郭勤靜 徐立新 劉建成 陸海東 曹 慧 龐曉波

（招商局集團(tuán)海洋工程技術(shù)中心 海門226100）

引 言

隨著世界人口增長以及人類對(duì)健康食品的追求，深海魚類正越來越受到青睞，并逐步成為人類餐桌上的健康食品首選。海洋生物產(chǎn)品需求量增長迅速，傳統(tǒng)的捕撈及養(yǎng)殖方式已不能滿足人類對(duì)海產(chǎn)品的需要。近年來，全球各國（特別是海洋資源豐富的近海國家）開始研究并進(jìn)入深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖領(lǐng)域，開辟全新的現(xiàn)代化低碳環(huán)保的人工海洋牧場(chǎng)。

在諸多國家中，挪威是全球深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的典范，挪威國土面積約38.5萬平方公里，海岸線長2.1萬公里，年產(chǎn)三文魚150萬噸，養(yǎng)殖及捕撈的海產(chǎn)品中90%用于出口。日本在深海漁業(yè)養(yǎng)殖也取得突破性進(jìn)展，并已完成金槍魚育苗的技術(shù)突破。長久以來，我國海洋漁業(yè)主要以捕撈和近海養(yǎng)殖為主。不過，隨著近海過度捕撈，加之近海海水流動(dòng)性差，導(dǎo)致養(yǎng)殖產(chǎn)品污染嚴(yán)重。我國現(xiàn)已停發(fā)近海養(yǎng)殖許可證，并大力推進(jìn)海洋養(yǎng)殖向深海進(jìn)軍。

國內(nèi)多個(gè)研究院校及船舶機(jī)構(gòu)等也加強(qiáng)了對(duì)深海網(wǎng)箱裝備的研發(fā)。朱玉東等［1］從多個(gè)方面分析我國深海網(wǎng)箱的養(yǎng)殖現(xiàn)狀，闡述發(fā)展中存在的問題，提出推動(dòng)我國深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展的對(duì)策；袁軍亭［2］等對(duì)多種大型深水網(wǎng)箱的性能進(jìn)行分析并提出自張式剛性網(wǎng)箱發(fā)展?jié)摿^大；鄢奉林［3］等對(duì)圓形網(wǎng)箱浮架結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際有限元計(jì)算評(píng)估，指出在纜繩系附處應(yīng)力水平較高等；楊新華［4］、高曉芳［5］等應(yīng)用一系列力學(xué)關(guān)系，研究深海圓柱形沉浮式養(yǎng)殖網(wǎng)箱承受的波浪力情況，得出網(wǎng)箱所受水平波浪力遠(yuǎn)大于豎直波浪力，波高的變化對(duì)波浪力的影響最大； 李坤鵬［6］、王迪清［7］對(duì)浮架在規(guī)則波和水流作用下動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，有限元模擬計(jì)算并在不規(guī)則波下對(duì)浮架疲勞分析計(jì)算；宋偉華［8］依據(jù)波浪理論與漁具力學(xué)理論，設(shè)計(jì)模型網(wǎng)衣構(gòu)件水槽波浪試驗(yàn)，研究網(wǎng)衣在波浪中的水動(dòng)力特性和波浪響應(yīng)等?；诖搜芯勘尘?，本文介紹所研發(fā)的一型圓形深海網(wǎng)箱設(shè)備，并對(duì)其包含的技術(shù)設(shè)備、船級(jí)社項(xiàng)目認(rèn)證及審核內(nèi)容，以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)及建造難點(diǎn)作簡要介紹與分析。針對(duì)此型深海網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，基于設(shè)計(jì)波法進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度分析，并就如何模擬漁網(wǎng)分析對(duì)比，從而獲得一種比較合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析方法，為深海網(wǎng)箱裝備的研發(fā)及實(shí)際建造提供技術(shù)參考。

1 深海網(wǎng)箱設(shè)計(jì)概述

1.1 深海網(wǎng)箱裝備簡介

深海網(wǎng)箱裝備的設(shè)計(jì)種類請(qǐng)看參考相關(guān)文獻(xiàn)［2］。目前最先進(jìn)的網(wǎng)箱是由GM公司基本設(shè)計(jì)，中國武船重工總包建造。該深海網(wǎng)箱為圓形、直徑110 m、高約60 m的管柱結(jié)構(gòu)，為集先進(jìn)養(yǎng)殖技術(shù)、現(xiàn)代化環(huán)保養(yǎng)殖理念和世界先進(jìn)海工設(shè)計(jì)于一身的現(xiàn)代化全自動(dòng)海上養(yǎng)殖裝備，配備了目前全球最先進(jìn)的三文魚智能養(yǎng)殖系統(tǒng)、自動(dòng)化保障系統(tǒng)和高端深海運(yùn)營管理系統(tǒng)及對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)。其中，智能養(yǎng)殖系統(tǒng)包括魚苗投放系統(tǒng)、魚苗進(jìn)食系統(tǒng)、營養(yǎng)均衡系統(tǒng)、生物光調(diào)控系統(tǒng)、魚群實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)捕魚系統(tǒng)，高分子漁網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)、送氧系統(tǒng)、除虱系統(tǒng)等；自動(dòng)化保障系統(tǒng)包括漁網(wǎng)自清潔系統(tǒng)、死魚收集系統(tǒng)、死魚物質(zhì)分解、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等；高端運(yùn)營管理系統(tǒng)包括：自適應(yīng)升降系統(tǒng)、深海定位系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、物資補(bǔ)給系統(tǒng)、消防救生系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、生活?yuàn)蕵废到y(tǒng)等。該深海網(wǎng)箱融入生物學(xué)、工學(xué)、電學(xué)、計(jì)算機(jī)、智能化等技術(shù)，安裝各類傳感器2萬余個(gè)，水下水上監(jiān)控設(shè)備100余個(gè)，生物光源100余個(gè)，將復(fù)雜的養(yǎng)殖過程控制變得異常簡單和準(zhǔn)確。不過，這些智能化系統(tǒng)，首先必須有一個(gè)安全可靠的船體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，而如何進(jìn)行深海網(wǎng)箱裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、開發(fā)，需要針對(duì)船級(jí)社要求進(jìn)行詳細(xì)研究。

1.2 認(rèn)證入級(jí)要求

DNV·GL在深海網(wǎng)箱裝備的認(rèn)證與審核上做了很多工作。2015年加入DNV·GL 旗下的NOMAS是NYTEK授權(quán)的深海網(wǎng)箱裝備發(fā)證機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)海洋牧場(chǎng)裝備設(shè)計(jì)一般遵從NS9415，對(duì)于新型設(shè)計(jì)的漁場(chǎng)目前沒有形成標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求，需在設(shè)計(jì)初期與船東、DNV·GL等達(dá)成一致，形成框架工作，包括使用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、公約等（如：DNV·GL Offshore、MODU CODE、NMD要求），作為后續(xù)設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、發(fā)證的依據(jù)?？蚣芄ぷ髁鞒讨幸鶕?jù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)分析確定使用的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等，該標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)成為ISO通用標(biāo)準(zhǔn)。

深海網(wǎng)箱項(xiàng)目結(jié)合基于風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)證與驗(yàn)證主要分為以下三個(gè)階段：

● 第一個(gè)階段

提出工作流程，開展框架工作來滿足NS9415和其他規(guī)范要求。在這個(gè)過程中需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)詳細(xì)的需求文件，表明進(jìn)行項(xiàng)目時(shí)所依據(jù)的設(shè)計(jì)規(guī)范和評(píng)估內(nèi)容，并輸出認(rèn)證報(bào)告與認(rèn)證計(jì)劃書。

● 第二個(gè)階段

此階段是設(shè)計(jì)過程中最關(guān)鍵的執(zhí)行過程，分兩個(gè)部分：一部分是進(jìn)行“產(chǎn)品證書認(rèn)證依據(jù)”的主要過程——系統(tǒng)與組件認(rèn)證，包括主要組件的產(chǎn)品認(rèn)證、產(chǎn)品材料審核、焊接資質(zhì)、安裝及建造執(zhí)照、海上作業(yè)等；另一個(gè)部分是“一致性說明”的主要過程——新型海洋牧場(chǎng)裝備的典型審核內(nèi)容，如項(xiàng)目管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、穩(wěn)性校核、系泊水動(dòng)力分析及渦激振動(dòng)分析計(jì)算。在位分析包括極限強(qiáng)度、冗余強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度等的分析與報(bào)告送審，以及主要系統(tǒng)、救生與安全驗(yàn)證、拖航總體強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度分析和相關(guān)局部分析、設(shè)計(jì)圖紙等。

● 第三個(gè)階段

船廠建造中的典型審核內(nèi)容，主要包括圖紙文件的校對(duì)審核、結(jié)構(gòu)的制造與焊接檢驗(yàn)以及各種系統(tǒng)設(shè)備等的安裝。

1.3 設(shè)計(jì)與建造的難點(diǎn)

1.3.1 深海網(wǎng)箱裝備項(xiàng)目設(shè)計(jì)需考慮內(nèi)容

（1）船級(jí)社在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)審核報(bào)價(jià)時(shí)所需文件包括：設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)原理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以及可行性分析。

（2）深海網(wǎng)箱裝備屬于新型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)審核費(fèi)用較高，新型漁場(chǎng)設(shè)計(jì)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求。為避免因設(shè)計(jì)反復(fù)或設(shè)計(jì)要求不明確給船廠帶來的額外投入費(fèi)用，船東應(yīng)與船級(jí)社簽署設(shè)計(jì)審核合同，船廠應(yīng)與船級(jí)社簽署建造檢驗(yàn)合同，工作海域的安裝取證則由船東與船級(jí)社簽署合同。

（3）在深海網(wǎng)箱裝備項(xiàng)目中，業(yè)主和作業(yè)海域?qū)υO(shè)計(jì)十分重要：業(yè)主在進(jìn)行框架工作制定過程中有非常重要的作用，關(guān)系到能否盡早確定相關(guān)的設(shè)計(jì)要求；作業(yè)海域的環(huán)境條件對(duì)漁場(chǎng)設(shè)計(jì)十分重要，如果作業(yè)海域不明確，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)不確定性，存在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

（4）深海網(wǎng)箱裝備自身的總體強(qiáng)度要在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段充分考慮。在設(shè)計(jì)過程中，漁網(wǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響不能忽略，特別是管柱結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)處的鋼板材料等級(jí)，漁網(wǎng)與船體連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均需重點(diǎn)考慮，防止跑魚。

（5）深海網(wǎng)箱裝備項(xiàng)目錨泊的水深太深時(shí)，系泊分析計(jì)算也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1.3.2 深海網(wǎng)箱裝備項(xiàng)目建造需考慮內(nèi)容

（1）深海網(wǎng)箱裝備項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)多是圓管，需用鋼板卷彎焊接，故應(yīng)核查自身建造能力或?qū)で蟮谌劫Y源。

（2）趕魚的旋轉(zhuǎn)裝置（Moving Bulkhead）需沿中間軸360°旋轉(zhuǎn)，安裝精度不夠會(huì)導(dǎo)致裝置不能轉(zhuǎn)動(dòng)，故對(duì)建造的精度要求比較高。

（3）深海網(wǎng)箱尺寸一般較大，對(duì)航道等都有一定要求，相關(guān)的遠(yuǎn)洋拖航費(fèi)用較大，故建造完畢后的拖航費(fèi)用以及拖航強(qiáng)度等問題需要額外考慮。

2 深海網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)分析方法

2.1 設(shè)計(jì)案例

本文所述這型深海網(wǎng)箱直徑60 m、型深32 m、體積約9 000 m3，最大波高7.5 m、有義波高4 m，采用6點(diǎn)系泊定位，下浮體6個(gè)浮筒提供壓載，工作吃水30 m。

深海網(wǎng)箱設(shè)備在工作海域所承受的載荷與一般的海洋結(jié)構(gòu)物類似，有永久載荷、可變載荷、環(huán)境載荷、意外載荷和變形載荷等［9］，通常在進(jìn)行總強(qiáng)度分析計(jì)算評(píng)估時(shí)僅考慮永久載荷和環(huán)境載荷［10］。對(duì)于深海網(wǎng)箱來說，永久載荷主要包括鋼結(jié)構(gòu)自身重力以及附屬設(shè)備和壓載艙等的自重，環(huán)境載荷主要包括波浪、流、風(fēng)等。對(duì)于網(wǎng)箱來說，波浪載荷在環(huán)境載荷中影響較顯著，除此以外，海流對(duì)于漁網(wǎng)的影響也較大。此類材質(zhì)特殊的漁網(wǎng)在波浪載荷與流的作用下會(huì)發(fā)生明顯變形。因此在進(jìn)行總強(qiáng)度分析計(jì)算的時(shí)候，如何創(chuàng)建模型來模擬漁網(wǎng)，明確阻尼對(duì)漁網(wǎng)模型的影響程度有多少，從而更好地將波浪在漁網(wǎng)上引起的莫里森力傳遞至網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，將是其中一個(gè)較重要問題。

在本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度研究階段，擬采用兩種方法創(chuàng)建漁網(wǎng)的莫里森模型，即創(chuàng)建水平與垂直的兩種漁網(wǎng)莫里森模型。水平建立的莫里森桿件模型與垂直建立的莫里森桿件模型相比，雖兩者都承受水平方向的莫里森力，但水平桿模擬漁網(wǎng)還存在來自于垂直方向的莫里森力（垂向阻尼引起），因此還需比較垂向阻尼對(duì)兩種建模方案總體強(qiáng)度結(jié)果的影響程度。

2.2 細(xì)長桿件受力及漁網(wǎng)模型模擬

相對(duì)于整個(gè)深海網(wǎng)箱裝備來說，漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)屬于細(xì)長交叉的柔性結(jié)構(gòu)。由DNV·GL規(guī)范可知，承受波浪載荷的柔性桿件單元（如漁網(wǎng)）作為偏保守計(jì)算等效處理［10］，其受力情況如圖1所示。

圖1 柔性結(jié)構(gòu)上法向力、切向力與軸向力定義

2.2.1 柔性結(jié)構(gòu)上的剖面載荷

在一般流體流動(dòng)時(shí)施加于柔性結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力荷載，可以疊加結(jié)構(gòu)的每一層剖面上的載荷來進(jìn)行評(píng)估?？傮w來說，結(jié)構(gòu)每一層上的法向作用力可以分解為法向力fN、切向力fT以及垂直于fN和fT的軸向力（參見圖1）；另外，對(duì)非圓形截面結(jié)構(gòu)來說還存在扭矩mT。

2.2.2 莫里森載荷公式

對(duì)于細(xì)長體構(gòu)件，由于截面尺寸足夠小，垂直于構(gòu)建表面上有梯度變換的質(zhì)點(diǎn)速度和加速度可以忽略。波浪力可以采用莫里森載荷公式來計(jì)算，波浪載荷是慣性力和拖曳力之和。慣性力與加速度成正比，拖曳力與速度的平方成正比。如果拖曳力采用相對(duì)速度公式來表示，額外的水動(dòng)力阻尼就要排除。

一般莫里森公式在如下情況中適用：λ＞ 5D（其中λ為波長，D為截面直徑或者其他截面投影）。當(dāng)結(jié)構(gòu)的長度比橫向尺寸大很多的時(shí)候，端部作用可以忽略，并且總的載荷可以用長度上每一個(gè)截面荷載的疊加來替代。

對(duì)于組合的波浪與流載荷工況，波浪與海流共同產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)速度需要增加為向量。如果可以，總質(zhì)點(diǎn)的速度加速度計(jì)算更需要基于更多的波浪/流交叉的精確理論。

2.2.3 漁網(wǎng)模型模擬

漁網(wǎng)對(duì)于深海網(wǎng)箱是非常重要的組成部分，漁網(wǎng)材質(zhì)的不同決定了漁網(wǎng)的強(qiáng)度及使用壽命。在網(wǎng)箱設(shè)計(jì)中，漁網(wǎng)主要考慮以下幾個(gè)方面：單層或雙層漁網(wǎng)、對(duì)網(wǎng)內(nèi)養(yǎng)魚的出逃的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、安全網(wǎng)的外周長、網(wǎng)更換的次數(shù)限制等。在實(shí)際分析計(jì)算中，漁網(wǎng)被模擬成莫里森梁模型，主要根據(jù)不同區(qū)域?qū)?yīng)漁網(wǎng)截面積等效方法來模擬。根據(jù)實(shí)際漁網(wǎng)直徑以及每一個(gè)部分范圍內(nèi)垂直于水平漁網(wǎng)的數(shù)量和總面積，創(chuàng)建垂直、水平兩種莫里森梁模型，梁模型截面與對(duì)應(yīng)方向上的漁網(wǎng)截面積等效。實(shí)際項(xiàng)目中的漁網(wǎng)由于材質(zhì)特殊，國內(nèi)尚無法生產(chǎn)，目前主要由挪威設(shè)計(jì)生產(chǎn)。本項(xiàng)目采用的漁網(wǎng)直徑為3 mm，間距為40 mm，以保證魚不能逃出。

2.3 結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度分析方法

2.3.1 總體強(qiáng)度分析過程

深海網(wǎng)箱裝備設(shè)計(jì)過程中一般考慮至少三種吃水，即操作吃水、維護(hù)吃水和自存吃水，具體海況由船東確定。此次確定海況H100取值7.5 m，水深60 m。本次主要進(jìn)行操作工況下的對(duì)比，漁網(wǎng)的模擬采用將每一個(gè)側(cè)面總漁網(wǎng)的面積等效為細(xì)長桿件，網(wǎng)格劃分時(shí)保證圓管的每周至少有12個(gè)網(wǎng)格，保證模型水線面積盡量不變，進(jìn)而保證浮力等效。網(wǎng)箱左右對(duì)稱，180°浪向范圍內(nèi)以15°為一個(gè)間隔，23個(gè)周期從4～15 s間、0.5 s步長、動(dòng)態(tài)13個(gè)浪向以及1個(gè)靜態(tài)工況組合計(jì)算；后處理計(jì)算時(shí)，先掃描單個(gè)浪向下23個(gè)周期內(nèi)的最大值，再結(jié)合波幅值，根據(jù)DNV·GL的規(guī)定進(jìn)行靜態(tài)動(dòng)態(tài)的組合。采用專業(yè)分析軟件SESAM，根據(jù)半潛平臺(tái)總強(qiáng)度分析流程［11-12］，創(chuàng)建網(wǎng)箱整體分析模型如圖2和圖3所示。

圖2 漁網(wǎng)垂向建模

圖3 漁網(wǎng)水平建模

在總體有限元模型中經(jīng)過加載（主要是永久載荷）、調(diào)平（由于模型簡化帶來的質(zhì)量分布不均衡）并計(jì)算總體質(zhì)量矩陣，在總體有限元模型中提取濕表面模型，注意濕表面法向的一致性。根據(jù)濕表面模型，水動(dòng)力分析模塊Hydro D中如下頁圖4所示。

采用設(shè)計(jì)波的方法計(jì)算網(wǎng)箱裝備所受的波浪載荷即主要的環(huán)境載荷。根據(jù)規(guī)范規(guī)定的邊界加載方式（即3-2-1的邊界加載方式）［9］，針對(duì)不同的工況進(jìn)行加載計(jì)算并完成總體強(qiáng)度的分析計(jì)算校核。

圖4 Hydro D設(shè)計(jì)波計(jì)算

2.3.2 總體屈服屈曲強(qiáng)度校核準(zhǔn)則

平臺(tái)總體強(qiáng)度分析主要包括總體屈服強(qiáng)度、總體屈曲強(qiáng)度和總體疲勞強(qiáng)度分析，實(shí)際計(jì)算過程主要是通過船級(jí)社專業(yè)的計(jì)算或者公司自身利用程序語言開發(fā)的后處理程序批量處理計(jì)算完成整個(gè)后處理計(jì)算校核。此處主要針對(duì)板殼結(jié)構(gòu)，列舉總體屈服強(qiáng)度校核準(zhǔn)則，見式（1）：

由于不同的規(guī)范對(duì)于強(qiáng)度校核時(shí)所采用的方法不同（分為工作應(yīng)力法與載荷加載系數(shù)法），故對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)也不同，具體請(qǐng)參考相應(yīng)的規(guī)范。本例根據(jù)DNV·GL規(guī)范規(guī)定組合工況下的材料系數(shù)為1.15，許用屈服應(yīng)力校核標(biāo)準(zhǔn)為：

2.3.3 總強(qiáng)度分析結(jié)果討論

垂直以及水平創(chuàng)建莫里森模型模擬漁網(wǎng)總結(jié)度結(jié)果如圖5、圖6所示 。

本文研究結(jié)果顯示,實(shí)施優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)模式的觀察組患者的骨折愈合時(shí)間顯著短于實(shí)施常規(guī)護(hù)理的對(duì)照組,關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況也顯著優(yōu)于對(duì)照組,觀察組的護(hù)理滿意度顯著優(yōu)于對(duì)照組,差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。該研究結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)[5]報(bào)道相符。綜上所述,應(yīng)用優(yōu)質(zhì)護(hù)理服務(wù)模式對(duì)骨折患者進(jìn)行護(hù)理干預(yù),促進(jìn)骨折愈合,能夠顯著提高患者的骨折恢復(fù)優(yōu)良率,值得臨床上廣泛應(yīng)用。

圖5 垂直創(chuàng)建莫里森模型模擬漁網(wǎng)總強(qiáng)度結(jié)果

圖6 水平創(chuàng)建莫里森模型模擬漁網(wǎng)總強(qiáng)度結(jié)果

對(duì)比結(jié)果表明：

（1）兩者應(yīng)力趨勢(shì)一致，應(yīng)力水平相當(dāng)，只有水平建立模型方法的結(jié)果稍微偏大一點(diǎn)，最大屈服應(yīng)力為310 MPa（垂直方案295 MPa）。對(duì)于深水網(wǎng)箱來說，總體模型中，漁網(wǎng)模擬莫里森模型，其垂向阻尼影響程度較小，可忽略不計(jì)，兩種方式都可以采取，但對(duì)于水深更深的海域，不同的模擬對(duì)象仍需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)比，該結(jié)論不可一概而論。

（2）結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度主要受靜態(tài)結(jié)果的主導(dǎo)，在底部水平管連接處、中間支柱兩端連接處局部應(yīng)力較大。優(yōu)化該處網(wǎng)格質(zhì)量會(huì)有所改善。在設(shè)計(jì)階段，局部連接管結(jié)構(gòu)處需要進(jìn)行疲勞子模型分析計(jì)算，進(jìn)行細(xì)部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加過渡結(jié)構(gòu)來緩解此處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（3）不同方案的設(shè)計(jì)都是為達(dá)到功能實(shí)現(xiàn)的要求，如：網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求的同時(shí)，網(wǎng)箱總體鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制是關(guān)鍵考慮因素，另外需要配合完成吃水壓載調(diào)整、設(shè)計(jì)較大尺寸的管以提供更大的浮力，利于壓載的調(diào)整進(jìn)而有利于整體的穩(wěn)定性。

（4）本方案上部內(nèi)部中心支撐桿有一定傾斜角度，對(duì)與立柱連接應(yīng)力集中處的結(jié)構(gòu)在建造工藝上帶來挑戰(zhàn)。該處傾斜角度較小、施工難度大，其施工質(zhì)量直接影響該處結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平。

2.4 管節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度分析要求

網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)主要由鋼管結(jié)構(gòu)焊接組合而成，交叉形成多個(gè)K型管節(jié)點(diǎn)，而管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)焊縫的疲勞強(qiáng)度對(duì)整體結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵。在管節(jié)點(diǎn)的疲勞分析中，焊縫表面裂紋一般在熱點(diǎn)應(yīng)力區(qū)域產(chǎn)生，需要計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力來反映管節(jié)點(diǎn)焊縫的疲勞強(qiáng)度。根據(jù)熱點(diǎn)應(yīng)力幅（S）與荷載循環(huán)次數(shù)（N）間的關(guān)系曲線（即S-N曲線），由應(yīng)力集中系數(shù)（SCF）計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力并估算管節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命。

3 下一步研究內(nèi)容

（1）本文初步考慮波浪產(chǎn)生的莫里森力對(duì)漁網(wǎng)的影響，比較不同的莫里森模型模擬漁網(wǎng)所帶來的不同強(qiáng)度，對(duì)于海流對(duì)漁網(wǎng)的具體影響，需進(jìn)一步深入研究。

（3）如何更好搭配設(shè)計(jì)管節(jié)點(diǎn)（特別是K型管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)），以滿足整體網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)的總體疲勞強(qiáng)度。

4 結(jié) 語

深海網(wǎng)箱對(duì)功能要求的現(xiàn)代化和先進(jìn)化，以及工作海域從淺海逐漸走向深海，使網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)難度提高。本文基于這兩年市場(chǎng)逐漸火熱的海洋牧場(chǎng)深海網(wǎng)箱，研究DNV·GL船級(jí)社對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的入級(jí)要求、設(shè)計(jì)與建造的難點(diǎn)，細(xì)化整個(gè)項(xiàng)目涉及的難點(diǎn)及相關(guān)成本費(fèi)用。針對(duì)某設(shè)計(jì)案例，對(duì)漁網(wǎng)采用不同的莫里森模擬方式，采用SESAM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度分析，細(xì)化研究垂向阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)總強(qiáng)度的影響程度。本文的研究可為深海網(wǎng)箱裝備的設(shè)計(jì)研發(fā)、入級(jí)及優(yōu)化提供一定的工程參考，同時(shí)為實(shí)際項(xiàng)目的建造、合同簽訂等提供重要的技術(shù)支持。

在全球海工市場(chǎng)的低迷期，設(shè)計(jì)開發(fā)并建造深海網(wǎng)箱裝備為國內(nèi)船廠及設(shè)計(jì)公司業(yè)務(wù)的拓展提供了新思路。深海網(wǎng)箱裝備的研發(fā)與建造是海上漁業(yè)養(yǎng)殖的“劃時(shí)代”裝備，將在海產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)引領(lǐng)技術(shù)革命、促成產(chǎn)業(yè)飛躍，推動(dòng)漁業(yè)養(yǎng)殖從近海養(yǎng)殖向深海養(yǎng)殖加速轉(zhuǎn)變，從網(wǎng)箱式養(yǎng)殖向大型裝備式養(yǎng)殖加速轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)人工式養(yǎng)殖向自動(dòng)化智能化養(yǎng)殖加速轉(zhuǎn)變，對(duì)保障我國人民的深海水產(chǎn)品需求及經(jīng)濟(jì)提高具有重要意義。

5 聲 明

本文在撰寫過程中得到了DNV·GL船級(jí)社及相關(guān)單位的大力支持，并得到了徐立新博士的悉心指導(dǎo)，在此一并表示感謝。同時(shí)聲明：因研究水平有限，目前的整個(gè)研究仍不夠成熟，本文觀點(diǎn)僅代表作者的觀點(diǎn)。