深海网箱因其具有容积大、抗风浪性强、自动化程度高等特点,是海洋设施养殖的重要战略方向。现有刚性网箱在加工装配后结构固定,难以自适应调节养殖区域、体积庞大难以运输,阻碍其在深海养殖的推广应用。针对深海网箱发展现状,本文将折展机构引入深海网箱设计,提出一种新型嵌套折展子母式网箱,通过折展调节网箱体积,子母式网箱结构实现多样化生态养殖,为深海网箱设计与研究提供了新思路。本文主要研究内容如下:(1)针对现有刚性网箱体积庞大、无法自主调节养殖区域等情况,分析现有网箱组成,将折展机构引入网箱设计,提出一种新型嵌套折展子母式网箱系统,包括嵌套折展子母网箱框架机构、锚碇装置、浮力装置等;基于方位特征集,分析了网箱框架机构折展过程中的尺度约束类型演变,揭示机构折展过程中对称面相交共线的几何不变特性,构造了以对称面交线为折展轴线的网箱折展驱动机构。(2)为研究网箱框架机构的折展性能,对网箱子母框架运动学进行分析。基于对称面几何投影,建立母框架三重对称Bricard机构关于转动副轴线倾角与杆件扭转角的输入—输出方程,进一步得出驱动杆转角与转动副位移关系,解析求解驱动杆转角与网箱折展状态的对应关系;基于ABAQUS对柔性子框架进行运动仿真,确定子框架折展的驱动方式,以闭环驱动网箱折展,建立子框架包络面积计算公式,分析子框架的折展比。(3)为满足养殖要求,保证网箱内部养殖环境稳定,对网箱在海洋环境下的耐波性能进行分析。基于ANASYS AQWA水动力分析软件,对所设计的网箱在规则波作用下的水动力响应特性进行数值模拟,得出网箱水动力响应情况,绘制了网箱的运动轨迹,分析了网箱的耐波性能。(4)为完善网箱系泊设计,并通过系泊缆绳实现网箱升降、自清洁等功能,将整个网箱系统抽象为六自由度绳牵引并联机构进行分析。建立网箱绳牵引并联机构的运动学及动力学模型,分析网箱受波浪力作用时系泊缆绳长度及张力变化,为系泊系统的设计提供参考;同时研究网箱升降、旋转清洁及摆动清洁时绳长和张力对应关系,为系泊缆绳调控网箱位姿提供基础。