11125

Геометрические характеристики плоских сечений. Статические моменты площади. Центр тяжести площади

Реферат

Математика и математический анализ

Геометрические характеристики плоских сечений. Основным объектом изучаемым в курсе сопротивление материалов является стержень. Сопротивление стержня различным видам деформации часто зависит не только от его материалов и размеров но и от очертаний оси формы попер...

Русский

2015-01-19

1.28 MB

221 чел.

Геометрические характеристики плоских сечений.


Основным объектом, изучаемым в курсе сопротивление материалов, является стержень.

Сопротивление стержня различным видам деформации часто зависит не только от его материалов и размеров, но и от очертаний оси, формы поперечных сечений и их расположения. Рассмотрим основные геометрические характеристики поперечных сечений бруса, определяющие сопротивление различным видам деформаций.

Статические моменты площади. Центр тяжести площади.

Рассмотрим произвольную фигуру (поперечное сечение бруса), связанную с координатными осями  и  (рис. 2.1). Выделим элемент площади  с координатами , . По аналогии с выражением для момента силы относительно какой-либо оси можно составить выражения и для момента площади, которое называется моментом площади. Так, произведение элемента площади  на расстояние  от оси .

(2.1)

называется статическим моментом элемента площади относительно оси .

Рис. .

Аналогично:

(2.2)

Просуммировав такие произведения по всей площади фигуры, получим соответственно статические моменты относительно осей  и :

;  (2.3)

Пусть ,  - координаты центра тяжести фигуры. Продолжая аналогию с моментами сил, на основании теоремы о моменте равнодействующей можно написать следующие выражения:

  (2.4)

где  - площадь фигуры. Очевидно, что статические моменты площади относительно осей проходящих через центр тяжести (центральных осей) равны нулю.

Координаты центра тяжести:

. (2.5)

В качестве примера вычислим статический момент треугольника (рис. 2.2) относительно оси, проходящей через основание. На расстоянии  от нее выделим элементарную площадку в виде полоски, параллельной оси . Площадь полоски

.

Учитывая, что

,

имеем

.

Рис. .

Еще проще решить эту задачу, пользуясь формулой (2.4).

Учитывая, что

;  ,

статический момент

Для вычисления статических моментов сложной фигуры ее разбивают на простые части (рис. 2.3), для каждой из которых известна площадь  и положение центра тяжести  и . Статический момент площади всей фигуры относительно данной оси определяется как сумма статических моментов каждой части:

Рис. .

 (2.6)

По формулам (2.5) и (2.6) легко найти координаты центра тяжести сложной фигуры:

;  (2.7)

Моменты инерции плоски фигур

Осевым, или экваториальным, моментом инерции площади фигуры называют интеграл произведений элементарных площадей на квадраты расстояний от рассматриваемой оси

 (2.8)

Рис. .

Полярным моментом инерции площади фигуры относительно данной точки (полюса ) называют интеграл произведений элементарных площадей на квадраты их расстояний от полюса:

 (2.9)

Если через полюс проведена система взаимно перпендикулярных осей  и , то . Из выражения (2.9) имеем

(2.10)

Отметим, что величины осевых и полярных моментов инерции всегда положительны.

Центробежным моментом инерции называют интеграл произведений площадей элементарных площадок на их расстояния от координатных осей  и :

(2.11)

В зависимости от положения осей центробежный момент инерции может быть положительным или отрицательным. Очевидно, что, постепенно поворачивая оси, можно найти такое их положение, при котором центробежный момент инерции равен нулю. Такие оси называют главными осями инерции.

Две взаимно перпендикулярные оси, из которых хотя бы одна является осью симметрии фигуры, всегда будут ее главными осями инерции

Главные оси, проходящие через центр тяжести сечения, называют главными центральными осями.

Моменты инерций сложных сечений.

В расчетной практике часто приходится вычислять моменты инерции сложных сечений относительно различных осей, лежащих в плоскости фигуры. Для стандартных поперечных сечений стержней моменты инерции относительно различных осей даны в сортаменте.

При вычислении нестандартных сложных сечений последние можно разбить на отдельные простые части, моменты которых известны. Из основного свойства интеграла суммы следует, что момент инерции сложной фигуры равен сумме моментов инерции составных ее частей.

Если в сечении есть отверстие, его обычно удобно считать частью фигуры с отрицательной площадью.

Моменты инерций относительно параллельных осей.

Пусть известны моменты инерции фигуры относительно центральных осей  и :

; ;  (2.12)

Требуется определить моменты инерции относительно осей, параллельных центральным (рис 2.5).

Рис. .

; ;  (2.13)

Координаты любой точки в новой системе  можно выразить через координаты в старых осях так:

;

Подставим эти значения в формулы (2.13) и интегрируем почленно:

(2.14)

(2.15)

(2.16)

Так как интегралы  и  равны нулю как статические моменты относительно центральных осей, то формулы (2.14) - (2.16) принимают вид

;

; (2.17)

Зависимости между моментами инерции при повороте координатных осей.

Пусть известны моменты инерции произвольной фигуры (рис. 2. 6) относительно координатных осей ,:

; ;  (2.18)

Повернем оси , на угол  против часовой стрелки, считая угол поворота осей в этом направлении положительным.

Рис. .

Найдем теперь моменты инерции сечения относительно повернутых осей ,:

; ;  (2.19)

Координаты произвольной элементарной площадки в новой системе  выражаются через координаты , прежней системы следующим образом:

(2.20)

(2.21)

Подставив эти выражения в (2.19) окончательно получим:

(2.22)

(2.23)

(2.24)

Складывая почленно формулы (2.22),(2.23), находим

(2.25)

При повороте прямоугольных осей сумма моментов инерции не изменяется и равна полярному моменту инерции относительно начала координат.

Определение направления главных осей. Главные моменты инерции.

Наиболее практическое значение имеют главные центральные оси, центробежный момент инерции относительно которых равен нулю. Будем обозначать такие оси буквами  и .

Чтобы определить положение главных центральных осей несимметричной фигуры, повернем произвольную начальную систему центральных осей , (рис 2.7) на некоторый угол  при котором центробежный момент инерции становится равным нулю:

(2.26)

Рис. .

Согласно формулы (2.24)

, (2.27)

откуда

. (2.28)

Полученные из формулы (2.28) два значения угла  отличаются друг от друга на 90° и дают положение главных осей. Как легко видеть, меньший из этих углов по абсолютной величине не превышает π/4. В дальнейшем будем пользоваться только меньшим углом. Проведенную под этим углом главную ось будем обозначать буквой . На рис (2.8) приведены некоторые примеры обозначения главных осей в соответствии с указанным правилом. Начальные оси обозначаются буквами  и .

Рис. .

Значения главных моментов инерции можно определить из следующих выражений:

; (2.29)

, (2.30)

Причем верхние знаки следует брать при >, а нижние – при <.

Понятие о радиусе инерции

Момент инерции фигуры относительно какой-либо оси можно представить в виде произведения площади фигуры на квадрат некоторой величины, называемой радиусом инерции.

(2.31)

где  - радиус инерции относительно оси .

Из выражения (2.31) следует, что

(2.32)

Аналогично радиус инерции площади сечения относительно оси

(2.33)

Главным центральным осям инерции соответствуют главные радиусы инерции

 (2.34)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24847. Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) 13.78 KB
  Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи изначально предназначенные совсем для других целей. Изза низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях десятки килобит в секунду набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов преимущественно не в оперативном а в фоновом режиме с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются...
24848. Оценка стоимости облигационного займа 27 KB
  Стоимость облигационного займа приблизительно равна доходу который получает держатель облигаций. Проценты по облигационным займам выплачиваются из чистой прибыли поэтому корректировка стоимости облигационного займа на налог на прибыль не производится.
24849. Повышение рыночной стоимости 31.5 KB
  Управление стоимостью компании это современная стратегия менеджмента ориентированная на повышение инвестиционной привлекательности конкурентных преимуществ и устойчивой работы в рыночной среде в расчете на длительную перспективу. Отмечено что повышение рыночной стоимости компании является стратегической целью управления. Фактор создания стоимости представляется как некоторый элемент социальноэкономической системы влияющий на количественные и качественные параметры компании от которых зависит ее рыночная цена а управление стоимостью ...
24850. Подходы к оценке интеллектуальной собственности 34.5 KB
  При рыночном подходе используется метод сравнения продаж когда рассматриваемый актив сравнивается с аналогичными объектами интеллектуальной собственности или интересами в этих объектах либо с ценными бумагами обеспеченными неосязаемыми активами которые были проданы на открытом рынке. Могут применяться несколько методов оценки затрат на создание ОИС: Метод стоимости замещения объекта оценки заключается в суммировании затрат на создание ОИС аналогичного объекту оценки в рыночных ценах существующих на дату проведения оценки с учетом износа...
24851. Понятие интеллектуального капитала и особенности его оценки 27.5 KB
  Интеллектуальный капитал стоимость совокупности отчуждаемых и неотчуждаемых нематериальных активов участвующих в хоз. Интеллектуальный капитал складывается из освоенных профессионалами частей интеллектуального ресурса. Интеллектуальный капитал сосредотачивается в двух формах: 1. Интеллектуальный капитал предприятия существует в форме общественнопроизводственных и личностнопрофессиональных отношений.
24852. Преимущества и недостатки доходного подхода 30.5 KB
  В рамках данного подхода стоимость предприятия рассматривается как текущая стоимость будущих доходов которые предприятие способно принести своему владельцу. Суть данного подхода выражается в обязательном получении инвесторами определенного дохода от владения данным предприятием. В рамках доходного подхода существуют следующие методы определения стоимости: метод дисконтирования капитализации.
24853. Преимущества и недостатки затратного подхода к оценке бизнеса 26.5 KB
  Данный подход чаще всего применяется для предприятий обладающих большим объемом активов. Оценка стоимости в рамках данного подхода является достаточно объективной так как осуществляется на основе достоверных данных о составе и состоянии активов. Однако затратный подход не учитывает конкурентную доходность этих активов. В рамках затратного подхода выделяют методы: метод чистых активов и метод ликвидационной стоимости.
24854. Преимущества и недостатки сравнительного подхода к оценке бизнеса 27 KB
  В данном случае обеспечивается высокая обоснованность стоимости объекта по сравнению с другими подходами. Однако сложность применения данного подхода заключается в трудоемкости поиска объектааналога и необходимости внесения корректировок и поправок в процессе оценки между оцениваемым объектом и объектом аналогом. Методы используемые в рамках сравнительного подхода: метод предприятияаналога или объекта аналога; метод сделок; метод отраслевых коэффициентов.
24855. Причины изменения стоимости компании при разных типах слияний 29.5 KB
  вз дополняющие рессы одной компании не хватает опред ресовпроизводой мощности квал кадров уник продуктов нов патенты Поэтому дешевле объедся. В процессе слияния у новой компании открываются новые возможности и стть компании выше.