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深水重力式网箱系统响应及系泊优化设计研究

摘要

重力式网箱是海洋渔业养殖最常用的形式，系泊系统是保证网箱安全生产的基础。

随着海洋渔业养殖逐渐向深远海发展，对网箱及其系泊系统在各类环境载荷下的总体响

应进行全面分析具有重要意义。同时，网箱的系泊系统复杂，可调变量多，设计合理、

安全、经济的系泊系统难度较大，因此，提出一套有效的重力式网箱系泊系统优化设计

方法势在必行。基于上述问题，论文做出如下工作。

（1）基于Morison公式、集中质量法、等效网目法和尾流计算法，建立网箱数值模

型，提出网箱位移计算方法，研究网箱在不同环境载荷下的水动力特性。并同实验模型

结果进行比较，验证模型的有效性。

（2）充分考虑系泊系统参数的影响，以浮球浮力、网格绳长度和布置水深为设计变

量，研究多种环境下网箱运动和系泊张力响应，确定网箱初始设计方案。并对2×1和2×2

布局形式的网箱组进行水动力计算分析，明确网箱组的系泊张力特性，其中90°环境条

件下的2×1布局网箱组和0°的2×2的网箱组中部主锚绳张力最大。

（3）基于NSGA-Ⅲ多目标遗传算法，以系泊成本最低、系泊张力和网箱位移最小

为优化目标，提出一种网箱组系泊系统主锚绳优化设计方案。采用静态+动态结合的计

算方式，将单一网箱和网箱组张力的数值关系带入约束条件，利用单一网箱的系泊优化

完成网箱组系泊系统的主锚泊绳的设计工作。提出双工况变量空间交集筛选法，有效降

低优化设计方案数量，获得最优解。

（4）选择不同方向下的典型恶劣海况，对系泊系统进行破断分析。明确破断前后网

箱位移、体积剩余率和系泊张力的变化，分析潜在的风险，重点关注发生破断处临近系

泊线的张力变化，为相关研究提供参考。

关键词：重力式网箱；系泊系统；NSGA-Ⅲ；运动响应；破断分析

深水重力式网箱系统响应及系泊优化设计研究

Abstract

Gravitycageisthepredominantformofmarinefisheryaquaculture,withthemooring

systemservingasafundamentalcomponentinensuringsafeproduction.Asmarineaquaculture

expandsintodeeperwater,itbecomesincreasinglycrucialtoanalyzethecomprehensive

responseofbothcagesandtheirassociatedmooringsystemsunderdiverseenvironmentalloads.

Giventhecomplexityofthemooringsystemforthesecagesandthemultitudeofdesign

variablesinvolved,designingarational,safe,andcost-effectivemooringsystempresentsa

significantchallenge.Consequently,thereisanurgentneedtodevelopaneffectivemethodfor

theoptimaldesignofgravitycagemooringsystems.Thispaperaddressestheseissuesand

conductssubsequentresearch.

Firstly,anumericalmodelofthenet-cageisestablishedutilizingMorisonequation,the

lumpedmassmethod,theequivalentmeshmethod,andwakecalculationmethod.Subsequently,

ac