[发明专利]一种网衣与浮体耦合水弹性响应分析方法

权利要求书

1.一种网衣与浮体耦合水弹性响应分析方法，其特征在于：

选用养殖装备(12)作为所述网衣与浮体的计算模型，养殖装备(12)的结构为：包括横截面成多边形结构的框架体，还包括主尺寸大于等于波长的主浮体(7)，所述主浮体(7)纵截面成T形结构，位于框架体结构中心，主浮体(7)圆周一圈通过多个主尺寸小于波长的细长浮体与相应的外侧立柱(1)连接成整体；框架体的底面及每个侧面上均设有网衣(11)；

所述耦合水弹性响应分析方法的具体步骤为：

建立养殖装备(12)的有限元模型，其中对网衣(11)建立有限元模型时采用网片超单元法；

对养殖装备(12)的结构进行模态分析，在进行模态分析时考虑主浮体(7)、细长浮体以及网衣(11)三者间的协调变形，得到各模态下对应的应力和应变；

通过势流理论计算主浮体(7)的水动力系数、波浪激励力，通过莫里森方程得到细长浮体的波流载荷，通过网片超单元法得到网衣(11)的波流载荷；

建立养殖装备(12)的运动方程，将得到的水动力系数、各波流载荷代入到该运动方程中，求解得到养殖装备(12)结构的模态主坐标，根据主坐标计算模态叠加后的养殖装备(12)总的应力、应变及运动响应。

2.如权利要求1所述的网衣与浮体耦合水弹性响应分析方法，其特征在于：所述框架体具有沿竖直方向设置的多个外侧立柱(1)，多个外侧立柱(1)分别位于多边形的顶点处，相邻外侧立柱(1)之间的上部、下部分别通过上部横杆(2)、下部横杆(8)及外侧斜撑(9)连接成整体；

主浮体(7)纵截面成T形结构，其包括底部大径底座，其中部连接有沿竖直方向延伸的中心立柱(3)，所述中心立柱(3)通过所述细长浮体与外侧立柱(1)连接，细长浮体结构包括水平的上部撑杆(4)、下部斜撑(6)以及倾斜的空间斜撑(5)。

3.如权利要求1或2所述的网衣与浮体耦合水弹性响应分析方法，其特征在于：采用网片超单元法计算网衣(11)的波流载荷的步骤：

步骤一：计算网衣(11)的实体率

其中l_w为网线中心间距，d_w为网线直径；

步骤二：计算网衣(11)的雷诺数其中U_rel为水流与网衣之间的相对速度，ν为流体的运动粘性系数；

步骤三：根据实体率、雷诺数及网衣(11)与水质点之间的夹角θ，计算网衣的阻力系数和升力系数：阻力系数C_D(Sn,Re,θ)、升力系数C_L(Sn,Re,θ)；

网衣(11)超单元受到的流体阻力为升力为

其中ρ为流体密度，C_D和C_L分别为求得的阻力系数和升力系数，A为每个网衣(11)超单元的面积，n_D和n_L分别为阻力和升力的方向向量；进而获得网衣(11)的波流载荷；

然后，根据浮体与网衣(11)的运动情况，计算养殖装备(12)受到的浮力；将浮体与网衣(11)质量阵、附加质量阵、辐射阻尼阵，以及浮体受到的波浪载荷，细长杆件受到的波流载荷，网衣(11)受到的波流载荷，以及养殖装备(12)受到的浮力带入运动方程；利用数值计算方法求解运动方程，得到养殖装备(12)的模态主坐标；通过主坐标及结构模态信息计算养殖装备(12)总的运动响应、应力及应变。