随着渔业资源的严重衰退和传统捕捞作业渔场的老化,我国渔业的发展正在实现由捕捞向养殖的转变,由开发型向养护管理型转变。海水网箱养殖业作为当前和未来较长时期我国海洋渔业的一个新的增长点,正在得到迅速发展。但是,目前海水养殖多集中于内湾和近岸浅海处,出现了养殖空间不足、养殖环境恶化和养殖水产品质量下降的一系列问题。为了解决社会对高质量水产品需求增长和浅水养殖业所存在问题间的矛盾,将网箱养殖业由内湾、浅海推向深水海域,是进一步推动渔业发展,满足社会对高质量水产品需求,抓住渔业经济发展的契机的战略决策之一。深海抗风浪网箱大多以网箱群组的形式设置于外海开放性海域,受波浪和海流影响较大。因此,探索并不断提高深海网箱群组系统的抗风浪和耐流能力,保证网箱设施系统高效、安全,对于网箱养殖业的健康发展具有重要的学术意义和实际意义。本文以重力浮式网箱组成的网箱群组系统为研究对象,利用网箱群组系统在定常流中的有限元数值模型,采用Newton-Raphson解法进行数值求解,对不同流速、流向、浮绳框深度、网箱间距、缆绳长度和不同锚泊形式下网箱群组系统运动响应进行了数值计算。通过对计算所得数据的可视化处理,可以直观地实现对网箱群组系统响应特性的观察说明,本方法通过进一步的实验验证,可以为实际网箱系统的优化设计提供理论依据。其次,利用有限元法进行网箱系统运动响应的计算机模拟,其计算结果的精度和单元的划分有着密切得关系。在网箱及网渔具运动响应的数值计算中,为了提高运算速度和节减运算时间,可以采用“网目群化”技术,即根据实际需要可将若干个实际网目“群化”为一个虚拟的计算网目进行计算。本文针对大型深水网箱有限元计算单元数量巨大的特点,详细探讨了网目群化技术对计算过程和数值结果的影响,为合理利用和适宜把握网目群化技术应用提供了量化依据。第三,本文利用有限元总体刚度矩阵具有对称性、稀疏性、非零元素呈带状分布、正定、主元占优势等特点,以矩阵分块技术,内外存配合使用并采用直接解法来求解线性代数方程组等技术手段,大大提高了计算效能。第四,计算机模拟结果显示,迎流面和侧流面的锚绳和平行于流向的浮绳框浮绳在流场中的受力较大。在“井”字型和“米”字型锚泊设计下,迎流面中间的11号缆绳承受网箱群组锚泊系统中的最大张力,是最为容易发生断裂的部分,在结构设计和材料的选取上应重点考虑;浮绳框深度对各缆绳受力有一定影响,深度增加缆绳受力减小,但系框绳的受力略有增加;网箱间距对浮绳框受力影响较大,间距越大,浮绳框受力越大,但对锚绳的受力影响较小;适宜的锚绳长度对于网箱系统安全至关重要,但锚绳过长对缆绳张力的改善并无明显的作用;“井”字型锚泊形式侧流面缆绳受力较大,但对整个系统的形状保持较好;“米”字型锚泊形式节约缆绳,但背流面浮绳框变形较大,需对此进行特别的优化设计,以满足实际工程需要。根据数值计算结果,往复流的作用是网箱群组锚泊系统安全性检验的主要考虑因素。第五,在设计和安装网箱群组系统时,建议浮框绳深度应控制在网箱高度的50%左右,网箱间距为网箱直径的50%左右,缆绳长度为深的2.5倍左右。以上设计参数能够使该系统具有较好的耐流效果。同时,锚泊形式可根据实际情况进行选取。