慣性矩

慣性矩

描述截面抵抗彎曲的性質、建築幾何量
慣性矩(moment of inertia of an area)是一個幾何量,通常被用作描述截面抵抗彎曲的性質。慣性矩的國際單位為(m4)。即面積二次矩,也稱面積慣性矩,而這個概念與質量慣性矩(即轉動慣量)是不同概念。
  • 中文名:慣性矩
  • 外文名:Second moment of area
  • 别名:面積慣性矩
  • 表達式:
  • 提出者:
  • 适用領域:
  • 單位:(mm4)面積二次矩

定義

面積元素dA與其至z軸或y軸距離平方的乘積y2dA或z2dA,分别稱為該面積元素對于z軸或y軸的慣性矩或截面二次軸矩。慣性矩的數值恒大于零。

對Z軸的慣性矩:

對Y軸的慣性矩:

截面對任意一對互相垂直軸的慣性矩之和,等于截面對該二軸交點的極慣性矩。

極慣性矩常用計算公式:

矩形對于中線(垂直于h邊的中軸線)的慣性矩:

三角形:

圓形對于坐标軸的慣性矩:

圓形對于圓心的慣性矩:

環形對于圓心的慣性矩:

需要明确因為坐标系不同計算公式也不盡相同。

結構構件慣性矩Ix

結構設計和計算過程中,構件慣性矩Ix為截面各微元面積與各微元至與X軸線平行或重合的中和軸距離二次方乘積的積分。主要用來計算彎矩作用下繞X軸的截面抗彎剛度。

結構構件慣性矩Iy

結構設計和計算過程中,構件慣性矩Iy為截面各微元面積與各微元至與Y軸線平行或重合的中和軸距離二次方乘積的積分。主要用來計算彎矩作用下繞Y軸的截面抗彎剛度。

靜矩

靜矩(面積X面内軸一次)把微元面積與各微元至截面上指定軸線距離乘積的積分稱為截面的對指定軸的靜矩Sx=∫ydA。

靜矩就是面積矩,是構件的一個重要的截面特性,是截面或截面上某一部分的面積乘以此面積的形心到整個截面的型心軸之間的距離得來的,是用來計算應力的。

注意:

慣性矩是乘以距離的二次方,靜矩是乘以距離的一次方,慣性矩和面積矩(靜矩)是有區别的。

分類

截面慣性矩

截面慣性矩(I=截面面積X截面軸向長度的二次方)

截面慣性矩:the area moment of inertia

characterized an object's ability to resist bending and is required to calculate displacement.

截面各微元面積與各微元至截面某一指定軸線距離二次方乘積的積分Ix= y^2dF.

截面極慣性矩

截面極慣性矩(Ip=面積X垂直軸二次)。

扭轉慣性矩Ip: the torsional moment of inertia

極慣性矩:the polar moment of inertia

截面各微元面積與各微元至某一指定截面距離二次方乘積的積分Iρ= ρ^2dF。

a quantity to predict an object's ability to resist torsion, to calculate the angular displacement of an object subjected to a torque.

主慣性矩

慣性積等于零的一對正交坐标軸稱為主慣性軸。圖形對于主慣性軸的慣性矩為主慣性矩。

當一對主慣性軸的交點和截面的形心重合時,則這對軸為形心主慣性軸。圖形對于形心主慣性軸的慣性矩為形心主慣性矩。

相互關系

截面慣性矩和極慣性矩的關系。

截面對任意一對互相垂直軸的慣性矩之和,等于截面對該二軸交點的極慣性矩Ip=Iy+Iz。

平行移軸定理

其中 Iy, Iz是截面對坐标軸的慣性矩,Iyz是截面對坐标軸的慣性積;Iyc, Izc是截面對形心軸的慣性矩,Iyz是截面對形心軸的慣性積;a,b分别指的是形心距y軸、z軸的距離;A指的是截面面積。

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