金槍魚延繩釣漁具動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、延繩釣主要由大量的柔性體，如干線、支線和浮子繩，以及釣鉤、轉(zhuǎn)環(huán)等構(gòu)件組成。當(dāng)作用在釣具上的外力變動(dòng)時(shí)，其柔性體的空間形狀以及構(gòu)件的空間位置都會(huì)發(fā)生變化。反過來，形狀和它們在空間的位置變化，又會(huì)使延繩釣各部分所受到的載荷大小和分布發(fā)生變化，包括釣鉤所處的水層也會(huì)隨之變化。延繩釣漁具是一種形狀和載荷相互關(guān)聯(lián)影響大的漁具。
　　 由于釣鉤所處的水層直接與捕撈對象的棲息水層有關(guān)，如何正確地控制釣鉤的深度成為保證延繩釣漁法的效率和捕撈選擇

2、性的關(guān)鍵。
　　 延繩釣漁具釣鉤所能到達(dá)的深度受到漁具結(jié)構(gòu)、漁具材料、作業(yè)參數(shù)及海況等因子的影響。其中，漁具系統(tǒng)及其構(gòu)件周圍的流態(tài)、構(gòu)件上承受的水動(dòng)力、材料和比重等物理參數(shù)對釣具的空間形狀和釣鉤所處的深度影響較大。
　　 隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，處理大量數(shù)據(jù)資料的能力提升，有可能對復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過建立漁具系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，從數(shù)值模擬角度獲得延繩釣釣具在不同工況下的空間形狀和載荷分布，了解和預(yù)測延繩釣漁具的作業(yè)狀

3、態(tài)，通過控制和調(diào)整使釣鉤到達(dá)預(yù)期的捕撈對象的棲息水層，提高目標(biāo)魚種漁獲量、減少兼捕。從另一角度看，按照“捕撈效率高意味漁具處于捕撈對象適宜的棲息水域，而且對捕撈對象的習(xí)性和行為的適應(yīng)性好”的假設(shè)，可以由捕撈效率的高低來推測魚類的分布和棲息環(huán)境等參數(shù)。而通過漁具的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)值分析所獲得的參數(shù)，將作為改進(jìn)漁具漁法的依據(jù)，故開展?jié)O具力學(xué)模型的研究具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 延繩釣釣具是由浮子繩、干線和支線等將浮子和釣鉤等

4、連接組成。該系統(tǒng)可以視為不承受扭矩和擠壓力、僅承受拉力的柔性線系統(tǒng)。本文以有限元理論為基礎(chǔ)，將延繩釣釣具系統(tǒng)離散化，由大量僅有軸向拉力的桿單元組成；桿單元與桿單元之間為無摩擦鉸鏈聯(lián)接；各桿單元受到的水動(dòng)力、重力和浮力等將被平均分配至桿單元的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；集中載荷按力的特性作用在相應(yīng)的位置上：采用動(dòng)力學(xué)方法，分析各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。對各節(jié)點(diǎn)列出一系列動(dòng)力學(xué)方程組，建立金槍魚延繩釣漁具三維動(dòng)力學(xué)模型，利用隱式歐拉法對上述二階微分方程進(jìn)行求解，并利用R

5、語言軟件對建立的模型進(jìn)行編程計(jì)算。
　　 為了驗(yàn)證和完善所建立的漁具動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行了海上實(shí)測和數(shù)據(jù)采集。本文采用2009年10月到2010年1月，大滾筒冰鮮金槍魚延繩釣漁船“深聯(lián)成719號”，在太平洋中西部的基里巴斯海域(1°01'S-5°01'N，169°52’E-176°42’E)的實(shí)測數(shù)據(jù)，包括漁具參數(shù)、作業(yè)參數(shù)、釣鉤深度(116枚釣鉤)及三維海流數(shù)據(jù)等。利用SPSS軟件對模型計(jì)算所得釣鉤深度與實(shí)測釣鉤的深度數(shù)據(jù)進(jìn)行了比

6、較和t-檢驗(yàn)，另外，分析在實(shí)測數(shù)據(jù)下系統(tǒng)由初始值到穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，特殊節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和張力分布。
　　 本文所建立的延繩釣漁具系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可以用來計(jì)算獲得在各種三維海流(X、Y和Z方向海流為非恒定流)下，各節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)張力、延繩釣空間形狀的變化情況，以及兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)張力。
　　 而與節(jié)點(diǎn)所受的內(nèi)力(張力)相比，其所受到的水動(dòng)力及重力很小，所以本文以節(jié)點(diǎn)張力為直接研究對象。由于三維海流的變化對延繩釣釣鉤系統(tǒng)的空間形狀的

7、影響較大，本文采用單因子變動(dòng)分析法，即假設(shè)三維海流中的一個(gè)分量處于合理的范圍內(nèi)變化，而其他參數(shù)假定為固定值，由此分析此變化的分量對節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度、拉力以及空間位置的影響情況。
　　 分析計(jì)算結(jié)果表明：(1)CN90的大小與研究對象和流態(tài)等均有關(guān)，本文將各種假定數(shù)值的CN90輸入延繩釣漁具靜力學(xué)模型，計(jì)算得到的模擬深度，與2009年的實(shí)測釣鉤深度(85枚)數(shù)據(jù)對比分析，結(jié)果表明：當(dāng)CN90為1.12時(shí)，模型計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果最為相

8、符，精度最高。由此，本文建議延繩釣柔性線系統(tǒng)綜合的水動(dòng)力學(xué)系數(shù)CN90可采用1.12；(2)該模型適用于不同的海況下，包括不同水層海流方向各異的三維海流作用下，分析計(jì)算延繩釣漁具的三維空間形狀、釣鉤所處的空間位置和深度、以及關(guān)鍵部件的受力狀態(tài)；(3)對標(biāo)準(zhǔn)懸鏈線公式計(jì)算而得的釣鉤深度與日本吉原有吉的釣鉤深度計(jì)算公式得到的結(jié)果的雙樣本均值分析，t-檢驗(yàn)結(jié)果表明，這兩種方法得到的釣鉤深度無顯著性差異(P=0.90>0.05)，因此本文建議這

9、兩種方法都可以，而且僅適用計(jì)算沒有海流作用情況下的延繩釣釣鉤深度。本文中選取日本吉原有吉計(jì)算公式計(jì)算值作為本數(shù)學(xué)力學(xué)模型各節(jié)點(diǎn)的初始值；(4)對釣鉤實(shí)測深度與數(shù)值模型計(jì)算深度的雙樣本均值分析，t-檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩釣鉤深度無顯著性差異(P=0.17>0.05)，而且數(shù)值計(jì)算釣鉤深度明顯要比不考慮海流作用的計(jì)算公式的釣鉤深度要淺，這表明海流使釣鉤的深度變淺；(5)本文用單因子變動(dòng)分析法，發(fā)現(xiàn)三維海流中，X和Y向的海流對主節(jié)點(diǎn)拉力和延繩釣空間