第七章截面图形的几何性质

1第七章平面图形的几何性质§7-1静矩、形心§7-2惯性矩、极惯性矩、惯性积§7-3平行移轴定理§7-4转轴定理2§7-1静矩、形心一、静矩（S）dAzyOzy面积对轴的一次矩称为静矩或一次矩。AzydASAyzdAS1.静矩的单位：长度的三次方;2.静矩可正可负也可能为零。§7-1静矩、形心●3二、形心（C）mzdmzmydmymCmCAzdAzAydAyACAC1.理论力学的质心2.材料力学的形心§7-1静矩、形心zyOdAzyCCzCy●4AzdAzAydAyACACAzydAS3.静矩与形心的关系,AyzdAS,ASyzCASzyC截面图形对于某一轴的静矩若为零，则该轴必定经过截面的形心；截面图形对于形心轴的静矩恒等于零。§7-1静矩、形心2.材料力学的形心zyOdAzyCCzCy●5三、组合图形的静矩与形心iCiyzASiCizyASiiCiCAzAziiCiCAyAy静矩：形心：§7-1静矩、形心6§7-2惯性矩、极惯性矩、惯性积一、定义面积对轴的二次矩称为惯性矩或二次矩。AzdAyI2AydAzI21.惯性矩：2.极惯性矩APdAI2zyOdAzy3.惯性积AyzyzdAI4.惯性半径AIizzAIiyyzyPIII§7-2惯性矩、极惯性矩、惯性积71.单位：长度的四次方；3.惯性矩恒为正，而惯性积可正可负也可等于零；2.同一截面对于不同的坐标轴的惯性矩和惯性积一般不同；4.若y、z轴有一个为对称轴，则Iyz恒等于零。二、常见图形的惯性矩和极惯性矩zy2h2h2b2bC123hbIy123bhIz）（2212hbbhIP1.矩形§7-2惯性矩、极惯性矩、惯性积y,z为形心对称轴82.圆形zyC432dIp464dIIzy）（44132DIp）（44164DIIzya)实心(d)b)空心(D、d、)Dd三、组合图形的惯性矩、极惯性矩、惯性积iyyIIippIIizyzyII§7-2惯性矩、极惯性矩、惯性积9zyC431128dIIIzzz右半圆：答？右半圆zI②①③④41iizzII421128dIIIzzz上半圆§7-2惯性矩、极惯性矩、惯性积464dIIzy解：？上半圆zI求例题7-2-1.实心圆，直径为d，10§7-3平行移轴定理已知Iy，Iz，Iyz(y、z轴过截面形心C)，求Iy1，Iz1，Iy1z1。平行移轴定理是指平面图形对于相互平行轴的惯性矩及惯性积之间的关系。,bzz1ayy1AzdAyI211AdAay2)(222AaydAadAyAAAydAzI211AdAbz2)(222AbzdAbdAzAAC点的坐标为（a，b）§7-3平行移轴定理1O1z1yy1ya1zzzydAAbC．．1121AaIICzz21AbIICyyAabIICCyzyz11由于y、z轴通过图形的形心，则Sy=Sz=0。1.过形心的惯性矩最小；2.(a,b)表示C点的坐标，惯性积没有上述结论。AzydAyzI1111AdAbybz))((AabydAazdAbzydAAAA221AaaSIIzzz221AbbSIIyyyAabbSaSIIyzyzzy11即：§7-3平行移轴定理12例题7-3-1求图示截面图形的Iｚc。iCiiCAyAy2012020120602012013020120(mm)9522221121dAIdAICCzz2335201201220120)(mm1088444233512020121202021zCzCzCIII§7-3平行移轴定理解：2012012020zyCyC①②zC．．．C1C213§7-4转轴定理转轴定理是研究坐标轴系绕原点转动时，平面图形对于这些坐标轴的惯性矩与惯性积之间的变化规律。sinycoszz1cosysinzy1AzdAyI211AdAcosysinz2)(AAAyzdAdAydAzcossin2cossin2222已知Iy，Iz，Iyz，(逆时针转为正)，求Iy1，Iz1，Iy1z1。O1z1yy11zydAAyzz一、转轴公式§7-4转轴定理142sin2cos222sincossin221yzyzyzyzyzyIIIIIIIII同理可得：22211cosIsinIIIyzyzzy或：cossinsincosIIIIcossinsincosIIIIyyzyzzyzyzyz1111112sin2cos222sinsincos221yzyzyzyzyzzIIIIIIIII即：§7-4转轴定理11yzyzIIII15二、主惯性轴、形心主轴、主惯性矩、形心主惯性矩主(惯性)轴：对于该轴系的惯性积为零。形心主轴：过形心的主惯性轴。主惯性矩：相应主惯性轴的惯性矩。形心主惯性矩：相应形心主惯性轴的惯性矩。011zyI令：yzzyIIItan220得：2222zyyzyzminmaxIIIIIII形心主惯性平面：形心主轴与杆轴线所组成的平面。§7-4转轴定理16§7-4转轴定理二、小结1.若截面图形有对称轴，则对称轴为形心主轴；2.任意正多边形的形心轴都是形心主轴；3.当截面图形有三根或三根以上的对称轴时，则图形的形心轴均为形心主轴；4.若已知图形对某一对主轴的惯性矩相等，则通过该点的任意轴为主轴，其惯性矩相同。17例题7-4-1求图示图形的形心、惯性矩、惯性积、惯性主轴及主惯性矩。10533012015030120105301206030120Czz90yO903030301201、形心903301201653012090301201530120CyCzCy2、惯性矩23239030120121203015301201230120zI4231013284165301201230120izzIIiiCiCAzAziiCiCAyAy①③②§7-4转轴定理解：18,10142564yI41012636yzI26142561328412636220tan0001469133..或4101125minI41026415maxI3、惯性主轴4、主惯性矩2222zyyzyzminmaxIIIIIII§7-4转轴定理z90yO90303030120CzCy①③②同理得0z1y1第七章完19作业：P462；P464§7-4转轴定理思考：P475