材料力学课件截面的静矩和形心位置
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材料力学课件-10截面的静矩和形心位置
实际应用
静矩在结构设计中的应用
抗弯设计
在结构设计时，需要考虑到截面的抗弯能力。静矩是计算 抗弯能力的重要参数，通过计算截面的静矩，可以确定截 面的抗弯刚度，从而优化结构设计。
稳定性分析
在分析结构的稳定性时，静矩也是一个重要的参数。通过 比较不同截面的静矩，可以判断结构的稳定性，并优化截 面设计。
材料选择
优化设计
通过深入了解静矩和形心位置， 可以更好地优化结构设计，提高 结构的稳定性和安全性践
静矩和形心位置不仅是理论上的 概念，更是指导实践的重要工具 。在实际工程中，这些概念的应 用有助于确保结构的可靠性和安 全性。
THANK YOU
感谢观看
静矩的计算方法
直接积分法
适用于规则截面，通过积分计算得到静矩。
表格法
根据已知的规则截面尺寸和载荷分布，查找表格 中的静矩值。
近似法
对于不规则截面，可以采用近似法估算静矩值。
静矩的性质
静矩具有方向性
根据右手定则判断矩心的方向。
静矩与截面尺寸和形状有关
不同尺寸和形状的截面具有不同的静矩值。
静矩是内力分布的面积分
03
位置，形心位置与截面的形状密切相关。
截面尺寸对形心位置的影响
01
同一形状的截面，尺寸不同时，其形心位置也会发生变化 。
02
例如，矩形截面长度和宽度不同时，其形心位置会有所偏 移。
03
截面尺寸对形心位置的影响：同一形状的截面，尺寸不同时， 其形心位置也会发生变化，但总是位于截面的面积中心。
04
在选择材料时，静矩也是重要的参考因素。不同材料的截 面静矩不同，选择合适的材料可以保证结构的稳定性和安 全性。
形心位置在结构设计中的应用
静矩在结构设计中的应用
抗弯设计
在结构设计时，需要考虑到截面的抗弯能力。静矩是计算 抗弯能力的重要参数，通过计算截面的静矩，可以确定截 面的抗弯刚度，从而优化结构设计。
稳定性分析
在分析结构的稳定性时，静矩也是一个重要的参数。通过 比较不同截面的静矩，可以判断结构的稳定性，并优化截 面设计。
材料选择
优化设计
通过深入了解静矩和形心位置， 可以更好地优化结构设计，提高 结构的稳定性和安全性践
静矩和形心位置不仅是理论上的 概念，更是指导实践的重要工具 。在实际工程中，这些概念的应 用有助于确保结构的可靠性和安 全性。
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静矩的计算方法
直接积分法
适用于规则截面，通过积分计算得到静矩。
表格法
根据已知的规则截面尺寸和载荷分布，查找表格 中的静矩值。
近似法
对于不规则截面，可以采用近似法估算静矩值。
静矩的性质
静矩具有方向性
根据右手定则判断矩心的方向。
静矩与截面尺寸和形状有关
不同尺寸和形状的截面具有不同的静矩值。
静矩是内力分布的面积分
03
位置，形心位置与截面的形状密切相关。
截面尺寸对形心位置的影响
01
同一形状的截面，尺寸不同时，其形心位置也会发生变化 。
02
例如，矩形截面长度和宽度不同时，其形心位置会有所偏 移。
03
截面尺寸对形心位置的影响：同一形状的截面，尺寸不同时， 其形心位置也会发生变化，但总是位于截面的面积中心。
04
在选择材料时，静矩也是重要的参考因素。不同材料的截 面静矩不同，选择合适的材料可以保证结构的稳定性和安 全性。
形心位置在结构设计中的应用
截面几何性质(材料力学)
§-4 惯性矩和惯性积的转轴公式 截面的主惯性轴和主惯性矩
1.惯性矩和惯性积的转轴公式
y
bh3 Iz 12
C z
bh3 Iz' 12
h
b
y
注意： 1. 两个座标系的原点 必须重合； 2. 两轴惯性矩之和为常量
z
O
I y1 I
z1
I y I I p z
I z1 I y1
4）解法四 y1 I z I z1
I z0 I z0 1 I z0 2 I z0 3 I z0 4
A3 y
d 4
64
2 I y 2 I z0 3 I z0 3
d4
64 Iy
2
A2 z0
d
4
128
I z I z1 I z0 3 OC
d
2
d4 Iy 128 18
1) 极惯性矩、惯性矩和惯性积均与所取的坐标系有关， 2) 惯性积可正可负 3) 单位m4 或 mm4
y dA
4. 惯性半径
Iy iy A
Iz iz A
y
（单位m 或 mm）
O
z z
例
试计算图示矩形截面对于其对称轴x和y的惯性矩。
y dy
解： 取平行于x轴的狭长条， 则 dA=b dy
h
1 2
I zc I yc
2
4 I 2c zc 321104 mm4 y
I yc 0 I min
I zc I yc 2
1 2
I zc I yc
2
4 I 2c zc 57.4 104 mm 4 y
材料力学 截面的几何性质
1、矩形截面 h
Iz
y2dA
A
2 h
y 2bdy
h
2
dy y
b y 3 2 1 bh3 3 h 12
2
同理
Iy
z2dA 1
A
12
hb3
b h z
y
26
2、实心圆截面
y
已知
IP
A2dA
D 4 32
D
z
则 I P A2 d A A y 2 d A A z 2 d I A z I y
A
Iz Iy
此式说明了极惯性矩与轴惯性矩之间的关系。
z
y
o
A dA
z
y
惯性积
定义
Iyz
yzdA
A
z y
A dA
为图形对y、z轴的惯性积 。
z
o
y
惯性积的数值可正，可负，也可为零。惯性积的量纲是[长 度]4 ，常用单位为m4和mm4。
定理：若有一个轴是图形的对称轴，则图形对这对轴 的惯性积必然为零。
4.3 形心主惯性轴和形心主惯性矩
若主惯性轴通过形心，则该轴称为形心主惯性轴(principal centroidal axis)。
图形对形心主惯性轴的惯性矩称为形心主惯性矩。 由于图形对于对称轴的惯性积等于零，而对称轴又过形心，所以，图形 的对称轴就是形心主惯性轴。
形心主惯性轴的特点可归纳为以下几点： ⑴形心主惯性轴是通过形心，由角定向的一对互 相垂直的坐标轴。
32
32
圆环形对y(或z)轴的惯性矩为
IyIz1 2Ip6 D4414
由于y轴为对称轴，故
Iyz 0
z
y
d D
截面的静矩和形心位及惯性矩的计算
y
dA
x
x 0
截面对 x , y 轴的惯性积为
Ixy A xydA
惯性矩的数值恒为正，惯性积则可能为正值，负值，
也可能等于零。
y
若 x , y 两坐标轴中有一个为
dA y
截面的对称轴，则截面对 x , y 轴的 惯性积一定等于零 。
dx dx x
截面对 x , y 轴的惯性半俓为
iy
Z1 80 Z2 0
所以截面的形心坐标为
ZC
A1 Z1 A1
A2 Z2 A2
46.7mm
20 140
zc
20
1
yc
ZC
2
y
100
I1yC
1 12
20 1403
20 140
(8046.7)2
I
2 yC
1 12
100
203
100
20
(46.7)2
zc
120 103 152 120 10
1 12
703
10
(25)2
70
10
100.4 104 mm 4
Iy 278.4 104 mm4
70 20 10
120
y
80
c
x
10
y
I xy 0 15 20 120 10 0 (25) (35) 70 10
x2
10
70 2
45mm
y2 5mm
y 10
1 x1
y1
截面的形心静矩培训课件
A3=工40字×形12截0=面48的00形，心z3坐=0标，为y：3=40/2=20
图7-4
y c A A A 1 y y 1 A 1 A A 2 2 y 2 A 3 A 3 y 3 3 2 1 3 0 4 8 2 4 0 8 0 1 0 8 4 0 4 0 0 0 8 0 8 0 2 0 0 1 0 0 0 . 5 5 0
6
若物体是匀质的，即物体的单位体积重量γ是常数。设物 体Δ=体Vγ的的∙nΔ，体重V则积心i，物为坐把体标V此，的公关各重式系微量为带小W入部=式分γ（∙的V7体，-1积每）分一，别微并为小消Δ体去V积γ1、，的Δ则重V得量2、匀Δ…W质、i物
xc
Vx V
yc
Vy V
（7-2）
Vz zc V
可用面积代换。所以薄平板重心的坐标公式为
Ax xc A
yc
Ay A
（7-3）
上式又可称为面积形心的坐标公式。
2/26/2021
截面的形心静矩
8
二、组合图形的形心 若平面图形有对称面、对称轴或对称中心，则它的形心必
在此对称面、对称轴或对称中心上。若平面图形是一个组合 图形，而且各简单图形（如图7-3a、b）的形心容易确定， 则组合形体的形心可按式（7-3）求得，这种求形心的方法为 分割法。另外有些组合图形（如图7-3c、d），可看作为是 从某个简单图形中挖去另一个简单图形而成。则求这类图形 的形心，仍可用分割法，只是切去部分的面积（体积）应取 负值，这种求形心的方法称为负面积法。
A2=200×（280-2×40）=40000 z2=0，
图7-5
y2
200100 2
门字形平面图形的形心坐标为：
y c A A y A 1 y A 1 1 A A 2 2 y 2 67 6 1 2 7 2 4 4 0 20 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 00 4 0 09 Zc=0
图7-4
y c A A A 1 y y 1 A 1 A A 2 2 y 2 A 3 A 3 y 3 3 2 1 3 0 4 8 2 4 0 8 0 1 0 8 4 0 4 0 0 0 8 0 8 0 2 0 0 1 0 0 0 . 5 5 0
6
若物体是匀质的，即物体的单位体积重量γ是常数。设物 体Δ=体Vγ的的∙nΔ，体重V则积心i，物为坐把体标V此，的公关各重式系微量为带小W入部=式分γ（∙的V7体，-1积每）分一，别微并为小消Δ体去V积γ1、，的Δ则重V得量2、匀Δ…W质、i物
xc
Vx V
yc
Vy V
（7-2）
Vz zc V
可用面积代换。所以薄平板重心的坐标公式为
Ax xc A
yc
Ay A
（7-3）
上式又可称为面积形心的坐标公式。
2/26/2021
截面的形心静矩
8
二、组合图形的形心 若平面图形有对称面、对称轴或对称中心，则它的形心必
在此对称面、对称轴或对称中心上。若平面图形是一个组合 图形，而且各简单图形（如图7-3a、b）的形心容易确定， 则组合形体的形心可按式（7-3）求得，这种求形心的方法为 分割法。另外有些组合图形（如图7-3c、d），可看作为是 从某个简单图形中挖去另一个简单图形而成。则求这类图形 的形心，仍可用分割法，只是切去部分的面积（体积）应取 负值，这种求形心的方法称为负面积法。
A2=200×（280-2×40）=40000 z2=0，
图7-5
y2
200100 2
门字形平面图形的形心坐标为：
y c A A y A 1 y A 1 1 A A 2 2 y 2 67 6 1 2 7 2 4 4 0 20 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 00 4 0 09 Zc=0
截面的几何性质
I x = I xc + a A
2
= I y + b2 A Iy
c
37
4. 组合截面惯性矩
I x = ∑I xi
i=1
n
I y = ∑I yi
i=1
n
38
A y1 + A2 y2 1 y= ≈ 40mm A + A2 1
10
y
10
40
10
o
20
x
80
11
§1—2 极惯性矩 惯性矩
一，定义 1，截面对 o 点的极惯性矩为 ，
y
惯性积
dA
I P = ∫A ρ dA
2
ρ
o
x
12
2，截面对 x , y 轴的惯性矩 ，
y
I x = ∫A y dA
2
dA
= ∫A x2dA Iy
29
y
yC
C
xC
a
o
b
x
则平行移轴公式为
= I xc + a2 A Ix
= I y + b2 A Iy
c
I xy = I x y + abA
c c
30
二，组合截面的惯性矩
惯性积
Ixi , Iyi , Ixyi —— 第 i 个简单截面对 x , y 轴的惯性矩、
惯性积。 惯性积。
组合截面的惯性矩， 组合截面的惯性矩，惯性积
xC
a
o
b
x
Ix , Iy , Ixy
_____
轴的惯性矩和惯性积。 截面对 x , y 轴的惯性矩和惯性积。
的惯性矩和惯性积。 Ixc ,Iyc , Ixc yc —— 截面对形心轴 xc , yc 的惯性矩和惯性积。
2
= I y + b2 A Iy
c
37
4. 组合截面惯性矩
I x = ∑I xi
i=1
n
I y = ∑I yi
i=1
n
38
A y1 + A2 y2 1 y= ≈ 40mm A + A2 1
10
y
10
40
10
o
20
x
80
11
§1—2 极惯性矩 惯性矩
一，定义 1，截面对 o 点的极惯性矩为 ，
y
惯性积
dA
I P = ∫A ρ dA
2
ρ
o
x
12
2，截面对 x , y 轴的惯性矩 ，
y
I x = ∫A y dA
2
dA
= ∫A x2dA Iy
29
y
yC
C
xC
a
o
b
x
则平行移轴公式为
= I xc + a2 A Ix
= I y + b2 A Iy
c
I xy = I x y + abA
c c
30
二，组合截面的惯性矩
惯性积
Ixi , Iyi , Ixyi —— 第 i 个简单截面对 x , y 轴的惯性矩、
惯性积。 惯性积。
组合截面的惯性矩， 组合截面的惯性矩，惯性积
xC
a
o
b
x
Ix , Iy , Ixy
_____
轴的惯性矩和惯性积。 截面对 x , y 轴的惯性矩和惯性积。
的惯性矩和惯性积。 Ixc ,Iyc , Ixc yc —— 截面对形心轴 xc , yc 的惯性矩和惯性积。
截面的静矩和形心位置及惯性矩的计算
x
x 0
截面对 x , y 轴的惯性积为
Ixy A xydA
惯性矩的数值恒为正，惯性积则可能为正值，负值，
也可能等于零。
y
若 x , y 两坐标轴中有一个为
dA y
截面的对称轴，则截面对 x , y 轴的 惯性积一定等于零 。
dx dx x
截面对 x , y 轴的惯性半俓为
iy
Iy , A
二 、 截面的主惯性轴和主惯性矩
I x1y1
Ix
2
Iy
sin 2α
I xy cos 2α
主惯性轴 —— 总可以找到一个特定的角 0 , 使截面对新坐标 轴 x0 , y0 的惯性积等于 0 , 则称 x0 , y0 为主惯轴。
主惯性矩——截面对主惯性轴的惯性矩。
形心主惯性轴 ——当一对主惯性轴的交点与截面的形心 重合时，则称为形心主惯性轴。
x
80
§ І -2 极惯性矩 惯性矩 惯性积
定义：
z dA
z
截面对 o 点的极惯性矩为
y
Ip Aρ2dA
y 0
截面对 y ,z 轴的惯性矩分别为
Iy A z2dA Iz A y2dA
因为 ρ2 y2 z2
I p Aρ2 dA
所以 Ip = Ix + Iy
y
y
dA
ix
Ix A
例 2 _ 1 求矩形截面对其对称轴 x , y 轴的惯性矩。
解：
dA = b dy
Ix
A y2dA
h
2h
by2dy
2
bh3 12
Ix A y2dA
x 0
截面对 x , y 轴的惯性积为
Ixy A xydA
惯性矩的数值恒为正，惯性积则可能为正值，负值，
也可能等于零。
y
若 x , y 两坐标轴中有一个为
dA y
截面的对称轴，则截面对 x , y 轴的 惯性积一定等于零 。
dx dx x
截面对 x , y 轴的惯性半俓为
iy
Iy , A
二 、 截面的主惯性轴和主惯性矩
I x1y1
Ix
2
Iy
sin 2α
I xy cos 2α
主惯性轴 —— 总可以找到一个特定的角 0 , 使截面对新坐标 轴 x0 , y0 的惯性积等于 0 , 则称 x0 , y0 为主惯轴。
主惯性矩——截面对主惯性轴的惯性矩。
形心主惯性轴 ——当一对主惯性轴的交点与截面的形心 重合时，则称为形心主惯性轴。
x
80
§ І -2 极惯性矩 惯性矩 惯性积
定义：
z dA
z
截面对 o 点的极惯性矩为
y
Ip Aρ2dA
y 0
截面对 y ,z 轴的惯性矩分别为
Iy A z2dA Iz A y2dA
因为 ρ2 y2 z2
I p Aρ2 dA
所以 Ip = Ix + Iy
y
y
dA
ix
Ix A
例 2 _ 1 求矩形截面对其对称轴 x , y 轴的惯性矩。
解：
dA = b dy
Ix
A y2dA
h
2h
by2dy
2
bh3 12
Ix A y2dA
材料力学课件之截面几何性质
d
2 2
16 43 416 (5.53 2)2 12
4123 412 (10.57 6)2 12
2416.76mm4
y
C2 C
z
C1
646 （单位mm）
y1
y2
29
Ai yi Ai Ai zi Ai
Ai yi
A
Ai zi
A
o Z1
z
Z2
使用上述公式时，对于挖掉部分的面积应取负值。
6
例2 求图示矩形截面abcd 部分对z 轴的静矩。
y
C3
C1
C2
o 2
4
6
12
123
Ai 144 72 -16
yi 6 4 6
z
zi 6 16 4
（单位：cm）
解：
yC
404
402
(mm)
402 )
12
64
4
23034100.7mm4
17
截面图形的的几何性质------形心和惯性矩
1，简单截面
1、有对称轴的截面，记忆或直接判断 教材353页附录Ⅱ
2、型钢，查表。教材356页附录Ⅲ
2，组合截面，组合法。
§Ⅰ.5惯性矩和惯性积的转轴公式,主惯性轴
一：已知 Iy、Iz、Iyz、(逆时针为正)，求 Iy1、Iz1、Iy1z1
cos 2
0
C
z
方形截面
Iz'
Iz
Iy 2
Iz
Iy 2
cos 2
I yz sin 2
Iz
Iy 2
Iz
I
y'
Iz
2
其中：
I
材料力学课件-10截面的静矩和形心位置
材料力学课件ppt-10截面 的静矩和形心位置
本节介绍截面的静矩和形心位置。通过了解截面的定义、静力特征以及形心 的计算方法，我们可以更好地理解材料的行为和性能。
截面的定义
截面是材料在某一位置的横截面形状。了解截面的形状和尺寸对于计算静矩 和形心位置至关重要。
截面的静力特征
1 静矩的定义
静矩是截面内各个点到某一参考轴线的距离乘以该点的截面积的乘积。它示了截面对 外力的抵抗能力。
应用实例
钢梁截面静矩计算
通过计算钢梁截面的静矩和形心位置，可以评估其受力 性能，并确定适当的加固措施。
桥梁截面形心计算
计算桥梁截面的形心位置可以帮助工程师设计合适的支 撑结构，以确保桥梁的稳定性和承载能力。
总结与回顾
本节内容介绍了截面的静矩和形心位置的定义、计算方法以及应用实例。通 过深入理解这些概念，我们可以更好地分析和设计各种结构材料。
2 计算截面的静矩
可以通过积分求解截面的静矩，或者利用几何关系和图形对称性进行简化计算。
形心的定义和计算
1 形心位置的确定方法
2 不规则截面的形心计算
形心是截面上所有点的静矩之和除以截面的总面 积。它表示了截面的重心位置。
对于不规则形状的截面，可以将其分解为几个简 单形状的截面，然后计算各个简单形状的形心， 再进行合成计算。
截面的静矩和形心位置及惯性矩的计算
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02 截面的静矩
静矩的定义
静矩
截面内力与作用点到截面某一固定点的距离的乘积的 积分。
面积矩
截面内力与作用点到截面某一固定点的距离的平方的 积分。
极惯性矩
截面内力与作用点到截面某一固定点的距离的四次方 的积分。
静矩的计算
1 2
静矩的计算公式
静矩 = Σ (y_i * dA_i)，其中y_i为截面内力作用 点到某一固定点的距离，dA_i为该点处的面积微 元。
截面的静矩和形心位置及惯性矩的 计算
contents
目录
• 截面的几何特性 • 截面的静矩 • 截面的形心位置 • 截面的惯性矩 • 截面特性在工程中的应用
01 截面的几何特性
截面的定义
01
截面是一个二维平面图形，可以 通过在三维空间中切割一个物体 来获得。
02
截面可以是封闭的或开放的，可 以有不同的形状和大小，取决于 切割的方式和角度。
05 截面特性在工程中的应用
在结构设计中的应用
结构设计是工程中非常重要的环节，截面的静 矩和形心位置及惯性矩的计算可以为结构设计 提供重要的参考依据。
在结构设计时，需要考虑到截面的承载能力、 稳定性以及变形等因素，而这些因素都与截面 的特性密切相关。
通过计算截面的静矩和形心位置及惯性矩，可 以更好地了解截面的受力特性，从而优化结构 设计，提高结构的承载能力和稳定性。
转动惯量
是指刚体绕某点转动时，其转动惯量 等于刚体的所有质量微元与各微元距 离平方的乘积之和。
惯性矩的计算
矩形截面惯性矩
对于矩形截面，其惯性矩可以通过计算其面 积与面积上分布的物质质量的乘积，再乘以 一个常数得到。
圆形截面惯性矩
02 截面的静矩
静矩的定义
静矩
截面内力与作用点到截面某一固定点的距离的乘积的 积分。
面积矩
截面内力与作用点到截面某一固定点的距离的平方的 积分。
极惯性矩
截面内力与作用点到截面某一固定点的距离的四次方 的积分。
静矩的计算
1 2
静矩的计算公式
静矩 = Σ (y_i * dA_i)，其中y_i为截面内力作用 点到某一固定点的距离，dA_i为该点处的面积微 元。
截面的静矩和形心位置及惯性矩的 计算
contents
目录
• 截面的几何特性 • 截面的静矩 • 截面的形心位置 • 截面的惯性矩 • 截面特性在工程中的应用
01 截面的几何特性
截面的定义
01
截面是一个二维平面图形，可以 通过在三维空间中切割一个物体 来获得。
02
截面可以是封闭的或开放的，可 以有不同的形状和大小，取决于 切割的方式和角度。
05 截面特性在工程中的应用
在结构设计中的应用
结构设计是工程中非常重要的环节，截面的静 矩和形心位置及惯性矩的计算可以为结构设计 提供重要的参考依据。
在结构设计时，需要考虑到截面的承载能力、 稳定性以及变形等因素，而这些因素都与截面 的特性密切相关。
通过计算截面的静矩和形心位置及惯性矩，可 以更好地了解截面的受力特性，从而优化结构 设计，提高结构的承载能力和稳定性。
转动惯量
是指刚体绕某点转动时，其转动惯量 等于刚体的所有质量微元与各微元距 离平方的乘积之和。
惯性矩的计算
矩形截面惯性矩
对于矩形截面，其惯性矩可以通过计算其面 积与面积上分布的物质质量的乘积，再乘以 一个常数得到。
圆形截面惯性矩
截面的静矩和形心位置
Iy
cos 2α
I xy
sin 2α
I y1
Ix
Iy 2
Ix
2
Iy
cos 2α
I xy
sin 2α
I x1 y1
Ix
2
Iy
sin 2α
I xy
cos 2α
y y1
o
x1
x
上式称为转轴公式 显然
I x1 I y1 I x I y
二 、 截面的主惯性轴和主惯性矩
I x1y1
Ix
2
Iy
sin 2α
C —— 截面形心
a
（a , b ) _____ 形心 c 在 xoy 坐标系下的
坐标。
o
xc , yc ——过截面的形心 c 且与 x , y 轴平 行的坐 标轴（形心轴）
yc
C(a,b)
xc
b
x
Ix , Iy , Ixy _____ 截面对 x , y 轴的惯性矩和惯性积。
Ixc ,Iyc , Ixc yc —— 截面对形心轴 xc , yc 的惯性矩和惯性积。
70 20 10
120
y
80
c
x
10
y
Ix
1 12
120 103 152 120 10
1 12
703
10
(25)2
70
10
100.4 104 mm 4
Iy 278.4 104 mm4
70 20 10
120
y
80
c
x
10
y
I xy 0 15 20 120 10 0 (25) (35) 70 10
截面对形心轴的静矩等于零。
材料力学 截面性质
(Ai 和xi , yi分别为第i个简单图形的面积及其形心坐标）
5. 组合截面的形心坐标公式
n
将 S y Ai xi i1
n
S x Ai yi i1
代入 S y A x Sx A y
解得组合截面的形心坐标公式为：
n
Ai xi
x
i 1 n
Ai
i 1
n
Ai yi
y
i 1 n
Ai
i 1
（注：被“减去”部分图形的面积应代入负值）
例 试计算图示三角形截面对x轴的静矩。
y
dy
h
b(y)
y
O
b
x
解：取平行于x轴的狭长条，易求 b( y) b (h y)
因此 d A b (h y) d y
ห้องสมุดไป่ตู้
h
所以对x轴的静矩为
h hb
bh2
S x
y d A (h y)y d y
A
0h
6
2
4
I2 xc yc
x
I x1 A y12 d A
y
Ix1
cos2
y2 d A sin2
A
x2 d A
A
2sin cos A xy d A
I x cos2 I y sin2 2I xy sin cos
利用二倍角函数代入上式，得转轴公式 ：
I x1
Ix
2
Iy
Ix
Iy 2
cos2
I xy sin 2
n
Ix
i1
I
xi
n
Iy
i1
I
yi
n
I xy I i1 xyi
材料力学-截面的几何性质
1 2
(
I
y
Iz)
1 2
(
I
y
Iz )cos 2
I yz sin
2
I z1
1 2
(
I
y
Iz)
1 2
(
I
y
Iz )cos 2
I yz sin
2
(a)
I y1z1
1 2
(
I
y
Iz )sin
2
I yz sin
2
4.2 主惯性轴和主惯性矩(principal moment of inertia)
A
y2dA
A
z2dA
A
Iz Iy
此式说明了极惯性矩与轴惯性矩之间的关系。
z y
o
A dA
z y
惯性积
定义
I yz
yzdA
A
z A
y
dA
为图形对y、z轴的惯性积 。
z
o
y
惯性积的数值可正，可负，也可为零。惯性积的量纲是[长 度]4 ，常用单位为m4和mm4。
定理：若有一个轴是图形的对称轴，则图形对这对轴 的惯性积必然为零。
例题 试求图示图形对形心轴的惯性矩和 惯性积。
解：将图形看作是两个矩形的结合。 形心坐标为
yc 0
zc
A1z1 A1
A2 z2 A2
103.3mm
z 100
20
I CI
C
140
CII
103.3
II
a1 a2 y
y
20
求图形对y、z轴的惯性矩
z 100
I z I zI I zII
201003 140 203
截面的静矩和形心位置及惯性矩的计算课件
数值模拟与优化
利用数值模拟技术，如有限元方法、边界元方法等，可以更精确地计算 截面的静矩和形心位置及惯性矩，并在此基础上进行结构优化设计。
03
多学科交叉
未来研究可以结合多个学科领域，如物理学、化学、生物学等，以更全
面地理解截面的静矩和形心位置及惯性矩的本质和规律，推动相关领域
的发展。
感谢您的观看
THANKS
详细描述
对于任意形状截面，其静矩可以通过对截面进行微分， 然后计算每个微元面积与微元重心到截面边缘的距离乘 积，最后对所有微元的静矩进行积分得到。形心位置可 以通过对截面进行微分，然后计算每个微元的面积与微 元重心坐标的平均值得到。惯性矩可以通过对截面进行 微分，然后计算每个微元的面积、微元重心到截面边缘 的距离以及微元的转动惯量，最后对所有微元的转动惯 量进行积分得到。
矩值。
通过公式计算其半径和 圆周率，得出惯性矩值。
通过公式计算其长轴、 短轴和圆周率，得出惯
性矩值。
不规则截面
需采用数值分析方法进 行近似计算或通过实验
测量得出。
03
截面几何特性的应用
结构强度分析
静矩
静矩是截面内力的一个重要参数，用于计算截面在受力时的稳定性。静矩的计算公式为 ∫(y*dA)，其中y为截面各点到截面中心的距离，dA为面积微元。
形心位置
形心是截面的几何中心，其位置决定了截面的质量分布和转动惯量。形心位置可以通过积分 计算得到，公式为∫dA/A∫dxdy，其中A为截面面积。
惯性矩
惯性矩是衡量截面抗弯能力的重要参数，其计算公式为∫y^2dA，其中y为截面各点到形心距 离，dA为面积微元。
结构稳定性分析
结构失稳
当结构受到的外部载荷超 过其承载能力时，结构会 发生失稳，导致结构变形 甚至破坏。
截面的静矩和形心位置PPT文档共34页
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
截面的静矩和形心位置
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列ห้องสมุดไป่ตู้怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
谢谢你的阅读
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y 10
1 x1
C(y, x)
y1
2 y2
10
o x2
x
80
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
§ І -2 极惯性矩 惯性矩 惯性积
定义：
z dA
z
截面对 o 点的极惯性矩为
y
y 0
Ip Aρ2dA
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
截面对 y ,z 轴的惯性矩分别为
Iy A z2dA Iz A y2dA
dx dx x
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
截面对 x , y 轴的惯性半俓为
iy
Iy , A
ix
Ix A
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
例 2 _ 1 求矩形截面对其对称轴 x , y 轴的惯性矩。
Hale Waihona Puke 解：dA = b dy
Ix
A y2dA
h
2h
by2dy
2
bh3 12
Ix A y2dA
Ixc ,Iyc , Ixc yc —— 截面对形心轴 xc , yc 的惯性矩和惯性积。
则平行移轴公式为
y
yc
I x I xc a2 A
Iy Iyc b2 A
I xy I xcyc abA
a
C(a,b)
xc
ob
x
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
二、组合截面的惯性矩 惯性积
Ixi , Iyi , Ixyi —— 第 i个简单截面对 x ,y 轴的惯性矩、
例 1-1 试确定图示截面心 C 的位置。
解：将截面分为 1，2 两个矩形。
y 10
取 x 轴和 y 轴分别与截面
的底边和左边缘重合
x1 1
n
x
Ai xi
i1 n
Ai
A1 x1 A1
A2 x2 A2
i1
y A1 y1 A2 y2 A1 A2
y1
o x2
80
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
y
Iy
hb3 12
dy
h
y
C
x
b
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
例 2 - 2 求圆形截面对其对称轴的惯性矩 。
解：因为截面对其圆心 O 的
极惯性矩为 y
Iρ
π d4 32
Ix Iy Iρ
x
Ix Iy
所以
Ix
Iy
π d4 64
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
§ І -3 惯性矩和惯性积的平行移轴公式 组合截面的惯性矩和惯性积
xoy 为过截面上的任 – 点建立的坐标系 x1oy1 为 xoy 转过 角后形成的新坐标系
y y1
o
逆時针转取为 + 号，
x1
顺時针转取为 – 号
x
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
I x1
Ix
Iy 2
Ix
2
Iy
cos 2α
I xy sin 2α
I y1
Ix
Iy 2
Ix
2
Iy
cos 2α
因为 ρ2 y2 z2
y dA
y
Ip Aρ2dA
x
x 0
所以 Ip = Ix + Iy
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
截面对 x , y 轴的惯性积为
Ixy A xydA
惯性矩的数值恒为正，惯性积则可能为正值，负值，
也可能等于零。
y
若 x , y 两坐标轴中有一个为
dA y
截面的对称轴，则截面对 x , y 轴的 惯性积一定等于零 。
一、 平行移轴公式
y x , y ——任意一对坐标轴
C —— 截面形心
a
（a , b ) _____ 形心 c 在 xoy 坐标系下的
坐标。
o
xc , yc ——过截面的形心 c 且与 x , y
轴平 行的坐 标轴（形心轴）
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
yc
C(a,b)
xc
b
x
Ix , Iy , Ixy _____ 截面对 x , y 轴的惯性矩和惯性积。
y2
2 10 x
矩形 1
A1 10 120 1200mm2
y 10
x1 5mm
y1 60mm
1 x1
矩形 2
A2 10 70 700mm2
y1
2 y2
10
x2
10
70 2
45mm
o x2
x
80
y2 5mm
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
所以
xA1x A1 1 A A2 2x2 3 17 95 00 02 00mm yA1y A1 1 A A2 2y2 7 15 95 00 04 00mm
I xy
sin 2α
I x1 y1
Ix
2
Iy
sin 2α
I xy
20
1403
20
140
(8046.7)2
I
2 yC
1 12
100
203
100
20
(46.7)2
zc
20
IyC
I1yC
I
2 yC
12.12 106
m4
1
yc
ZC
2
20 140
y
100
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
§ І -4 惯性矩和惯性积的转轴公式 截面的主惯性轴和主惯性矩
一、 转轴公式
n
Sz
Ai
y i
i1
n
Sy Ai zi i1
其中： Ai —— 第 i 个简单截面面积
(y, i
zi) ——
第 i个简单截面的形心坐标
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
计算组合截面形心坐标的公式如下：
n
Ai
y i
y
i 1 n
Ai
i 1
n
Ai zi
z
i 1 n
Ai
i 1
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
20 140
zc
20
1
yc
2
y
100
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
A1 20140 A2 100 20
Z1 80 Z2 0
所以截面的形心坐标为
ZC
A1 Z1 A1
A2 Z2 A2
46.7mm
20 140
zc
20
1
yc
ZC
2
y
100
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
I1yC
1 12
§І-1 截面的静矩和形心位置
一、 定义
z
截面对 z , y 轴的静矩为：
dA
S z A ydA
z
S y AzdA
oy
y
静矩可正，可负，也可能等于零。
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
截面的形心 C 的坐标
公式为：
y A ydA S z
A
A
z
z
z
dA
c
z AzdA S y
o
y
y
A
A
y
Sz Ay
S y Az
若截面对某一轴的静矩等于零，则该轴必过形心。
截面对形心轴的材静料力矩学课等件截于面零的静。矩和形心位
置
二 、 组合截面 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，就等于该截 面对于同一轴的静矩。
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
组合截面静矩的计算公式为
惯性积。
n
I x I xi i1
组合截面的惯性矩，惯性积
n
I y I yi i1
n
I xy I xyi i 1
材料力学课件截面的静矩和形心位 置
例 3 -1 求梯形截面对其形心轴 yc 的惯性矩。
解：将截面分成两个矩形截面。
截面的形心必在对称轴 zc 上。 取过矩形 2 的形心且平行 于底边的轴作为参考轴， 记作 y 轴 。