建筑力学 上册 第2版 教学课件 ppt 作者 杨力彬 等主编 10
44页1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第十章 平面图形的几何性质,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,教学主要内容,静矩 惯性矩 惯性半径 惯性积 形心主惯性轴和形心主惯性矩,特 点,学习中应抓住各种概念的定义及其计算公式,熟练掌握计算方法,并能灵活运用,概念多、定义多、相互间联系少,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,了解平面图形对轴的静矩、惯性矩、惯性半径和惯性积等概念的定义,及计算公式、单位、正负情况等。学会静矩的计算,记住圆形和矩形的形心主惯矩的计算公式;,明确形心主轴和形心主惯矩的概念;,学会使用型钢表。,掌握平行移轴公式,并能熟练地应用它计算组合图形的形心主惯矩;,本章目标要求,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,从前面几章介绍的应力和变形的计算公式中可以看出,应力和变形不仅与杆的内力有关,还与杆件截面的横截面积A、极惯性矩IP、抗扭截面系数WP等一些几何量密切相关。,这些与平面图形几何形状和尺寸有关的几何量统称为平面图形的几何性质。,平面图形的几何性质是影响杆件承载能力的重要因素。,平面图形的几何性质是纯粹的几何问题,与研究对象的力学性质无关,但它是杆件强度、刚度计
2、算中不可缺少的几何参数。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第一节 静 矩,一、静矩的概念,dA,微面积dA与坐标 y(或坐标 z)的乘积称为微面积dA对z轴(或y轴)的静矩,这些微小乘积在整个面积 A内的总和,称为该平面图形对z轴(或y轴)的静矩。,用Sz(或Sy)表示。即,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,从上述定义可以看出,平面图形的静矩是对指定的坐标轴而言的。,同一平面图形对不同的坐标轴,其静矩显然不同。,静矩的数值可能为正,可能为负,也可能等于零。,常用单位是 m3或 mm3。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,C,现设平面图形的形心C的坐标为 zC、yC 。,在第五章中,已得到求平面图形形心的坐标的公式为,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,在上式中,面积A取得越小,形心坐标就越精确。,故在A0 的极限情况下,图形形心坐标的精确公式可写成积分形式。即,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,当坐标轴通过平面图形的形心时,其静矩为零;,反之,若平面图形对某轴的静矩为零,则该轴必通过平面图形的形心。,如果平面图形具有对称轴,对称轴必然是平面图形的形心轴。,故平面图形
3、对其对称轴的静矩必等于零。,二、组合图形的静矩,在工程实际中,经常遇到工字形、T形、环形等横截面的构件,这些构件的截面图形是由几个简单的几何图形组合而成的,称为组合图形。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,根据平面图形静矩的定义,组合图形对 z轴(或 y 轴)的静矩等于各简单图形对同一轴静矩的代数和,即,式中 yCi 、zCi 及 Ai 分别为各简单图形的形心坐标和面积,n 为组成组合图形的简单图形的个数。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,组合图形形心的坐标计算公式,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,例10-1 矩形截面尺寸如图所示。试求该矩形对 z1轴的静矩 Sz1和对形心轴 z 的静矩 Sz 。,矩形截面对 z1 轴的静矩,矩形截面对 z 轴的静矩,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,例10-2 试计算图示的平面图形对 z1 和 y1 的静矩,并求该图形的形心位置。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,该平面图形的形心坐标为,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第二节 惯性矩 惯性积 惯性半径,一、惯性矩,在第九章中,我们已经得到求平面图形对极点的极惯性矩的计算
4、公式为,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,平面图形对任一点的极惯性矩,等于图形对以该点为原点的任意两正交坐标轴的惯性矩之和。,惯性矩的单位为4 或4 。其值恒为正。,从上述惯性矩的定义可以看出,惯性矩也是对坐标轴而言的。,同一图形对不同的坐标轴,其惯性矩不同。,极惯性矩是对点来说的,同一图形对不同点的极惯性矩也不相同。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,二、惯性积,惯性积是平面图形对某两个正交坐标轴而言,同一图形对不同的正交坐标轴,其惯性积不同。,由于坐标值 z、y有正负,因此惯性积可能为正或负,也可能为零。,其单位为 m4或 mm4。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,两个坐标轴中只要有一根轴为平面图形的对称轴,则该图形对这一对坐标轴的惯性积一定等于零。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,三、惯性半径,在工程中因为某些计算的特殊需要,常将图形的惯性矩表示为图形面积 A与某一长度平方的乘积。即,式中 iz 和 iy 分别称为平面图形对 z 轴和 y 轴的惯性半径,也叫回转半径。,它的单位为m或mm。,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,例10-3 矩形截面的如图所示。
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