材料力学-平面图形的几何性质

第四章平面图形的几何性质为什么要研究平面图形的几何性质材料力学的研究对象为杆件,杆件的横截面是具有一定几何形状的平面图形。杆件的承载能力,不仅与截面大小有关,而且与截面的几何形状有关。第四章平面图形的几何性质课堂小实验相同的材料、相同的截面积,截面的几何形状不同,承载能力差异很大。第四章平面图形的几何性质研究平面图形几何性质的方法:化特殊为一般实际杆件的横截面第四章平面图形的几何性质平面图形的几何性质包括:形心、静矩、惯性矩、惯性半径、极惯性矩、惯性积、主惯性轴、主惯性矩等§4-1概述§4-2静矩和形心§4-3惯性矩和惯性积§4-4平行移轴公式第四章平面图形的几何性质第四章平面图形的几何性质zcycyycdAzz0§4.2静矩和形心1静矩2形心AydAyAcAzdAzAcAzydAsAyzdAsAysczAzscy§4.1概述量纲：［长度］3；单位：m3、cm3、mm3。静矩是对轴而言。ASzASy表明：平面图形对某一轴的静矩等于图形面积乘以相应的形心坐标。zyA、静矩的值可以是正值、负值、或零。zdAyzoyAzydASCZhaaybdyhaaby22)2(habhcAybhadyydzzAyzdASbzhdz0bhz0222bbhcAzAzydASc22hhybdy2222hhby0几点讨论：8⑴图形对形心轴的静矩为零，反之图形对某轴的静矩为零，则此轴一定过图形的形心。⑵图形对对称轴的静矩一定为零。zydAdAz-zA1A2C、形心确定的规律：（1）、图形有对称轴时，形心必在此对称轴上。（2）、图形有两个对称轴时，形心必在此两对称轴的交点处。B、静矩的几个规律：常见的一些组合图形3组合图形的静矩和形心icizAysiciyAzsiiciycAAzASziicizcAAyASy组合图形对某一轴的静矩等于各个简单图形对同一轴的静矩的代数和。解：zybhc已知：矩形截面b×h求：sz和sy22hbAzScy22bhAyScz11212121AAAzAzAAzziic例试确定下图的形心。212211AAAyAyAAyyiic8010图（a）c(19.7;39.7)zyC1C2解：1、图形分割及坐标如图（a）5,45,700111yzA60,5,1200222yzA120120070012005700452、求形心19.7()mm)(7.3912007001200607005mmyydAzz0ρAdAyIAz2§4.3惯性矩和惯性积1惯性矩dAzIAy2量纲：m4、mm4。惯性矩是对轴而言。惯性矩的取值恒为正值。yzydyhbcbdyydAyIAhhz2222hdzzdAzIAbby2222123bhIz123hbIy已知：矩形求：Iy和Iz解：hbyydAzz0ρAAIizzAIiyy2惯性半径3极惯性矩dAIAp22空心圆dρDdA0ρdρDdA0dρ2PAIdA2PAIdADd1圆4220232DDd424222(1)32DdDd圆和空心圆的极惯性矩计算:5组合图形的惯性矩izzIIiyyIIyydAzz0ρAAyzAAApIIdAzdAydAzydAI22222)(4惯性矩与极惯性积的关系zyDc已知：实心圆截面直径D,空心圆截面直径D、d.求：Iy和Iz。解：1实心圆AzyzypIIIIdAI22264)1(44DIIzy2空心圆644DIIzyd6惯性积惯性积则可能为正值，负值，也可能等于零。AyzdA图形对y、z两轴的惯性积微元对x,y轴的惯性积为dAyzyzIzyyzdA(1)y、z之一为图形对称轴则Iyz=0；zz-zy0dAdA(2)惯性积为零的一对坐标轴称为惯性主轴；(3)通过形心的主轴称为形心主轴或形心惯性主轴；AyzyzdAI§4.4平行移轴公式平行移轴公式是指图形对于互相平行轴的惯性矩、惯性积之间的关系。即通过已知图形对于一对坐标的惯性矩、惯性积，求图形对另一对坐标的惯性矩与惯性积。§4.4平行移轴公式yydAzz0Azcycczcycab图形对平行于形心轴的y、z轴的惯性矩和惯性积为：图形对形心轴的惯性矩和惯性积为：AczdAyIc2AcydAzIc2AcczydAzyIccAydAzI2AzdAyI2AyzyzdAIayycbzzcyydAzz0AzcycczcycabAacAcAcAzdAadAyadAydAaydAyI22222)(AbIIcyy2abAIIccZyyzAaIIczz2注意：（1）两平行轴中，必须有一轴为形心轴,截面对任意两平行轴的惯性矩间的关系,应通过平行的形心轴惯性矩来换算;（2）截面图形对所有平行轴的惯性矩中,以对形心轴的惯性矩最小.已知：T形截面。求：Izc1002014020cc1c2yc1yczyzcⅡ24db2dZ（矩形的对称轴）Y（对称轴）O解：、建立坐标系如图。、求形心位置。、建立形心坐标系；求：Iyc，Izc。dddddAAyyAAAzziiciic177.043)4(200222zcycz1zczczcIII圆矩4224223685.0])177.05.0(464[)177.0(312)2(5.1ddddddddd例在矩形内挖去一与上边内切的圆，求图形对形心轴的惯性矩。（b=1.5d)])5.0([212ydAIyAIzz圆圆矩矩25ycycycIII圆矩25db2dZ（矩形的对称轴）Y（对称轴）Ozcycz1443513.064122)5.1(dddd作业•4.2•4.7