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圆形的惯性矩推导公式则.doc
圆形的惯性矩推导公式5则
以下是网友分享的关于圆形的惯性矩推导公式的资料5篇,希望对您有所帮助,就爱阅读感谢您的支持。
《惯性矩、静矩,形心坐标公式范文一》
§I?1 截面的静矩和形心位置
如图I ?1所示平面图形代表一任意截面,以下两积分
S z =?y d A ??A
?
S y =?z d A ?
A ?(I ?1)
分别定义为该截面对于z 轴和y
轴的静矩。
静矩可用来确定截面的形心位置。由静力学中确定物体重心的公式可得
图I ?1
y d A ??y C
A ?
?z d A ??A
z C =?
A ?
=
利用公式(I ?1),上式可写成
?S y C ==z ?
A A ?
?
z d A S y ?z C ==?
A A ?(I ?2)
y d A
或
S z =Ay C ??
S y =Az C ?
y C =z C
S z A S y
(I ?3)
?????=
A ??(I ?4)
如果一个平面图形是由若干个简单图形组成的组合图形,则由静
矩的定义可知,整个图形对某一坐标轴的静矩应该等于各简单图形对
同一坐标轴的静矩的代数和。即:
?
S z =∑A i y ci ?
?i =1
?n
S y =∑A i z ci ?
?i =1?(I ?5)
式中A i 、y ci 和z ci 分别表示某一组成部分的面积和其形心坐标,n 为简
单图形的个数。
将式(I ?5)代入式(I ?4),得到组合图形形心坐标的计算公式为
?
A y ∑i ci ?
?y c =i =1n
A i ?∑??i =1
?n
A i z ci ?∑?i =1
z c =?A i ?∑?i =1?(I ?6)
n
n
例题I ?1 图a 所示为对称T 型截面,求该截面的形心位置。
解:建立直角坐标系zOy ,其中y 为截面的对称轴。因图形相对于y 轴对称,其形心一定在该对称轴上,因此z C =0,只需计算y C 值。将截面分成、两个矩形,则
例题I ?1图
A =0.072m2,A
=0.08m2 y Ⅰ=0.46m,y =0.2m
y c =
∑A y
i i =1n
n
ci
∑A
i =1
i
A I y I +A II y II =
A I +A II
0. 072?0. 46+0. 08?0. 2==0. 323m
0. 072+0. 08
§I ?2 惯性矩、惯性积和极惯性矩
如图I ?2所示平面图形代表一任意截面,在图
形平面内建立直角坐标系zOy 。现在图形内取微面积d A ,d A 的形心在坐标系zOy 中的坐标为y 和z ,到坐标原点的距离为ρ。现定义y 2d A 和z 2d A 为微面积d A 对z 轴和y 轴的惯性矩,ρ2d A 为微面积d A 对坐标原点的极惯性矩,而以下三个积分
I z =?y d A ?
A ?
?2
I y =?z d A ?
A
?2
I P =?ρd A ?
A ?(I ?7)
2
222ρ=y +z 由图(I ?2)可见,,所以有
图I ?2
分别定义为该截面对于z 轴和y 轴的惯性矩以及对坐标原点的极惯性
矩。
I P =?ρd A =?(y +z )d A =I z +I y
A
A
222
(I ?8)
即任意截面对一点的极惯性矩,等于截面对以该点为原点的两任意正交坐标轴的惯性矩之和。
另外,微面积d A 与它到两轴距离的乘积zy d A 称为微面积d A 对y 、z 轴的惯性积,而积分
I yz =?zyd A
A
(I ?9)
定义为该截面对于y 、z 轴的惯性积。
从上述定义可见,同一截面对于不同坐标轴的惯性矩和惯性积一
般是不同的。惯性矩的数值恒为正值,而惯性积则可能为正,可能为负,也可能等于零。惯性矩和惯性积的常用单位是m 4或mm 4。
§I ?3 惯性矩、惯性积的平行移轴和转轴公式
一、惯性矩、惯性积的平行移轴公式
图I ?3
图I ?3所示为一任意截面,
z 、y 为通过截面形心的一对正交轴,z 1、y 1为与z 、y 平行的坐标轴,截面形心C 在坐标系z 1O y 1中的坐标为(b ,a ),已知截面对z 、y 轴惯性矩和惯性积为I z 、I y 、I yz ,下面求截面对z 1、y 1轴惯性矩和惯性积I z 1、I y 1、I y 1z 1。
I z 1=I z +a 2A
2
(I ?11)
(I ?10)
同理可得
I y 1=I y +b A
式(I ?10)、(I ?11)称为惯性矩的平行移轴公式。 下面求截面对y 1、z 1轴的惯性积I y z 。根据定义
11
I y 1z 1=?z 1y 1d A =?(z +b )(y +a )d A
A
A
=?zy d A +a ?z d A
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