张力腿平台拟静态分析
文章编号:1001-4500(2001)04-0021-05
张力腿平台拟静态分析
胡志敏,董艳秋,杨冠声,陈学闯
(天津大学,天津市300072)
摘 要:纵荡、垂荡等运动模态对张力腿内张力变动影响显著,为了确定张力腿内张力变动与两
个运动模态的关系,采用非线性拟静态分析方法对该问题进行了研究。通过分析给出张
力腿平台本体水平偏移、垂直下沉、张力腿内张力变化、水平外力等重要参数之间的相
互关系,可初步进行定性和定量分析,对平台的初步设计有一定参考作用。
关键词:张力腿平台;拟静态分析;静态偏移;动张力
中图分类号:P75;U674 文献标识码:A
张力腿平台本体的力学分析是张力腿平台相关研究的重要组成部分,特别是在流体载荷作用下的受力、运动响应等动力和运动性能的分析,直接为张力腿平台的优化设计提供理论依据和相关参数。拟静力分析是动力分析的基础,它可以为动力分析以及结构设计提供一些重要参数的相关信息。本文采用非线性拟静态的分析方法对典型的四柱张力腿平台进行分析,通过几种极限状态的分析,得出张力腿平台本体水平偏移、垂直下沉、张力腿动张力、水平外力等重要参数之间的相互关系。所谓拟静态分析就是将该动力分析问题采用静力分析的方法近似处理。由于张力腿平台半固定、半顺应的特殊结构形式,在张力腿平台六个运动模态中纵荡、横荡、首摇等运动较为显著,而相比之下横摇、纵摇、垂荡等运动幅度非常小[1]。由张力腿平台本体全自由度运动的时域非线性动力分析计算可知,对张力腿内张力变化影响较大的是纵荡、横荡、垂荡等线位移运动[2]。由结构的对称性,非线性拟静态可以通过建立张力腿平台本体的二维模型进行研究。
1 基本假设和坐标系统
将平台本体和海洋视为一个完整的动力系统,假定初始状态平台竖直静浮于静水面上。为分析问题方便特引入如下假设:(1)视张力腿系统为无质量的弹簧,其对平台本体的作用仅计及轴向等效刚度的影响;(2)引入“平行张力腿”假设,即假定张力腿系统的刚度足够大,在平台直线性运动过程中始终保持平行、绷紧状态,这样可建立平台本体的二维非线性拟静态分析模型。平台本体垂直、水平两个方向有位移,分别记为z、x,坐标系统见图1,x轴向右为正,z轴向上为正。
2 静态偏移和下沉的数学描述
通过平台本体重心的定常水平外力F H作用下,会引起平台本体静态水平偏移(o ffset),由于“平台张力腿”假设,静态偏移的出现会引起平台本体吃水的增加,称之为静态竖直下沉(set-dow n),直接引起
收稿日期:2001-03-12
基金项目:国家自然科学基金资助项目(5579014)。
作者简介:胡志敏,(1972-)女,博士;董艳秋,(1937-),女,博导,教授,主要从事船舶和海洋结构动力研究。
图1 二维非线性拟静态分析模型 图2 计算模型结构形式俯视图
了平台本体浮力和张力腿内张力的增加,同时引起张力腿平衡状态的改变,使其相对海底系泊点有一转角H,但内张力在垂向上的分量仍然同变化后的浮力相平衡,这是该问题数学描述的基础。水平偏移x 和垂直下沉z这两者虽然不是张力腿平台设计的决定因素,却与张力腿最大转角H max、最大(小)张力T max/min和空气间隙(air-gap)的选取密切相关,而这几项指标正是张力腿平台设计的主要参数,因此对平台拟静态研究有着十分重要的实际意义。
考虑平台处于竖直平衡状态,由力的平衡知:T0+F B0=0(1) T0为张力腿内预张力;F B0为平台本体的有效浮力,是其总静水浮力与平台自重之差。若在定常水平外力作用下平台本体相对其竖直平衡位置有水平位移x,则相应的竖直下沉为z,浮力F B变为:
F B=F B0+$F B0=F B0-Q gA w z(2)式中,$F B为平台本体浮力的变化,定义为动浮力;A w为水线面面积;Q为海水密度;g为重力加速度。由该状态平台本体x、z方向力的平衡得:
(T0+$T)co s H=F B0+$F B(3a)
(T0+$T)sin H=F H(3b) F H为导致平台本体静态偏移x的定常水平外力。张力腿张力的变化$T,称之为动张力,可由下式给出;
$T=E A
l0
?$l=k A?$l(4)
式中,E为张力腿材料的弹性模量;A为张力腿横截面的面积;l0为张力腿初始长度;k A=EA
l0为张力
腿的轴向刚度;$l为张力腿伸长量,令l=l0+$l。
根据几何关系:sin H=
x
l0+$l;cos H=
l0+z
l0+$l,(5)
将式(1)、(2)、(5)代入式(3a)得:
$l=z(T0+Q gA w z l0)
k A(l0+z)+(F B0-Q gA w z)或z=
(T0+k A l0)$l
T0-k A$l+Q gA w(l0+$l)
(6)
由$l=(l0+z)2+x2-l0,综合式(6)得:
x2=[
z(T0+Q g A w l0)
k A(l0+z)+(F B0-Q g A w z)
+l0]2-(l0+z)2(7a)
x +(l0+$l)2(7b)
3 极限状态下静态偏移和下沉的定性分析
为进一步分析方便,将上述诸式无因次化,特引入如下无因次量:
x-=x
l0;z-=z
l0
;T-0=
T0
K w l0
;$T-=
$T
K w l0
;$-l=
$l
l0
;F-H=
F H
K w l0
;F-B=
F B
K w l0
(8)
式中,K w=Q gA w。考虑$-l n 1.0,将式(8)、(5)代入式(3a)、式(3b),可得:
sin H=(z-2+2z-)12;cos H=1+z-;(1+z-)2+x-2=1(9)
F-H=(T-+z-)(z-2+2z-)12(1+z-)-1(10)
式(10)为无因次定常水平外力、预张力和下沉之间的非线性关系。将式(9)代入式(3a)得到张力腿内无因次动张力、预张力和下沉的关系式。
$T-=z-(1+z-)-1(T-0-1)(11)将式(9)代入式(3a)、(3b),得到无因次定常水平外力、预张力和水平偏移之间的关系:
F-H=x-(1+x-2)-12(T-0+1)-x-(12)由式(9)与式(11)相等得静态水平偏移和竖直下沉之间的关系为:
x-(1-x-2)-12(T-0+1)-x-=(T-0+z-)(z-2+2z-)12(1+z-)-1(13)
为清楚地表现定常水平力、动张力、水平偏移和垂直下沉之间的相互关系,就上述方程考虑预张力T-0两种极限状态(强预张力T-0≥1和弱预张力T-0n1)下,推导各参数之间的关系,并将分析结果列于下表:
表 两种极限状态下,各参数之间的关系,均认为z-n1
强预张力T-0≥1弱预张力T-0n1
$T-
T0-1
≈z- $T-与z-呈线性关系;$T-≈z- $T-与z-仍呈现线性关系
F-H T-0≈(2z-)12 z-与F-H和T-0之比的平方成比例;z-≈2-13?F-23
H
z-与F-H的2/3幂次方成比例;
x-≈(2z-)12≈F-H
T-0
x-与z-的平方根成比例,与T-0的强
弱无关;F-H与T-0之比呈比例关系。x-≈(2z-)
1
2≈(2F-H)
1
3 x-与z-的平方根成比例,与T-0的强弱无关;x-与F-H的1/3幂次方呈比例关系。
4 非线性拟静态分析实例计算
按照前述非线性拟静态分析的方法,对文献[3]所给的实例进行分析计算,如图2。其中张力腿总预张力T0=137340(kN),张力腿轴向刚度k A= 5.044×105(kN/m)。计算给出了静态(水平)偏移x、(竖直)下沉z、水平力F H、动张力$T等物理量之间的关系,同时,分别改变张力腿的预张力T0、轴向刚度k A的大小与原始参数模型进行了对比计算,参见图3～12。
由上述分析和曲线可以看出:
(1)由于(竖直)下沉相对较小,静态(水平)偏移x与水平力F H基本呈现线性关系,而与动张力$T 呈幂函数关系。与之相反,静态(竖直)下沉z与水平力F H呈幂函数关系,而与动张力$T基本呈线性关系。
图3 静态偏移x与水平力的关系曲线 图4 静态偏移x与水平力的关系曲线
图5 静态下沉z与水平力的关系曲线 图6 静态下沉z与水平力的关系曲线
图7 静态偏移x与动张力的关系曲线 图8 静态偏移x与动张力的关系曲线
图9 静态下沉z与动张力的关系曲线 图10 静态下沉z与动张力的关系曲线
图11 静态下沉z与偏移x的关系曲线 图12 静态下沉z与偏移x的关系曲线
(2)由图3可得:随着预张力T0增大,导致同样大小的水平偏移x的水平力F H剧增,在弱预张力情况下,x和F H之间的关系受预张力影响较小;分析图12则有:在不同的张力腿轴向刚度k A下随着刚度的减少,导致同样大小的水平偏移x的水平力F H减小,这符合物理直观。在极限弱刚度下,x和F H的关系则受很小的刚度变化影响。
(3)图5中,不同预张力T0下竖直下沉z与水平力F H均呈幂函数关系,且随着预张力T0增大,导致同样大小的竖直下沉z的水平力F H剧增;而由图6可以得出:在不同的张力腿轴向刚度k A下随着刚度的减少,导致同样大小的竖直下沉z的水平力F H减小。
(4)由图7、图8可以发现:不同预张力T0下水平偏移x与动张力$T均呈幂函数关系,且预张力T0的变化与张力腿轴向刚度k A的变化对x与动张力$T关系的影响规律是一样的,即;随着预张力T0、张力腿轴向刚度k A增大,导致同样大小的水平偏移x的动张力$T增加。
(5)由图9可看出,不同预张力T0下竖直下沉z与动张力$T均呈线性关系,且随着预张力T0增大,导致同样大小的竖直下沉z的动张力$T剧增;而由图10得,张力腿轴向刚度k A变化对竖直下沉z 与动张力$T的关系影响甚微。
(6)由图11、12可知,静态竖直下沉z与水平偏移x相比是小量,预张力T0的变化对x、z之间关系的影响不大;而张力腿轴向刚度k A对两者影响较大,随刚度减少亦即张力腿变软,由同样大小的水平偏移x引起的竖直下沉z增大。在强刚度下,刚度的变化对x、z之间关系的影响不大。
5 结论
通过拟静态分析可以直观地得出平台本体的水平力F H、水平偏移x、竖直下沉z和张力腿系统的动张力、预张力之间的关系,这些定性关系将直接为进一步的平台动力响应分析以及结构初步设计提供参考。由二维拟静态分析结果可以看出张力腿的刚度k A、预张力T0(亦即平台本体的剩余浮力)对张力腿平台各参数的影响显著,它们是平台重要设计之一。拟静态分析方法是一种对张力腿平台进行初步分析的简便、有效的方法,对张力腿平台的深入研究和设计有重要的实际意义。
参考文献
[1]Kareem A,Li Yous un.Res ponse of T ension Leg Platforms to w ind,w aves,and cur rents:a fr equency domain approach[A].OT C
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[3]C hatterjee P C,Das P K.A Hydro-s tr uctural an alys is program for TL Ps[J].Ocean En gineering,1997,24(4):313-334.
The Quasi-Static Analysis of TLP
Hu Zhi-min Dong Yan-qiu
(T ainjin University,Tainjin,300072,China)
Abstract:M echanic analysis of tension leg platform(T LP)plays an important par t in the research.and desig n of T LP.T he non-linear quasi-static analytic metho d is used to calculate the relationships betw een the horizontal offset,vertical set dow n o f the TLP body,the change o f tendon tensio ns in the leg and ex ternal force acting o n TLP.T hese parameters are useful to r esearch the response of T LP under external loads and are key problems to be considered in the initial design o f TLP.
Key words:TLP,quasi-static analysis,offset,tendon tension.
新型分离式张力腿平台概念设计
第12卷第8期2012年3月1671—1815（2012）08-1724-09 科学技术与工程 Science Technology and Engineering Vol.12No.8Mar．2012 2012Sci.Tech.Engrg. 地球科学 新型分离式张力腿平台概念设计 闫功伟 1 欧进萍 1，2 （哈尔滨工业大学土木工程学院1，哈尔滨150090；大连理工大学建设工程学部2，大连116024） 摘要通过对张力腿平台型式、特点及发展历程的分析，提出张力腿平台型式创新及性能优化应遵循主体集中布置、延伸 式系泊、最小水线面等趋势；进而提出了新型的张力腿平台概念。该新型平台主体在垂向自平衡与系泊系统分离，且具有最小化的水线面和延伸式系泊等特性。最小化的水线面的概念可以最大限度减小平台在水线面处所受环境载荷。主体垂向分离且自平衡的概念可以同时保证平台的静水回复刚度，并解除平台纵、横荡与垂荡的耦合效应，减小张力腿的“疲劳效应”。主体垂向可以在底部附加垂荡板以控制垂荡。延伸式系泊可以增加平台在纵、横摇方向上的刚度。之后又给出了此种平台概念设计的具体流程和要点，并概念设计了一座新型平台。关键词 张力腿平台 分离自平衡 最小水线面 延伸系泊 概念设计 中图法分类号 P751； 文献标志码 A 2011年12月15日收到国家重点基础研究发展计划 （2011CB013702；2011CB013703）资助 第一作者简介：闫功伟（1983—），男，安徽人，博士生，研究方向：深水海洋平台的动力响应， E-mail ：yangongwei@foxmail．com 。随着陆地及近海油气资源的日益枯竭，深海油气钻采技术的需求越来越紧迫。目前张力腿平台以其成熟的技术和优良的工作性能， 广泛应用于世界海上各个知名油气田，已超有24座，新型张力腿平台的设计应用水深已超过2500m （Atlantia 公司的Seastar 在西非和巴西海域的研究项目以及墨西哥海湾的应用项目，设计工作水深分别达到了2743m 和2591m ）。 张力腿平台在水平方向属于一种顺应式深水平台，在垂向通过平行且张紧的张力腿系统垂直系泊在海底，能够使得平台的各方向运动的固有周期均避开海洋波浪的能量集中区域，具有良好稳定的运动性能。 国内外很多学者对不同型式张力腿平台做了研究，Jagannathan ［1］ 在1992年提出了一种悬式张 力腿平台的概念，并进行了深入研究。Kobayashi 等 ［2］ 提出了带有底座的张力腿平台。Wybro 等 ［3］ 提 出了MOSES TLP 。Kibbee ［4］ 提出了SeaStar Minimal TLP 。Copple ［5］提出了用于深水边际油田的浮力腿结构。Bhattacharyya 等 ［6］ 等应用数值模拟的方法对 迷你式Seastar TLP 的耦合动力响应进行了分析。Yang 等［7］进行了位于墨西哥湾的延伸式TLP 平台在极端海况下张力腿断开时瞬态效应的数值模拟。 按形式不同可以将张力腿平台分为：（1）传统式张力腿平台（CTLP ）；（2）海星式张力腿平台（Sea-Star TLP ）；（3）最小化深海水面设备结构张力腿平台（MOSES TLP ）；（4）延伸式张力腿平台（ETLP ）。不同形式TLP 的特点： （1）传统式张力腿平台（CTLP ），一般主体由3根或者4根立柱及连接它们的浮箱组成。针对此种平台， 各国学者进行了广泛且卓有成效的研究，现存最多的张力腿平台型式； （2）Seastar TLP ，是一种按照mini-TLP 概念进行设计的单柱式张力腿平台，在1992年由Atlantia 公司设计研发，已申请了专利，主要应用于较小储量的油气田开发。它的承载效率较传统式的要高，系泊范围较大，能够提高平台运动响应性能，模块化设计，方案灵活，能够适应不同环境的要求，便于建造和安装。 （3）MOSES TLP 最小化深海水面设备结构， Minimum Offshore
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的表面张力 一、实验目的 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 二、实验原理 1、表面张力的产生 液体表面层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大， 因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直 于液面并指向液体内部的不平衡力，如图所 示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤 促成液体的最小面积。 在温度、压力、组成恒定时，每增加单位 表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J·m-2）。若看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。 液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力 静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。 弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力P s ，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o - P s ；当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o + P s 。这一合力P S ，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率 中心。 附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：(式中σ为表面张力，R 为弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适用于当弯曲表面刚好为半球形的情况)。 3、毛细现象 毛细现象则是弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假设溶液在毛细管表面完全润湿，且液面为半球形，则由拉普拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的压力 P=gh ，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。这就是毛细管上升法测定溶液表面 张力的原理。 此方法要求管壁能被液体完全润湿，且液面呈半球形。 4、最大泡压法测定溶液的表面张力 实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置图如所示，将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力(Δp ＝ p 大气 － p 系统 ) 在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱 出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式:R p σ2=?. P s = 2σ R
张力结构的型式及发展
张力结构的型式及发展 徐宗美，张华，陈礼和 南京河海大学土木工程学院 ( 210098) E-mail：xuzongmei_1999@https://www.sodocs.net/doc/e52576288.html, 摘 要：张力结构涉及诸如基础理论研究、应用技术、材料科学、建筑设计与施工等内容，它的分析、设计与施工反映了一个国家多种先进的科学技术水平。由于张力结构充分发挥了材料强度，造型优美且具有很高的结构效率，在大跨度空间结构及中小跨度结构中得到了广泛应用。随着张力结构的不断发展，目前出现了许多新型结构型式。本文结合大量科技文献，对张力结构进行了分类并阐述了各型式的机理和特点，对其重点研究领域进行了描述，最后对张力结构的发展前景作了展望。 关键词：张力结构；悬索结构；张力集成体系；膜结构 1概述 张力结构从满足一定拓扑关系的几何构造和外形中，通过预应力过程获取刚度，从而使结构具有满足功能要求的建筑造型和承载能力。因此张力结构的分析、设计与施工的过程紧紧围绕结构的拓扑、外形及刚度展开。在当前的工程中，张力结构一般都不是一种简单的型式，而是多种型式的集成，因此各文献对其分类也不尽相同，本文取长补短，对张力结构作出如下分类：悬索结构，张力集成体系和膜结构。 2张力结构的分类 2.1悬索结构 悬索结构形式多样，布置灵活，自重轻，施工简单。它以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。悬索结构仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯矩和剪力效应，可充分利用钢材的强度[1]。悬索结构按受力特点，一般可分成单层悬索体系、双层悬索体系、索网结构、张弦梁、组合悬索结构及斜拉结构等类型。 2.1.1单层悬索体系 单层悬索体系根据索的布置方式分为平行布置方式、辐射布置方式和网状布置方式。 平行布置方式即单向索系结构，它由许多平行单根拉索组成，拉索之间可以设置横向加劲构件，拉索两端悬挂在稳定的支承结构上，也可设置专门的锚索或端部的水平结构来承受悬索的拉力。横向加劲构件可以传递荷载并均匀地分配到各平行索上；另外通过下压横向加劲构件的两端到预定位置或通过张拉索使整个体系产生预应力，提高屋盖的刚度。上海杨浦体育馆、安徽体育馆等工程采用了设置横向加劲梁（或桁架）的方法。横向加劲的单层悬索体系施工方便，系统几何外形简单，用料经济，是一种成功的创造[2-3]。 辐射布置方式中悬索常沿辐射方向布置，适用于圆形、椭圆形平面。用于屋盖结构时，整个屋面形成下凹的旋转曲面，悬索支承在周边构件－受压圈梁上，中心可设置受拉的内环， - 1 -
溶液表面张力的测定(精)
溶液表面张力的测定-最大气泡法 Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method 一、实验目的及要求 1．掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 3. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 二、实验原理 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图1所示）。 这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值 图1 分子间作用力示意图 ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N.m-1。 液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗的可逆功A为： 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决 定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的
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张力腿平台简介 一．第一代张力腿平台总述 第一代张力腿平台，即传统类型的张力腿平台，应用时间长、分布范围广、平台数量多、设计理论成熟，在张力腿平台发展的历史中占有很重要的地位。 从1984年至今，世界上建成投入生产的传统类型张力腿平台共有11座，尚未发生过倾覆、沉没等重大事故，拥有优良的工作记录，由此坚定了业界对TLP这种新兴海洋平台结构的信心。在其发展的20年时间里，世界各国的研究者和工程技术人员积累了丰富的设计应用经验和技术数据，为以后张力腿平台的发展打下了坚实的基础。 在已建成的11座传统类型的张力腿平台中，Shell石油公司在1994—2001年7年间连续建造的5座张力腿平台具有一定的代表性，分别为Auger、Mars、Ram、Ursa和Brutus。 通过第一代张力腿平台的生产实践，进一步证明了张力腿平台在深海域半刚性半柔性的优良运动性能和经济性，但是同时亦发现传统的张力腿平台结构形式仍存在着一定的 不足。 ①在水深超过1200m的极深水水域，随着张力筋腱长度的增加，出现了张力腿自重过大的问题，并且由于张力筋腱在深水中的受力情况发生改变，因此影响了平台的定位性能。
②在降低造价、改善受力情况和运动性能的方面，传统类型张力腿平台的本体结构仍需要进一步改进。 ③差频载荷是一个缓慢变化的力，它将和同样缓慢变化的张力腿平台平面内的运动发生共振。另外，风的激振力也在这个差频范围内，必然会加剧这种慢漂运动。 ④波浪的高频分量和高频水动力会引起张力腿平台平面外的共振，通常称为Springing和Ringing。张力腿平台结构这两个问题随着水深的增加而加剧，对结构的安全性有很大的影响。 ⑤传统的张力腿平台是通过海底基础固定入位的，随着水深的增加，海底基础的设计、施工变得十分复杂。 因此，张力腿平台所具有的经济、安全和良好的动力特性在更深水域中均不能得到充分的发挥，传统类型的张力腿平台结构已经不能很好地适应更深的水域。各国学者对张力腿平台结构形式的不断改进完善非常重视，因此，混合式张力腿平台及悬式张力腿平台等新型的张力腿平台便应运而生二．张力腿平台的工作原理及性能 张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力
索杆张力结构基本理论综述
索杆张力结构的基本理论综述 夏巨伟 (浙江大学空间结构研究中心) 摘要：对应索杆张力结构的预张力加工、施工和使用状态，此类结构的分析设计主要落实到零状态、初始态和荷载态三个阶段。零状态为结构不受预张力作用时的平衡形态，初始态为结构在自重和预张力作用下的平衡状态，而荷载态则为结构在初始态的基础上承受其他外荷载的受力状态。本文针对这三个状态对索杆张力结构的基本理论进行综述。关键词：索杆张力结构；初始态分析；荷载态分析；零状态分析；找形；找力；平衡矩阵理论； 1.1初始态分析理论 从索杆张力结构的设计过程看，结构的初始态分析是整个设计过程的起点，是荷载态和零状态(施工成形态)分析的基本依据。初始态分析主要以下几个方面内容：(1) 体系的静动特性分析，即考察体系是否为机构和体系是否能维持预应力。(2) 预应力的可行性分析，即考察体系中维持的预应力是否能够刚化机构。(3) 初始形态的稳定性，考察体系是否能够维持初始平衡形状。(4) 找形分析，即确定初始态的几何。 Timosheko和Young[1]指出决定铰接杆系结构静动特性的两个重要参数s(自应力模态数)和m0(机构数或独立机构位移模态数)与其平衡矩阵A的秩r有关。若确定了平衡矩阵A的秩r，则s和m0可以分别表示为 s=b-r(1.1) m=m-r(1.2) 式中，m为结构的自由度数，b为结构的杆件数。文献根据s、m0的取值情况将铰接杆件体系分成了静定(s=0,m0=0)、静定动不定(s=0,m0>0)、超静定(s>0,m0=0)、静不定动不定(s>0,m0>0)四类，通常情况下索杆张力结构属于第四类。 Pellegrino和Calladine将矩阵的奇异值分解(SVD)技术和矩阵空间的解析相结合，给出了一个分析铰接杆系结构静动特性的方法[2]。该方法不仅能够有效地得到结构的静动特性，还能将许多具有物理意义的结构属性揭示出来。铰接杆件体系的平衡方程和协调方程可以写作为 At p(1.3)
张力结构体系设计的关键问题(1)
张力结构体系设计的关键问题(1) 摘要：介绍张拉膜这种张力结构来说明张力结构设计的关键问题，总结了其在荷载、受力、分析等方面有别于一般建筑结构的特点。 关键词：张力结构索膜结构张拉膜结构找形 一、张力结构设计的一般原则 张力结构体系的分析设计应分为三个状态：初始几何态、预应力（初）态和荷载（终）态。虽然，在张力结构体系的初始几何态分析时也需考虑预应力，但是，初始几何态的预应力分析仅是为了张成曲面几何外形，而预应力态时的预应力分析才是结构的刚度分析。应该说刚度设计是结构设计的主要内容，通过调整预应力来改变结构刚度，从而改变结构的力流，改变结构性能。在设计中增加截面并不是一种好的方法，改变形态、改变刚度可以收到事半功倍的效果。荷载态的分析主要是进行强度校核。 在刚性结构设计中，结构的几何外形是已定的，结构的变形也不影响结构的刚度特征。然而在张力结构设计中，寻求初始几何外形的分析和设计是十分重要的。如果结构的几何外形设计好，不是使结构处于病态，就是使结构产生过大的张
力而导致下部结构或边缘构件的设计产生困难。对于复杂体形的张力结构，其几何外形的设计伴随着维持其曲面张成所需的预应力设计。张力结构的初始几何外形设计的难度和分析设计重要性均甚于荷载态时的分析设计。 在张力结构的设计中，要保证能施加足够的预应力，必须有合适的节点构造。张力结构的节点除了具有一般节点的设计要求以外，还有区别于传统结构节点的显著特点，即该类节点具有互索的功能。例如，与节点相连的索单元拉力和杆单元压力使得节点的刚度得到加强。张力结构的节点刚度是与体系的应力水平相适应的，这也是与传统的结构体系的重要区别。 二、索膜结构的设计 张拉膜结构是膜结构中最常见的一种形式,即通过对膜材内部施加一定的预张力,使其具备了抵抗外荷载能力,从而充当结构材料的一种结构体系。张拉膜结构是通过给膜材及加劲索施加预张力使之具有刚度并承担外荷载的结构，又称之为索－膜结构。这种形式能够充分利用膜材的受力性能,形成轻巧、美观、具有现代感的空间大跨曲面结构,并且施工简单、快捷,成本低,在国外已经被广泛应用于商业建筑、体
最大泡压法测定溶液表面张力
最大泡压法测定溶液表面张力 一．实验目的 1．明确表面张力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意义。 2．掌握最大泡压法测定溶液表面张力的原理和技术。 3．掌握计算表面吸附量和吸附质分子截面积的方法。 4．绘制Г—c 吸附等温线，提高作图能力 二．实验原理 1．表面张力和表面吸附 液体表面层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大，因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力，如图1所示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤，促成液体的最小面积，因此，液体表面缩小是一个自发过程。 在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面 吉布斯自由能（J·m -2），用γ表示。也可以看作是垂直作用在单位长度相界面边缘上的力，即表面张力（N·m -1），此二者是等价的。 欲使液体产生新的表面ΔS ，就需对其做表面功，其大小应与ΔS 成正比，系数为即为表面张力γ： S W ??=γ' (1) 在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，分子间的作用力发生变化，表面张力也发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。水溶液表面张力与其组成的关系大致有以下三种情况： （1）随溶质浓度增加表面张力略有升高； （2）随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些； （3）溶质浓度低时表面张力就急剧下降，于某一浓度后表面张力几乎不再改变。 以上三种情况溶质在表面层的浓度与体相中的浓度都不相同，这种现象称为溶液表面吸附。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯 (Gibbs) 图1 液体表面与内部分子受力情况图
《傲慢与偏见》的张力结构
Vol.33No.2 Feb.2012 第33卷第2期2012年2月赤峰学院学报（汉文哲学社会科学版） Journal of Chifeng University （Soc.Sci ）简·奥斯汀(1775~1817)，一个普通牧师的女儿，在她短暂的人生中，写出了六部小说，生动地描述了18世纪英国乡村中产阶级的生活画面。她的小说简单而平凡，因为它们所描述和涉及的都是普通人的平凡生活。但正是这六部小说使简·奥斯丁成为世界著名的小说家。阅读奥斯汀的作品会给人一种独特的美感。她的作品格调轻松诙谐，富有戏剧性冲突，任何人读了都会忍俊不禁。基于严肃的思考和对小说起源的研究，不难发现其小说的艺术魅力和艺术活力均来源于其小说中无处不在的张力结构，小说《傲慢与偏见》的这种特点最为显著。 一、张力理论简介 张力理论由美国诗人兼文学批评家艾伦·退特(1899~ 1979)于1937年在其力作《论诗的张力》中提出。对张力理论 的研究是退特对新批评美学最重要的贡献。张力理论后来成为该学派美学最重要也是最难把握的理论之一。退特认为，在诗歌语言中有两个经常在发挥作用的因素：外延和内涵。他从语义学的角度指出，外延指的是词的“词典意义”，而内涵则是词的暗示意义、感悟色彩等等。诗的意义就是它的张力，即由诗的外延和内涵组成的有机整体。张力是好诗的共同特点，在好诗中内涵和外延同时存在，相互补充，最深远的比喻意义不会损害文字陈述的外延。他认为最好的张力诗就是玄学派诗歌。他的张力论被其他新批评派理论家扩展到对于诗歌的内容与形式、肌质、韵律与句法等对立因素的研究中。 二、《傲慢与偏见》中的张力结构 《傲慢与偏见》是简·奥斯汀最伟大的小说之一，其艺术魅力来源于其中交织为一个整体的张力结构。理性与情感之间、利己与利他之间张力结构各成一体，又相互交织在一起，产生了这部世界名著的不朽魅力。 （一）理性与情感之间的张力结构 理性与情感之间的关系是一个古老的话题，是西方文学史的长期争论的话题。在古代，西方世界总是重视理性而贬低情感。文学中亦是如此。古典主义与新古典主义都重视理性、明晰、平衡和秩序。亚历山大·蒲柏和塞缪尔·约翰逊都是理性主义的倡导者。文艺复兴后，西方文学出现了两个 引人注目的特点：第一是对古典文学的强烈的好奇心；第二是对人类活动的浓厚兴趣。作家开始表达对人性美和人类的成就新崇拜。这一趋势最终形成了浪漫主义。 简·奥斯汀处于古典主义到浪漫主义的过渡时期，在她的小说里，理性与情感是主导主题。《傲慢与偏见》这一书名本身就代表着理性与情感的对比与较量。这部小说的主题就是在理性与情感的张力结构中得以演绎。 小说是从班纳特先生和夫人之间的对话开始的。班纳特夫人是个以情感为导向的人，缺乏理性。班纳特夫人只有五个女儿没有儿子。根据法律规定，班纳特先生的表侄柯林斯是他的遗产合法继承人：“我死了以后，这位表侄可以高兴什么时候把你们撵出这所屋子，就什么时候撵你们出去。”因此，现实对班纳特夫人和她的五个女儿是残酷的。班纳特夫人“生平的大事就是嫁女儿”。班纳特夫人在她的一生中，总有一个对女儿们完美的婚姻的幻想。她从未意识到现实与她的想象之间的距离。她的生活主题就是由现实和幻想之间的张力结构组成的，这是理性与情感张力结构的具体化表征形式。班纳特夫人的生活就是对理性与情感之间张力结构的阐释。 达西的“傲慢”和伊丽莎白的“偏见”之间的冲突更有趣。达西与伊丽莎白都是理性与情感的混合体。达西的骄傲源于他的社会地位和产业，在某种意义上说，在那个特定社会是很自然的，甚至达西自己都未意识到自己对待他人的“傲慢”态度。他总是冷静地超然于人群之外，这是达西的理性倾向。同时，他也有自己的情感，他渐渐被伊丽莎白吸引，最后几乎完全被爱控制。他两次向伊丽莎白求婚，在第一次求婚失败之后，他开始反省自己并变得越来越成熟。这时，他得到另外一种理性。达西身上体现的理性与情感的统一中，理性占据主导地位。与此同时，理性与情感相互交织、相互影响共同创造了达西的内在张力结构。 伊丽莎白是一个感性的人，她总是根据自己的感觉而不是以事实和冷静的分析为根据去做判断，因此，“偏见”变成了她的一个显著特征。她对达西的偏见源于她与达西的第一次会见并由于韦翰的恶毒谎言而加深，感觉支配着她的世界。然而，正如我们所知道的，伊丽莎白对日常生活中 论《傲慢与偏见》的张力结构 曾 艳 （贺州学院，广西 贺州 542800） 摘要：基于小说《傲慢与偏见》的社会文化背景，从张力理论的视角对《傲慢与偏见》中理性与情感之间、利己与利他之 间张力结构的分析结果认为，在某种意义上，正是这些张力结构为《傲慢与偏见》这部小说的成功提供了一个新的解释。 关键词：张力结构；《傲慢与偏见》；利己与利他；理性与情感中图分类号：I106.4 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－２５９６（２０１２）０２－０１４６－０２ １４６－－
溶液表面张力的测定拉环法
溶液表面张力的测定（拉环法） 一实验目的 （1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。二实验原理 （1）表面张力 在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。 （2）影响表面张力的因素 液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。 （3）表面张力与吸附量的关系 表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由
能时，则溶液在表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程： Γ= -（dγ/dc）T（c/RT） 其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力 a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。 b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。 溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞ 分子的截面积： S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034 （4）吊环法测表面张力的原理 测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。自动界面张力仪将记录这个最大值P。按照公式校正后，可以得出溶液的表面张力数值γ。校正因子： F=0.7250+（0.01452P/C2D+0.04534-1.679r/R）1/2式中P：界面张力仪显示读数值mN·m-1
诗歌语言的张力结构
诗歌理论与批评□诗歌语言的张力结构 王 剑 我在《现代诗的空间建构》①一文中提到:“意象是现代诗歌语言的基本构件,张力是联结意象的筋架,诗人凭借它们建筑起现代诗的空间构架。”那么张力概念的涵义是什么?诗歌语言张力空间是如何建构的?本文试讨论之。 “张力”是现代诗歌理论的一个重要概念,对它的涵义有不同的理解。一般认为张力概念是从物理学中借用过来的,其涵义是指一句诗或一首诗中同时包含有两种冲突因素,二者相反相成,微妙统一所形成的艺术魅力。但从张力概念的产生和应用来看,仅以此理解张力的涵义尚有未尽之处。张力概念所包含的内容要丰富得多。 现代诗学中的张力概念源于英美新批评学派,最先提出这一概念的是美国学者艾伦?退特,他在《论诗的张力》②一文中说: 我提出张力(tension)这个名词,我不是把它当作一般比喻来使用这个名词的,而是作为一个特定的名词,是把逻辑术语“外延”(extension)和“内涵”(intension)去掉前缀而形成的。我所说的诗的意义就是指它的张力,即我们在诗中所能发现的全部外展和内包的有机整体。 我们所获得的最深远的比喻意义并无损于字面表述的 外延作用,或者说我们可以从字面表述开始逐步发展比 喻的复杂含意:在每一步上我们可以停下来说明已理解 的意义,而每一步的含意都是贯通一气的。 这就是张力概念的语源。我们对张力的理解和分析也必须以退特的这段话为基础。 首先,诗学中的张力与物理学中的张力不同,这一名词是退特自己创造的一个诗学新概念。退特明确说“我不是把它当作一般比喻来使用这个名词的”,也就是说,他无意于用物理学上的张力比附于诗学中的张力。这一理论传入我国时,译者以物理学术语“张力”译之,结果造成许多误解。单纯以物理概念解释这一概念,显然有失偏狭。 其次,张力的构成要素是外延和内涵。外延和内涵原是形式逻辑中的两个概念,在形式逻辑中,外延是指适合某词的一切对象;内涵是指反映此词所包含对象属性的总和。但新批评派使用这两个术语时意义有所不同,退特把外延理解为文词的“词典意义”或指称意义,而把内涵理解为感情色彩或暗示意义,这样,在一句诗或一首诗中,外延和内涵就构成了两个平行的意义层面。这两个意义层面的存在激发了读者从外延义到内涵义深入探究诗歌语言潜在意味的审美兴趣,从而产生了丰富的联想意义,张力就存在于这两个平行的意义层面之间。这样,张力概念所包含的内容就不止于诗句中矛盾统一的两个方面,它甚至可以扩展为弥漫于整首诗结构中的审美兴味和艺术力量。 第三,张力呈现出多层次的空间结构。按照我们上面的理解,张力存在于诗歌语言的字面指称意义与内在暗示意义两个平行的意义层面之间。我们知道,诗歌语言一方面作为一种语言形态存在,另一方面又作为一种审美形态存在,这种双重特性决定它所传递的意义也具有双重特性。而诗歌语言的这种双重特性就为张力的产生提供了可能。正如恩斯特?卡西尔所说:“我们一进入审美领域,我们的一切词语就好像经历了一个突变。它们不仅有抽象的意义,好像还熔化融合着自己的意义。”③他这里所说的“抽象意义”指的是语言的字面指称意义,或者说是“词典意义”,可理解为退特所谓“外延”;“自己的意义”即内在暗示意义,或者说是审美意义,可理解为退特所谓“内涵”。在诗歌作品中,语言一方面用来描摹、解说、陈述、阐发客观对象,这是一种确定意义上的信息,这种语意信息我们可以按照退特的说法称之为外延义;另一方面,语言在诗歌作品中更主要地用来表现、抒发、咏叹诗人的心绪、情思、意蕴,这是一种不确定的、诗人自己的意义,是审美意义上的信息,我们可以称之为内涵义。在这两个意义层面中,外延义是内涵义的基础和工具,内涵义依附于外延义而存在,又通过外延义寄寓丰富的意蕴,并以此唤起人们的联想,从而使人们得到感官与精神上的满足和理智上的启示。尽可能地增大诗歌语言内涵意义的蕴量是诗人的自觉追求。张力效应就在从外延义到内涵义的增值和超越的过程中得到实现。 举一个例子来说明这个问题,我们来看艾表的《礁石》:
试读中国当代文学的张力结构
试读中国当代文学的张力结构——以池莉《冷也好热也好活着就好》为例《冷也好热也好活着就好》是池莉发表在《社会科学家》2006年02期的一篇短篇小说。它以武汉炎热的夏天一支体温表爆裂为线索，对“猫子”和“燕华”一对恋人在半天当中琐碎的生活细节的叙述。池莉的这篇《冷也好热也好活着就好》很好的代表了她的一贯风格，在题目中就提出了一种颇具争论的价值观，因此这篇小说在当代文坛上颇受议论。本文将通过分析《冷也好热也好活着就好》的人物形象、写作风格、主题思想来解读中国当代文学的“古与今”的张力结构。 一、《冷也好热也好活着就好》中“古与今”的矛盾人物形象 猫子是现代商人的典型代表。他思想活跃，有性格，看问题有独到之处，懂事、谨慎，善于拉拢人心，这些都是当代社会生存的必备素质。从世俗和功利的角度来说，猫子无疑是一个非常聪明的孩子。比如说他给王老太仁丹，讨好嫂子们，给未来的老丈人炒苦瓜。同时，从猫子和汉珍、燕华还有约她打麻将的嫂子在一起的对话中可以看出，猫子善于掌握他人的情绪，在思想上能够占有主动性。全文对“体温计爆破”事件共出现了七次传达，猫子自己总共传达了六次，他是新闻的第一发起者，除了“四”，每一次都会得到别人惊愕的表情，甚至是男人们热烈的研讨。显然，体温计事件是猫子“独家报导”的一条热门新闻，猫子擅长把握环境的焦点，也以此来提高自己的“名气”。作为一名商店售货员，猫子把现代人的圆滑世故和投机取巧演绎的淋漓尽致。 王老太是市井中传统女性的典范。“王老太像钟点，每天下午六点钟准时坐在这里择菜”、“王老太在许师傅谈论武汉小吃中度过了大半生。”、“王老太板起指头就数开了……牙齿不关缝，气一急，潽出一挂口水，她难为情的用水遮住了嘴巴，说“丢丑了丢丑了，老不死的馋都馋了出来。”对于这样的一个人物形象，我们很容易想到的是中国传统桎梏下“无才便是德”的裹着小脚的女人，她们是男人的附属品，没有主见，甚至没有思想。 燕华则是集“古与今”与一身的特殊人物形象。作为一名公共汽车司机，父亲是一名手艺不错的厨师，家庭条件在普通的市民中算是一种优越，她是一个充满遐想，思想上还比较单纯的女孩儿。但生活在武汉江汉路这样一个世俗化的生活环境中，她免不了沾染了现代女人普遍的任性、世俗、虚荣、浮躁的性格特点，这一方面与她本人受教育的程度、父亲的文化层次有关，另一方面也是自己的工作性质和生活环境决定了她。 二、《冷也好热也好活着就好》的颠覆传统的“新写实”风格
滴体积法测定液体表面张力
滴体积法测定液体表面张力 摘要:表面张力是液体的基本物化性质之一。采用自制的滴体积法实验装置， 以蒸馏水的表面张力作为标准，通过计算得到相关参数，从而利用相关联的参数测定和计算乙醇和异丙醇的表面张力。 关键词：滴体积法；表面张力；蒸馏水标准；关联参数 引言：表面张力是一种特殊的力，它是液体性质的一种表现。测定表面张力的方法有很多种，如毛细光上升法，滴体积法，最大气泡法，吊片法等。滴体积发最早是由Tate于1864年提出，经过Harkins和Brown严密的数学推理和精确的实验研究，得出了可将Tate定理应用与实际的校正系数。随后Wilkson及吴树森等人又将校正因子的范围进一步拓宽，最终使滴体积法成为测液体表面张力的一种基本方法。 实验部分： 实验原理： 液体在毛细管口成滴下落前的瞬间，落滴所受的重力与管口半径及液体的表面张力有关。用公式表示为： γ=F?V?ρ?g/R 其中V测出的液体体积，ρ为液体密度(g/mL)，g为重力加速度( 98017cm1s-2)，R为滴头半径，F为校正系数，它是为了校正液滴滴落过程中的变形和部分残留的影响而引入的。经过实验测定，校正系数是V/R3的函数，与待测液体表面张力，密度，粘度及滴管材料无关。校正系数与V/R3的经验关系已用列表形式给出。曲线形状见图： 通过测定蒸馏水，得到V和ρ，然后通过书上查表得到相应的表面张力γ值，通过γ=F?V?ρ?g/R关系式，得到校正系数F和针头半径R的关系式。然后又因为和V/R3 的关系，通过查表，得到相应的使两个关系式成立的R，然后带入测定乙醇和异丙醇的公式中（因为整个实验使用同一套装置），通过查表得相应
张力结构体系设计论文
张力结构体系设计论文 摘要：介绍张拉膜这种张力结构来说明张力结构设计的关键问题，总结了其在荷载、受力、分析等方面有别于一般建筑结构的特点。 关键词：张力结构索膜结构张拉膜结构找形 一、张力结构设计的一般原则 张力结构体系的分析设计应分为三个状态：初始几何态、预应力（初）态和荷载（终）态。虽然，在张力结构体系的初始几何态分析时也需考虑预应力，但是，初始几何态的预应力分析仅是为了张成曲面几何外形，而预应力态时的预应力分析才是结构的刚度分析。应该说刚度设计是结构设计的主要内容，通过调整预应力来改变结构刚度，从而改变结构的力流，改变结构性能。在设计中增加截面并不是一种好的方法，改变形态、改变刚度可以收到事半功倍的效果。荷载态的分析主要是进行强度校核。 在刚性结构设计中，结构的几何外形是已定的，结构的变形也不影响结构的刚度特征。然而在张力结构设计中，寻求初始几何外形的分析和设计是十分重要的。如果结构的几何外形设计好，不是使结构处于病态，就是使结构产生过大的张力而导致下部结构或边缘构件的设计产生困难。对于复杂体形的张力结构，其几何外形的设计伴随着维持其曲面张成所需的预应力设计。张力结构的初始几何外形设计的难度和分析设计重要性均甚于荷载态时的分析设计。 在张力结构的设计中，要保证能施加足够的预应力，必须有合适的节点构造。张力结构的节点除了具有一般节点的设计要求以外，还有区别于传统结构节点的显著特点，即该类节点具有互索的功能。例如，与节点相连的索单元拉力和杆单元压力使得节点的刚度得到加强。张力结构的节点刚度是与体系的应力水平相适应的，这也是与传统的结构体系的重要区别。 二、索膜结构的设计 张拉膜结构是膜结构中最常见的一种形式,即通过对膜材内部施加一定的预张力,使其具备了抵抗外荷载能力,从而充当结构材料的一种结构体系。张拉膜结构是通过给膜材及加劲索施加预张力使之具有刚度并承担外荷载的结构，又称之为索－膜结构。这种形式能够充分利用膜材的受力性能,形成轻巧、美观、具有
张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析
第38卷 第5期2009年10月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.38 N o.5 O ct.2009 收稿日期:2009-02-25修回日期:2009-04-30 基金项目:国家自然科学基金(50538050);国家863 计划(2006A A09A 103,2006A A09A 104)。 作者简介:闫功伟(1982-),男,博士生。研究方向:深水海洋平台的动力响应。E -mail:yango ng wei_hit@qq.co m DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2009.05.034 张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析 闫功伟1 ,欧进萍 1,2 (1.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024)摘 要:结合南海海域条件对传统式张力腿平台进行整体设计,计算平台所受各种环境荷载的大小,并采用拟静力分析法分析此平台的非线性运动响应,考虑平台水平漂移和下沉的非线性关系以及张力腿预张力、横截面面积、就位长度和立柱横截面面积等参数对平台运动响应的影响。 关键词:张力腿平台;整体设计;拟静力分析;非线性运动响应 中图分类号:U 674.38;T E952 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2009)05-0142-04 张力腿平台(tension leg platform,T LP),是一种垂直系泊的顺应式平台,通过数条张力腿与海底相接,具有半固定、半顺应的运动特征。它可以分为三部分:平台本体、张力腿系统和基础部分。平台本体的主要运动形式[1]有横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、首摇。整个结构的频率跨越海浪的一阶频率谱两端,从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振,使平台结构受力合理,动力性能良好。 TLP 的结构形式发展倾向于多元化、小型化,以适应于不同油藏条件及边际油田的开发。按平台本体形式[2]不同可以分为传统式张力腿平台(CT LP)、海星式张力腿平台(seastar TLP)、迷你式张力腿平台(M OSES T LP)和延伸式张力腿平台(ETLP)。T LP 示意见图1、2 。 结合我国南海海域海况条件,开展了CT LP 平台的整体方案设计。 1 T LP 的整体设计 TLP 平台的整体设计[3] 需要做以下几方面的工作:1根据平台的功能要求,确定出比较合理的平台总体尺度;o规划设备位置,均衡平台中心;?进行张力腿的张力估算;?确定出设计能力界限。 平台总体规划流程见图3,中间框内4 项工 图3 TLP 总体设计规划流程 作是一个小循环,需要反复调整以达到设计要求。1.1 TLP 环境荷载的确定 风、浪、流等海洋环境参数选用文献[4]提供数据。考虑两种工况:工况1,1年一遇环境条件;工况2,100年一遇环境条件。 1)平台风荷载计算。作用于平台上体各部分的风力F 应按下式计算: F 风=C h C s S p (1) 式中:p )))风压,kPa ; S )))平台在正浮或倾斜状态时受风构件 的正投影面积,m 2; C h )))受风构件的高度系数,其值可根据 构件高度h(构件形心到设计水面的垂直距离)由规范查表确定; 142
物化实验报告-表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定 一、实验目的 1、 掌握最大气泡法和滴重法测定表面活性物质正丁醇的表面张力，并且利用Gibbs 吸附公式和 Langmuir 吸附等温式测定正丁醇分子的横截面积。 2、 训练学生利用毛细管和数字式微压测量仪以及滴重管测定表面张力的方法，并通过曲线及直线 拟合处理得到不同数据。 3、 培养学生在实验中严谨的实验作风和态度，并对学生的科研兴趣进行初步的指导。 二、实验原理 1. 物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功，可以表示为： W dA δσ'-= 式中σ为比例常数。 σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，σ称为表面自由能，其单位是焦耳每平方米（J/m 2）。若把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。 从另外一方面考虑表面现象，特别是观察气液界面的一些现象，可以觉察到表面上处处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是牛顿每米（N/m ）。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。 2、 纯液体表面层的组成与内部层相同，因此，液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。 根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的关系式： T c d RT dc σ??Γ=- ??? 式中Γ为表面超量（mol/m 2）；σ为溶液的表面张力（J/m 2）；T 为热力学温度；c 为溶液浓度（mol/m 3）；R 为气体常数。 当0T d dc σ??< ???时，0Γ>称为正吸附；反之当0T d dc σ?? < ???时，0Γ<称为负吸附。前者表明 加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高， 此类物质称非表面活性物质。因此，从Gibbs 关系式可看出，只要测出不同浓度溶液的表面张力，以σ～ｃ作图，在图的曲线上作不同浓度的切线，把切线的斜率代入Gibbs 吸附公式，即可求出不同浓度时气～液界面上的吸附量Γ。