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文档简介
第四章截面的几何性质4.1
静矩和形心4.2
惯性矩和惯性积4.3
平行移轴公式4.4
转轴公式4.5
形心主惯性轴和形心主惯性矩
1.静矩CxydAxCxyCyO第四章截面的几何性质/静矩和形心4.1
静矩和形心2.形心3.形心与静矩的关系
图形对某轴的静矩为零,则该轴一定过图形的形心;某轴过图形的形心,则图形对该轴的静矩为零。目录
例4.2求图示半径为r的半圆形对其直径轴x的静矩及其形心坐标yC。OCrxydAyCydy解:过圆心O作与x轴垂直的y轴,在距x任意高度y处取一个与x轴平行的窄条,
所以
4、组合截面的静矩和形心(1)组合截面的静矩(2)组合截面的形心第四章截面的几何性质/静矩和形心目录
解:将此图形分别为I、II、III三部分,以图形的铅垂对称轴为y轴,过II、III的形心且与y轴垂直的轴线取为x轴,则例4.1求图示图形的形心。x150yCOx1y120010yC300IIIIII10由于对称知:xc=0第四章截面的几何性质/静矩和形心目录2.极惯性矩:1.惯性矩:为图形对一点的极惯性矩;xydAxyrO3.惯性积:
为图形对x、y一对正交轴的惯性积;分别为图形对x、y轴的惯性矩;4.2惯性矩和极惯性矩
第四章截面的几何性质/惯性矩和极惯性矩
目录②惯性矩、极惯性矩恒为正值,惯性积有正负,单位:m4、cm4、mm4;③若图形有一个对称轴,则图形对包含此对称轴的一对正交轴的惯性积为零;
④惯性矩、惯性积和极惯性矩均为面积的二次矩
⑤如将dA看成质量dm,则Ix、Iy、Ip分别为平面图形对x、y、原点的转动惯量。第四章截面的几何性质/惯性矩和极惯性矩
4.①惯性矩与极惯性矩的关系:
平面图形对过一点的任意一对正交轴的惯性矩之和为常数,等于图形对该点的极惯性矩。
解:平行x轴取一窄长条,其面积为dA=bdy,则例4.3求图示矩形对通过其形心且与边平行的x、y轴的惯性矩Ix、Iy和惯性积Ixy。ydb/2b/2xyyh/2h/2CdA又因为x、y轴皆为对称轴,故Ixy=0。同理可得第四章截面的几何性质/惯性矩和极惯性矩
惯性半径的概念在实际工程中,为方便起见,引入了惯性半径的概念,即第四章截面的几何性质/惯性矩和极惯性矩
目录一、平行移轴公式1.公式推导2.平行移轴公式
②b和a是图形的形心C在Oxy坐标系中的坐标,所以它们是有正负的。3.注意:
①xC、yC轴是形心轴,在所有的平行轴中,图形对形心轴的惯性矩最小;4.3平行移轴公式二、组合图形的惯性矩:第四章截面的几何性质/平行移轴公式目录例4.4
求图示T型截面对形心轴的惯性矩。530530例4.5
已知三角形对底边(x1轴)的惯性矩为bh3/12,求其对过顶点的与底边平行的x2轴的惯性矩。bx1hx2xCh/3
解:由于x1、x2轴均非形心轴,所以不能直接使用平行移轴公式,需先求出三角形对形心轴xC的惯性矩,再求对x2轴的惯性矩,即进行两次平行移轴:第四章截面的几何性质/平行移轴公式目录303055CC2C1y221y1zC1zC2求T形截面对形心轴的惯性矩先求形心的位置:取参考坐标系如图,则:再求截面对形心轴的惯性矩:yCzyCzC目录
惯性矩和惯性积的转轴公式1.公式推导:2.转轴公式:3.注意:a是x轴与x1轴的夹角,由x轴逆时针转到x1轴时的a为正。
4.4
转轴公式第四章截面的几何性质/转轴公式目录y1=|AC|dAy1x1y1x1ayxaDEBACOxy已知:Ix、Iy、Ixy、a,求、、。=|AD|-|EB|=ycosa-xsina利用三角变换,得到同理,利用:x1=|OC|=|OE|+|BD|=xcosa+ysina得到目录③形心主惯性矩:图形对形心主轴的惯性矩;2.主轴方位:①利用主轴的定义—惯性积等于零进行求解;②主轴与x轴的夹角:
③由上式可求出相差90o的a0,a0+90o,分别对应于一对相垂直的主轴x0、y0;4.5主惯性轴、主惯性矩1.主轴的相关概念:①主轴(主惯性轴):惯性积等于零的一对正交轴;
②形心主轴:过图形形心的主轴,图形的对称轴就是形心主轴第四章截面的几何性质/主惯性轴、主惯性矩目录
②与主轴方位的对应关系:求a0时只取主值|2a0|≤p/2),若Ix>Iy,则由x轴转过a0到达x0轴时,有;若Ix<Iy,则。注意,a0为正值时应逆时针旋转。③任何具有三个或三个以上对称轴的平面图形,所有形心轴都是主轴,如正三角形、正方形、正多边形。
④求惯性矩的极值所在方位,得到与上式相同结果。所以:图形对过某点所有轴的惯性矩中的极大值和极小值,就是对过该点主轴的两个主惯性矩。3.主惯性矩大小:①
第四章截面的几何性质/主惯性轴、主惯性矩目录12010101070例4.6计算图示截面的形心主轴和形心主惯性矩IIIIIIICxyy0x0a0图形的对称中心C为形心,在C点建立坐标系xCy如图将整个图形分成I、II、III三个矩形,如图整个图形对x、y轴的惯性矩和惯性积分别
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