金槍魚延繩釣漁具動力學(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時，其柔性體的空間形狀以及構(gòu)件的空間位置都會發(fā)生變化。反過來，形狀和它們在空間的位置變化，又會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。
　　 隨計算機技術(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)進行數(shù)值計算。通過建立漁具系統(tǒng)的動力學(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)整使釣鉤到達預(yù)期的捕撈對象的棲息水層，提高目標魚種漁獲量、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，進行數(shù)值分析所獲得的參數(shù)，將作為改進漁具漁法的依據(jù)，故開展?jié)O具力學(xué)模型的研究具有理論意義和實用價值。
　　 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力、重力和浮力等將被平均分配至桿單元的兩個節(jié)點；集中載荷按力的特性作用在相應(yīng)的位置上：采用動力學(xué)方法，分析各節(jié)點的運動。對各節(jié)點列出一系列動力學(xué)方程組，建立金槍魚延繩釣漁具三維動力學(xué)模型，利用隱式歐拉法對上述二階微分方程進行求解，并利用R

5、語言軟件對建立的模型進行編程計算。
　　 為了驗證和完善所建立的漁具動力學(xué)模型，進行了海上實測和數(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軟件對模型計算所得釣鉤深度與實測釣鉤的深度數(shù)據(jù)進行了比

6、較和t-檢驗，另外，分析在實測數(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)點的運動和張力分布。
　　 本文所建立的延繩釣漁具系統(tǒng)動力學(xué)模型可以用來計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)點運動速度、節(jié)點張力、延繩釣空間形狀的變化情況，以及兩個主節(jié)點張力。
　　 而與節(jié)點所受的內(nèi)力(張力)相比，其所受到的水動力及重力很小，所以本文以節(jié)點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分析法，即假設(shè)三維海流中的一個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)點運動速度、拉力以及空間位置的影響情況。
　　 分析計算結(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，計算得到的模擬深度，與2009年的實測釣鉤深度(85枚)數(shù)據(jù)對比分析，結(jié)果表明：當(dāng)CN90為1.12時，模型計算的結(jié)果與實測結(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)對標準懸鏈線公式計算而得的釣鉤深度與日本吉原有吉的釣鉤深度計算公式得到的結(jié)果的雙樣本均值分析，t-檢驗結(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算公式計算值作為本數(shù)學(xué)力學(xué)模型各節(jié)點的初始值；(4)對釣鉤實測深度與數(shù)值模型計算深度的雙樣本均值分析，t-檢驗結(jié)果表明，兩釣鉤深度無顯著性差異(P=0.17>0.05)，而且數(shù)值計算釣鉤深度明顯要比不考慮海流作用的計算公式的釣鉤深度要淺，這表明海流使釣鉤的深度變淺；(5)本文用單因子變動分析法，發(fā)現(xiàn)三維海流中，X和Y向的海流對主節(jié)點拉力和延繩釣空間