静矩和形心

静矩和形心

设平面图形,取 yoz 为图形所在平面的坐标系,在坐标为(y , z )处取面积元dA 。 O y

z dA y z 截面对 y , z 轴的静矩为

m 3

一、静矩(面积的一次矩)

y S =d z A y A S =?d A z A ?

1.静矩可正,可负,也可能等于零;

d y A z A S =?d z A y A

S =?2.同一图形,对不同的坐标轴,静矩也不同。

z O d A y z

二、截面的形心(Centroid of an area) C

1

1n i

Ci i C n i i A z z A

===∑∑C

y C z y d A z A

A =?y S A

=

11n i

Ci i C n i i y A y A

===∑∑d A y A

A =?z S A

=z

O d A y z C

C

y C z y

y C Az S =z C

Ay S =2.若轴过形心,则截面对该轴的静矩等于零。

1.若截面对某一轴的静矩等于零,则该轴必过

形心;

三、组合截面的静矩

由几个简单图形组成的截面称为组合截面。

截面各组成部分对于某一轴的静矩之代数和,等于该截面对于同一轴的静矩。

其中 A i —第 i 个简单截面面积;

1d n i Ci

y A i z A S A z ===∑?1

d n i z Ci

A i y A y S A ===∑?—第 i 个简单截面的形心坐标; (),Ci Ci y z

截面形心和惯性矩的计算

截面形心和惯性矩的计算

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工程构件典型截面几何性质的计算 2.1面积矩 1.面积矩的定义 图2-2.1任意截 面的几何图形 如图2-31所示为一任意截面的 几何图形(以下简称图形)。定义:积分和 分别定义为该图形对z轴和y轴的面积矩或静矩,用符号S z和S y,来表示,如式(2—2.1) (2—2.1)面积矩的数值可正、可负,也可为零。面积矩的量纲是长度的三次方,其常用单位为m3或mm3。 2.面积矩与形心 平面图形的形心坐标公式如式(2—2.2) (2—2.2) 或改写成,如式(2—2.3) (2—2.3) 面积矩的几何意义:图形的形心相对于指定的坐

标轴之间距离的远近程度。图形形心相对于某一坐标距离愈远,对该轴的面积矩绝对值愈大。 图形对通过其形心的轴的面积矩等于零;反之,图形对某一轴的面积矩等于零,该轴一定通过图形形心。 3.组合截面面积矩和形心的计算 组合截面对某一轴的面积矩等于其各简单图形对该轴面积矩的代数和。如式(2—2.4) (2—2.4)式中,A和y i、z i分别代表各简单图形的面积和形心坐标。组合平面图形的形心位置由式(2—2.5)确定。 (2—2.5) 2.2极惯性矩、惯性矩和惯性积 1.极惯性矩 任意平面图形如图2-31所示,其面积为A。定义:积分称为图形对O点的极惯性矩,用符号I P,表示,如式(2—2.6) (2—2.6) 极惯性矩是相对于指定的点而言的,即同一图形对不同的点的极惯性矩一般是不同的。极惯性矩恒为正,

静矩和形心

附录I 平面图形的几何性质 §I-1 静矩和形心 §I-2 惯性矩和惯性半径 §I-3 惯性积 §I-4 平行移轴公式 §I-5 转轴公式与主惯性轴 §I-1 静矩和形心 1. 静矩定义: ? ? ? ??==??A y A Z zdA S ydA S (1)静矩是对坐标而言的,同一图形对不同坐标轴静矩不同(面积对轴的一次矩)。 (2)静矩可正值,可为负,亦可为零。 (3)量纲为长度的三次方。 2.形心坐标计算公式 (1)合力矩定理——合力对某轴之矩,等于其各分对同一轴力矩的代数和。 (2)静面矩定理——总面积对某轴之矩,等于其各分面积对同一轴之矩的代数和。

? ??????== ? ? ? ==A S z A S y z A S y A S y z y Z ·· (3)若某轴过形心,则图对该轴静矩为零。反之若图形对某轴静为零,则该轴过形心。 Example 试用积分法求图示图形对y 轴的静矩S y ,并求形心坐标Z 。 Solution 以y 、z 为参考坐标轴 ①dz Z b a ydz dA n n = = 2 2·2 0210+= += ===++?? ?n ab n z b a dz Z b a dz Z b a Z zdA S b n n A b o n n n n b y ② ()11100+=+====+???n ab n b ab dz Z b a ydz dA A n n b n n b A ()2 1122++= ++==n b n n ab n ab A S Z y 3.组合图形静矩计算及形心坐标确定。 (1) 组合图形:有若干简单图形(如矩形、圆形、三角形)组

力学#形心与静矩(试题学习)

B.1 截面的形心和静矩Centroid and static moment of section 在杆件的应力和变形公式中,遇到一些几何量,例如面积、静矩、形心位置、极惯性矩和轴惯性矩等,这些量只与构件的横截面形状和尺寸有关,而与构件的受力无关,称它们为截面的几何性质 截面几何性质的计算在分析杆的强度和刚度时非常重要,首先应明确截面几何性质的定义,并熟练地掌握其计算方法。 1. 形心与静矩 图B.1-1 图示任一截面,选任一参考坐标系yoz,设截面形心C 的坐标为y c 和z c ,取微截面积dA,由合力矩定理可知,均质厚度薄板中面的形心、或该板的重心在yoz坐标系中的坐标为 , (B.1-1) 式中:,,分别定义为截面对z 轴和y轴的静矩。由公式(B.1-1)可知,当y轴和z轴通过截 面形心时(即y c =z c =0),则S z =S y =0;反之,当静矩S z =0时,说 明z轴通过截面形心;而当静矩S y =0时,说明y轴通过截面形心。此概念在确定梁的中性轴时十分有用。

2. 组合截面的形心与静矩 图B.1-2 在工程实际中,经常遇到形状较为复杂的截面,它们由若干简单截面或标准型材组合而成,称为组合截面(图B.1-2)。当确定它们的形心时,可将其分割成n个部分,形心坐标为 , (B.1-2) 式中A i 为分割后的各面积,y i 和z i 为A i 的形心在参考系中的坐标。 式中;,称为组合截面的静矩。 B.2 极惯性矩Polar momet of inertia 1. 定义 图B.2-1 任意形状的截面如图所示,设其面积为A,在矢径为处取一微面积dA,定义截面对原点O的极惯性矩为 (B.2-1) 极惯性矩的量纲为长度的4次方(mm4),它恒为正。

力学#形心与静矩

Centroid and static moment of section截面的形心和静矩 B.1 在杆件的应力和变形公式中,遇到一些几何量,例如面积、静矩、形心位置、极惯性矩和轴惯性矩 等,这些量只与构件的横截面形状和尺寸有关,而与构件的受力无关,称它们为截面的几何性质截面几何性质的计算在分析杆的强度和刚度时非常重要,首先应明确截面几何性质的定义,并熟练 地掌握其计算方法。形心与静矩1. C,设截面形心图示任一截面,选任一参考坐标系yoz ,由合力矩定理可知,均质厚dAz,取微截面积的坐标为y和cc坐标系中的坐标为度薄板中面的形心、或该板的重心在yoz )(B.1-1 , 式中:,,分别定义为截面对z 轴和y轴的静矩。由公式(B.1-1)可知,当y轴和z轴通过截图B.1-1 面形心时(即y=z=0),则S=S=0;反之,当静矩S=0时,说zzccy明z轴通过截面形心;而当静矩S=0时,说明y轴通过截面形y心。此概念在确定梁的中性轴时十分有用。 word

编辑版. 组合截面的形心与静矩2. 在工程实际中,经常遇到形状较为复杂的截面,它们由 。若干简单截面或标准型材组合而成,称为组合截面(图B.1-2) n个部分,形心坐标为当确定它们的形心时,可将其分割成 (B.1-2) ,的形心在参考系中的坐为Az为分割后的各面积,y和式中A iiii标。图B.1-2 ;,称为组合截面的静矩。式中 B.2 极惯性矩 Polar momet of inertia 1. 定义 任意形状的截面如图所示,设其面积为A,在矢径为处取一微面积dA,定义

截面对原点O的极惯性矩为 (B.2-1) 4),它恒为正。mm次方( 4极惯性矩的量纲为长度的 B.2-1 图 word 编辑版. 2. 圆截面的极惯性矩 ),(图图示圆截面,取微面积为一薄壁环,即B.2-2 )的极惯性矩分读者自行证明实心圆、空心圆和薄壁圆截面(图B.2-3 别为: B.2-2)( ( B.2-3)图B.2-2 )(B.2-4 式中,d—空心圆内径,D—空心圆外径,R—薄壁圆平均半径。0

惯性矩、静矩-形心坐标公式

惯性矩、静矩-形心坐标公式

§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 ? ??? ?==??A z S A y S A y A z d d (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 ? ??? ???== ??A A z z A A y y A C A C d d 利用公式(I?1),上式可写成 ? ??? ? ? ?====??A S A A z z A S A A y y y A C z A C d d (I?2) 或 ? ? ?==C y C z Az S Ay S (I?3) ???????= = A S z A S y y C z C (I?4) 图

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: ?? ??? ?? ==∑∑==n i ci i y n i ci i z z A S y A S 11 (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 ??????????? ?? ==∑∑∑∑====n i i n i ci i c n i i n i ci i c A z A z A y A y 11 1 1(I ?6) 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Ⅰ、Ⅱ两个矩形,则 A Ⅰ=0.072m 2,A Ⅱ =0.08m 2 y Ⅰ=0.46m ,y Ⅱ=0.2m y C 0.12m 0.4m y y 0.6m 0.2m O y z Ⅰ Ⅱ C C C 例 题

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