈变形甚至断裂，设计新型网箱支架就变得很有必要。支架设计22 深水网箱的结构分布及作用深水网箱是指可在水深大于10m以上水域使用，容积大于 500的大型网箱,是相对于浅海-10m等深线左右的内湾式传统网箱而言，设置于浅海 -30m等深线左右的一种浅海鱼类养殖新方
10、法。深水网箱的结构与一般网箱有所差异，其主要结构由网箱框架、养殖网具、固定系统以及配套设施组成。 2.1 网箱框架针对浮式网箱而言，网箱框架的作用是让网衣保持张开状态，使网箱挺括。网箱框架在网箱整体结构中属于附属设施。网箱框架材料应网箱类型而异，主要有金属和塑料两种。美国碟形网箱框架材料采用高强度特制钢管，浮式网箱框架目前采用最广泛的材料是高密度聚乙烯（HDPE）在整个框架结构中，支架是一个重要组成部分，也是本文研究的主要内容本文设计的支架也采用高密度聚乙烯。浮式网箱一般呈圆形，整个框架结构主体部分由三条 HDPE 圆管经过热焊接连接而成，然后用呈 L 的支架进行连接固定。HDPE 管质轻（比
11、重 0.95），韧性好，抗拉、抗弯曲的性能好，并能随波浪起伏与海面，缓解了波浪对网箱的直接作用力，从而利用材料本身的物理性能达到抗风浪的作用。三条 HDPE 圆管中，两条是主体管，叫浮力管，另一条叫扶手管。主管浮力管的规格一般有两种：直径 315mm 和直径 250mm。浮力管负责提供整个网箱的浮力，使之浮在水面上。扶手管的规格为直径 110mm，主要给养殖管理人员管理网箱时使用，方便其观察网箱内鱼类的养殖状况以及日常投饵的操作。整个网箱框架周长一般是 4080m，最大深水网箱框架周长可达到 180m。框架组装见图2.1，框架局部见图2.2。1扶手管；2支架；3浮力管；4其他连接件。图2.1
12、框架组装图Figure2.1 frame installment支架设计3图2.2 框架局部图Figure2.2 part of frame由框架组装图可知，框架由扶手管、支架、浮力管和其它连接件组成。从图中可以看出，支架连接固定着浮力管和扶手管，维系着整个网箱结构的稳定。2.2 养殖网具养殖网具功能是蓄鱼，网具在材料上选择要从这一功能着手，达到蓄鱼且不易逃鱼的效果。同时，网具最好成本低廉、方便操作。目前深水网箱养殖网具的材料一般有聚乙烯和尼龙两种。聚乙烯材料的比重是0.94-0.96，具有强度好、几乎不吸水、在湿水状况下强度几乎保持不变且价格低廉等优点。像碟形网箱网具材料一般就采用高密度聚乙
13、烯。浮式网箱的材料采用高强度尼龙材料，并且在材料表明涂有树脂保护层和防污损涂层。网具网目的大小根据养殖鱼类大小而定。在网具底部会加以重块，使得整个网具保持稳定;同时在网具上部可以加盖网，用以防止鸟害和逃鱼。2.3 固定系统固定系统的装置主要有锚（桩）、锚链、浮筒和绳索，海区中主要使用的固定方式为锚固发和桩固法。我国深水网箱养殖海域的海底多为泥沙质底，较为适宜使用桩固定法。桩固定法会在海底打桩，将绳子一端系在网箱的角上，另一端缚牢水下的桩头上。为了抗拒风浪，固定系统的固定结构采用方框式或者网格式结构。同时，为了让网箱各个点的受力均匀，固定装置必须要通过海面浮筒以及分力装置在联结到网箱框架上。支架
14、设计42.4 配套设施配套设施包含除了以上深水网箱三部分结构外的所有装置和设施。一般在网箱底部都装有衬网，衬网能将投喂饵料中未被养殖鱼所食用的一部分饵料截留下来，这部分饵料可以重复食用，这样就提高了饵料的利用率。面积较大的网箱可以铺设其总面积 1/41/2 大小的衬网，以节约饵料成本。配套设施还包括自动投饵、收鱼装置，水下监控和水质检测设备以及高压洗网设备；生活管理设施有交通船、活水船、饵料仓库。很多配套设施都会被安装在自动化程度高的网箱养殖管理平台上面，如投饵装置和生活用房。目前，深水网箱养殖的配套装置还不完全，还处于引进摸索程度。我国大部分深水网箱的自动化程度较低，主要操作都需依赖人工进行
15、。因此，我国深水网箱的配套设施还有许多需要研究改进的地方。支架设计53 目前常见深水网箱框架结构在对比有无框架系统网箱的不同之处、更进一步了解框架结构功能前，我们首先应该了解目前深水网箱养殖过程中主要网箱的类型。3.1 浮绳式网箱浮绳式网箱改良自浮动式网箱，最早由日本开始使用。浮绳式网箱系统是将 2根主缆绳绑系拖网浮子制作成主浮绳，相间一个固定米数平行排列，且两端各分别连结浮体，再连结主锚绳和主铁锚并拉紧固定，将多根副缆绳绑系拖网浮子制作成副浮绳，并分别与 2 根主浮绳相连结，形成 1 组多个相同体积浮绳式网箱的柔韧性支持框架。网箱绑系在由主浮绳和副浮绳所组成的正方形支持框架上，箱口四角处经由
16、主浮绳分别连结副锚绳和副铁锚并拉紧固定。网箱在 2 根主浮绳之间串连式排列，间距 3。形成浮绳式网箱系统。浮绳式网箱属于柔韧性结构，能随波而动，具有较好的抗风浪性能。浮绳式是个六面封闭的箱体，能有效防止逃鱼。浮绳式网箱框架由缆绳和缆绳上所固定的浮子（一般为塑料泡沫）构成，形状随波浪波动而变。浮绳式网箱框架同样是一个柔性结构，主要作用是固定网衣，为真个网箱提供浮力支持。虽然浮绳式网箱抗风浪能力较好，但由于其随波而动的特性，锚泊系统要承受很大压力，很容易抵抗不住水流作用而产生位移，可能使得鱼和网衣绞在一起。舟山嵊泗县使用的浮绳式网箱就曾出现过这种状况。3.2 重力式网箱重力式网箱的研制主要一挪威为
17、代表，一般采用圆形结构。目前重力式网箱多用高密度聚乙烯曾(HDPE)为材料，框架底部采用用-根直径为的圆管，用以网箱的成形和浮力，人可在上面行走。上圈用 125mm 或者 直径管作为扶手栏杆、上下圈之间也用聚乙烯支架。此类网箱的最大有点是便于操作管理和观察。重力式网箱框架结构主要所有材料一般都采用高密度聚乙烯，框架中浮力管、扶手管、支架以及其他连接部位都采用高密度聚乙烯制成。框架负责保持整个网箱的形状同时提供浮力。此类网箱的面积往往较大，同时有向大型化发展的趋势。重力式网箱的主要问题为网箱在波浪、水流作用下产生的框架扭曲变形和锚泊系统移位。其中框架扭曲支架设计6变形包括管道扭曲变形和支架扭曲变
18、形。支架的扭曲变形说明现有支架仍然存在一定缺陷，需要加以改进。因此，新型支架设计是具有现实意义的。3.3 美国碟形网箱碟形网箱也叫中央圆柱网箱或海洋站半刚性海水网箱，它是用镀锌铁筒（直径长度）为中轴，周边用12根镀锌铁管组成12边形圈，上下各用12条超高分子量聚乙烯纤维与中央圆柱两端相连，再加上网衣，整体呈碟式形状箱体能承受流速较大的海流而不产生变形，中央圆柱可进水或充气，以此调节网箱比重，并与底部悬挂的水泥块平衡，使整个网箱上浮或下沉，几分钟就可从海面沉到左右的水深。上部有管子便于放鱼苗及投饵 可放置于离岸20处。网衣附着物清理需要依靠潜水员下潜，使用高压水枪进行清洁。它主要有点是能在水深2
19、5 m以外的开放性海域使用 , 可控制下潜深度大于5 m, 在15 20 min 以内潜至预定深度; 最大受压流速1. 5m / s时仍可正常作业, 容积可保持基本不变。与其他深水网箱比较, 碟形网箱最大的不同在于：工作平台能沿立柱滑动, 网箱从工作浮态到中环浮出段之间的浮态可任意调节;中环可以浮出水面, 便于洗网和检查网袋、便于捕获和鱼的分级。碟形网箱框架为金属材料，整个形状固定，框架浮环同样采用钢制材料。碟形网箱框架的抗变形能力比重力式网箱好，但同时造价也高。3.4 其它类型深水网箱 其他类型的深水网箱包括海洋平台网箱、强力浮式网箱、方型组合网箱和张力腿网箱等。因这些网箱的框架结构特点不够明显，这里不再作具体介绍。
