柔性渔具形状与张力的数值计算

渔具是人类开发利用海洋自然生物资源的最主要工具，注重渔具的环境友好和性能设计既是渔业可持续发展的要求，又是渔具理论与设计的重要发展趋势。但是，长期以来渔具设计主要依赖半经验半理论方法和渔具模型试验验证。渔具设计要求渔具形状既能适应鱼类的行为特征又能使渔具的阻力尽可能最低，以满足安全、节能、低造价的要求。但是，以网渔具为代表的柔性渔具主要由绳索和网衣所构成，由于作业过程中渔具形状和张力与所受水动力之间的相互作用和影响，使得渔具形状和张力问题的求解变得异常复杂和困难。本课题利用有限元原理，建立描述水流中柔性渔具响应的基本方程式，提出求解作业状态下渔具响应的数值计算方法；利用计算机图形技术，实现作业状态下渔具展开形状和张力的计算机模拟及其3D虚拟呈现。柔性渔具对水流的响应研究是渔具理论与设计的重要发展方向，预期成果可为负责任渔业发展目标下的环境友好型渔具设计与计算提供重要的新理论与新方法。

利用有限元原理，建立了描述水流、波浪和波流作用下柔性渔具响应的基本方程式，提出了求解作业状态下渔具响应的数值计算方法；利用计算机图形技术，实现作业状态下渔具展开形状和张力的计算机模拟及其3D 虚拟呈现。研究成果为负责任渔业发展目标下的环境友好型渔具设计与计算提供了新理论与新方法。.一、本课题完成了以下研究工作：（1）网片在振荡作用下的水动力特性研究. 利用水槽中网片振荡试验和理论分析、模拟计算，研究了拖曳力系数Cd、惯性力系数Cm与Re和Kc数之间的关系。结果表明：（1）频率较小时，拖曳力是主导力；随着频率的增加，惯性力的贡献越来越大。另外，Kc数对于惯性力有一个正面的积极作用。对于较大的Kc数，惯性力所占的比重也越大。（2）随着频率的增加，Cd与Cm都有下降趋势，Cd随着雷诺数Re变化的趋势与在流场中的结果相似；（3）振动幅度的增加会使Cd下降，但是对Cm的影响不是太明显；（4）网衣的疏密度对Cd和Cm均有积极作用。.（2）波流场中刺网水动力学特性研究. 应用有限元方法与集中参数法建立了刺网在波流场中的动力学方程，以预测刺网在波流作用下的水动力学特性。数值计算结果与水槽模型实验结果符合良好，表明本方法可以在一定程度上代替传统的水槽模型实验，可为刺网渔具设计和优化提供一种可供选择的数值分析方法。.（3）波流中张网水动力学特性研究. 应用有限元方法与集中参数法建立了张网在波流场中的动力学方程，以预测张网在波流作用下的水动力学特性。数值计算结果与水槽模型实验结果符合良好，表明本方法可以在一定程度上代替传统的水槽模型实验，为张网渔具设计和优化提供一种可供选择的数值分析方法。.（4）虾拖网模型在水流作用下的试验. 根据模型准则设计了四片式虾拖网模型，在水槽中进行了模型实验，获得了虾拖网在不同拖速下的阻力、网具形状等技术参数，并针对实验中网具存在的问题，进行了网具改良实验，可为我国四片式虾拖网的设计提供了技术参数和理论指导。.二、发表SCI收录论文2篇，核心期刊论文1篇（已接收）；授权发明专利1项，申请发明专利1项；毕业博士研究生1名，硕博连读研究生1名，在读硕士生1人。.三、对比研究任务书，项目完成了申请书中提出的各项任务。