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金枪鱼延绳钓力学性能研究进展

宋利明 李轶婷

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金枪鱼延绳钓力学性能研究进展

    作者简介: 宋利明 (1968—),男,博士,教授,从事金枪鱼渔业和渔具数值模拟研究。E-mail:lmsong@shou.edu.cn;
  • 中图分类号: S 973.3+1

Research progress of mechanical property of tuna longline gear

  • CLC number: S 973.3+1

  • 摘要: 延绳钓的力学性能直接影响渔获效率与能源消耗。文章总结了国内外金枪鱼延绳钓力学性能由最初的海上实测到动水槽模型试验再到数值模拟研究的相关研究方法与成果。结果显示:1) 延绳钓的力学分析已从静态分析发展到动态分析;2) 进行小尺度延绳钓模型试验,目的是验证特定情况下数值模拟分析的准确性;3) 根据数值模拟和实测结果确定了延绳钓干线垂直阻力系数 (CN90) 为1.12和附加质量系数 (Cm) 为3。建议今后对延绳钓力学性能研究为:1) 研究渔具材料刚度、阻尼对数值模拟精度的影响;2) 结合金枪鱼的行为特征研究其上钩后的水动力,并将其考虑到模型之中,使模型与实际作业状态更加接近;3) 对于渔具与海流、渔船、绞机和渔获物之间的相互作用机理进行深入的数值模拟研究。
  • 表 1  海上实测研究状况

    Table 1.  Progress of measurement at sea

    研究人员/组织
    Researcher/Organization
    所用仪器
    Instrument
    结果
    Result
    存在问题
    Existing problem
    Boggs[15] 微型深度温度仪 (TDR) 影响钓钩深度的因素是流剪切力 预测深度与实际测量深度相差较大
    Mizuno等[16] TDR 空间形态受水流和剪切力的影响 测量区域渔具出现大幅度上浮
    Mizuno等[17] GPS系统 空间形态受垂直水流的变化影响 实际短缩率比理论短缩率低
    Yoshinori等[18] 浮子系统与GPS系统 测试系统可用于研究钓钩深度与水下形态变化 定位系统精度不高
    Song和Gao[19] TDR 建立了钓钩深度预测模型 对于环境因子如何影响钓钩深度的机理未作分析
    Bach等[20] TDR 实测深度通常比预测的要小 未研究延绳钓变浅的因素
    张艳波等[21] TDR 钓钩深度平均上浮率为13.5% 未研究钓钩深度与海洋环境因子的关系,实测深度仅65个
    沈智斌[22] TDR、多普勒三维海流计 三维海流影响钓钩深度 未考虑延绳钓渔获物分布情况对钓钩深度的影响
    李杰等[23] TDR、多普勒三维海流计 获得13 d、28 枚钓钩的实测深度数据 未考虑海流对钓钩深度的影响
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    表 2  延绳钓的力学理论分析状况

    Table 2.  Progress of mechanical theoretical analysis of longline gear

    研究人员/组织
    Researcher/Organization
    原理/公式
    Principle/Formula
    结果
    Result
    存在问题
    Existing problem
    Bigelow等[24] 悬链线公式 得出了钓钩深度计算经验公式 未考虑渔具结构、海面风速及洋流对钓钩深度的影响
    吴因文和吴殷书[25] 抛物线与悬链线理论 得出理论钓钩深度大于实际深度 未考虑海流对钓钩深度的影响
    Lee等[26] 柔性系统简化为质点弹簧 建立了延绳钓渔具动力学模型 未考虑复杂海洋环境对钓钩深度的影响
    Bigelow等[27] 悬链线公式 得出赤道潜流和水流剪切力使钓钩深度变浅 延绳钓干线垂度在变化,无法量化表达
    Bach等[20] 广义加性、广义线性模型 干线的形状等可预测钓钩深度 环境变量对钓钩深度的影响没有考虑
    马家志等[28] 悬链线公式 得到实测的钓钩深度 未考虑海洋环境变量对钓钩深度的影响
    栾松鹤等[29] 悬链线公式 得到钓钩深度 未考虑影响上浮率的具体因素
    冯波等[30] 悬链线原理、最小二乘法 得到渔获深度分布状况 直接使用悬链线钓钩深度
    刘莉莉等[31] 悬链线公式 得到最优捕获深度 钓钩深度上浮率精度低
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    表 3  延绳钓数值模拟研究状况

    Table 3.  Progress of numerical simulation of longline gear

    研究人员
    Researcher
    原理/方法
    Principle/Method
    结果
    Result
    存在问题
    Existing problem
    Wan等[32] 非线性有限元方法 研究延绳钓的空间形状可用数值模拟的方法 未考虑海流的影响
    Lee等[26,34] 模拟过程考虑海流及短缩率变化 利用模拟的结果可以提高捕捞效率 未考虑材料的物理性质、海流为均匀流
    Wan等[36] 数值模拟,迭代求解方程 得到渔具张力分布与形状的数值解 未考虑材料的物理性质、海流为均匀流
    周际[37] 有限元原理和牛顿迭代法 垂直于两浮子连线的海流影响干线的形状 为静力学模型
    Cheslav等[38] 集中质量法模拟 传统的无量纲参数不能很好地量化特殊系数 未确定质量附加系数
    宋利明等[39] 最小势能原理与有限元方法 预测钓钩深度并可视化渔具形状 为静力学模型
    宋利明等[40] 有限元方法 得到模拟深度与实测深度无显著性差异 为静力学模型
    曹道梅[14] 假设渔具不承受扭矩和挤压力、动力学方法 得出钓钩深度,通过模型计算节点张力变化 未考虑海流、渔船、绞机和渔获物之间的相互作用
    Zhang等[41] 全隐式算法和虚拟神经点阵求解 方法高效可靠 未测量实际海流状态进行模拟
    Cao等[42] 有限元方法 阻力系数 (CN90) 介于1.08~1.16 为静力学模型
    Song等[43] 集中质量法建模、欧拉-梯形法求解 减少节点方程可提高计算速度 模型求解中个别情况计算出现发散
    沈智斌[22] 动力学方法、干线上的拉力设置为恒定值模拟起绳过程 起绳过程可用数值模拟方法 个别钓钩实测与模拟的沉降时间差较大
    Song等[44] 集中质量法建立动力学模型 起绳过程模型可用于分析海流、渔船、绞机和渔获物之间的相互作用、优化绞机的设计 未充分考虑海流、渔船、绞机和渔获物的影响
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-13
  • 录用日期:  2019-10-31
  • 网络出版日期:  2019-11-28

金枪鱼延绳钓力学性能研究进展

    作者简介:宋利明 (1968—),男,博士,教授,从事金枪鱼渔业和渔具数值模拟研究。E-mail:lmsong@shou.edu.cn
  • 1. 上海海洋大学海洋科学学院,上海 201306
  • 2. 国家远洋渔业工程技术研究中心,上海 201306
  • 3. 大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室,上海 201306
  • 4. 远洋渔业协同创新中心,上海 201306

摘要: 延绳钓的力学性能直接影响渔获效率与能源消耗。文章总结了国内外金枪鱼延绳钓力学性能由最初的海上实测到动水槽模型试验再到数值模拟研究的相关研究方法与成果。结果显示:1) 延绳钓的力学分析已从静态分析发展到动态分析;2) 进行小尺度延绳钓模型试验,目的是验证特定情况下数值模拟分析的准确性;3) 根据数值模拟和实测结果确定了延绳钓干线垂直阻力系数 (CN90) 为1.12和附加质量系数 (Cm) 为3。建议今后对延绳钓力学性能研究为:1) 研究渔具材料刚度、阻尼对数值模拟精度的影响;2) 结合金枪鱼的行为特征研究其上钩后的水动力,并将其考虑到模型之中,使模型与实际作业状态更加接近;3) 对于渔具与海流、渔船、绞机和渔获物之间的相互作用机理进行深入的数值模拟研究。

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