Bài tập mômen quán tính chính trung tâm năm 2024

  • 1. TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT NGANG  Mômen tĩnh của mặt cắt ngang đối với một trục  Mômen quán tính của mặt cắt ngang  Mômen quán tính của một số hình phẳng đơn giản  Công thức chuyển trục song song của mômen quán tính  Công thức xoay trục của mômen quán tính
  • 2. mặt cắt ngang đối với một trục O y xx y dF xC yC C       = = ∫ ∫ F y F X xdFS ydFS
  • 3. mặt cắt ngang đối với một trục Sx, Sy x, Sy là (chiều dài)3 Do x, y có thể âm hoặc dương nên Sx, Sy có thể âm hoặc dương. SX=0, Sy=0 thì trục x, y là trục trung tâm và đi qua trọng tâm mặt cắt. Ví dụ SX=0 thì trục x đi qua trọng tâm mặt cắt. Giao điểm của 2 trục trung tâm là trọng tâm
  • 4. cắt       = = F S y F S x x C y C
  • 5. của mặt cắt ngang  Mômen quán tính của hình phẳng đối với một trục       = = ∫ ∫ F 2 y F 2 X dFxJ dFyJ JX, Jy y, có thứ nguyên là (chiều dài)4
  • 6. của mặt cắt ngang  Mômen quán tính độc cực (mômen quán tính đối với một điểm) ∫ρ= F 2 P dFJ O y xx y p F dF ρ là khoảng cách từ A(x,y) đến gốc tọa độ, với ρ2 = x2 +y2 ( )∫ +=+= F yx 22 p JJdFyxJ
  • 7. của mặt cắt ngang  Mômen quán tính ly tâm ∫= F xy xydFJ
  • 8. của mặt cắt ngang  Khi mômen quán tính ly tâm đối với hệ trục nào đó bằng không thì hệ trục đó được gọi là là .  Tại bất kỳ điểm nào trên mặt phẳng của mặt  Nếu thì bất kỳ
  • 9. của một số hình phẳng đơn giản  Mặt cắt hình chữ nhật 12 hb J 3 y = 12 bh J 3 x =
  • 10. của một số hình phẳng đơn giản  Mặt cắt hình tam giác 12 bh J 3 x =
  • 11. của một số hình phẳng đơn giản  Mặt cắt hình tròn 2 R JJ 4 yx π == 4 4 yx 4 4 P D05,0 64 D JJ D1,0 32 D J ≈ π == ≈ π =
  • 12. của một số hình phẳng đơn giản  Mặt cắt ngang hình vành khăn ( ) ( ) ( ) ( )444 4 444 444 105,01 642 11,01 323232 ηη π ηη πππ −≈−=== −≈−=−= D DJ JJ D DdD J P yx P
  • 13.
  • 14. hình chữ nhật:  Mặt cắt hình tròn:  Mặt cắt hình vành khăn: 12 h ix = 12 b iy = 4 D ii yx == 2 yx 1 4 D ii α+==
  • 15. trục song song của mômen quán tính  Vấn đề: biết Jx, Jy, Jxy đối với hệ trục Oxy. Tìm JX, JY, JXY đối với hệ trục song song OXY    += += byY axX
  • 16. trục song song của mômen quán tính      += = ++= abFbSaSJJ FaaS2JJ FbbS2JJ yxxyYX 2 yyY 2 xxX
  • 17. trục song song của mômen quán tính  Nếu x, y là hệ trục trung tâm, thì Sx = Sy = 0      += += += abFJJ FaJJ FbJJ xyYX 2 yY 2 xX  Nếu xy là hệ trục quán tính chính trung tâm, thì Sx = Sy = 0 và Jxy = 0      = += += abFJ FaJJ FbJJ YX 2 yY 2 xX
  • 18. trục của mômen quán tính Vấn đề  Có diện tích mặt cắt ngang F  Giả sử biết: mômen quán tính của diện tích F (Jx, Jy, Jxy) đối với hệ trục Oxy.  Tính mômen quán tính của diện tích F đối với hệ trục Ouv
  • 19. trục của mômen quán tính Gọi (u, v) là tọa độ của điểm A trong hệ tọa độ Ouv, ta có u = xcosα + ysinα v = -xsinα + ycosα (a) Mômen quán tính đối với hệ trục Ouv là          = = = ∫ ∫ ∫ F uv F 2 v F 2 u uvdFJ dFuJ dFvJ
  • 20.
  • 21. trục của mômen quán tính  Vị trí hệ trục quán tính chính trung tâm được xác định từ điều kiện Juv=0 hay yx xy JJ J2 2tg − −=α Trị số mômen quán tính đối với hệ trục quán tính chính ( ) ( ) 2 xy 2 yx yx 2 xy 2 yx yx J4JJ 2 1 2 JJ J J4JJ 2 1 2 JJ J +−− + = +−+ + = min max
  • 22. định mômen quán tính chính trung tâm của mặt cắt
  • 23. Xác định trọng tâm mặt cắt a F yF y i i i ii c 3 5 3 1 3 1 == ∑ ∑ = =
  • 24. Mômen quán tính chính trung tâm 4 3 143 321 a JJJJ F x F x F xx = = 4 19 321 a JJJJ F y F y F yy = =
  • 25. Bán kính quán tính chính aa F J i x x 993,1 12.3 143 2 === aa F J i y y 258,1 12 19 2 ===
  • 26. thanh ghép gồm hai thanh  Thép chữ ⊂ có số hiệu N0 20a  Thép góc đều cạnh có số hiệu N0 8(80x80x6). Xác định các mômen quán tính chính và phương của hệ trục quán tính chính trung tâm của mặt cắt.
  • 27. với thép chữ ⊂ (số hiệu N0 20a) h = 20cm b1= 8cm z1 = 2,27cm F1 = 25cm2 Jx1 = 1660cm4 Jy1 = 137cm4
  • 28. với thép chữ góc đều cạnh (số hiệu N0 8 (80x80x6)  b2= 8cm  z2 = 2,19cm  F2 = 9,38cm2  Jx2 = Jy2 = 57cm4  Jx0 = Jmax = 90,4cm4  Jy0 = Jmin = 23,5cm4
  • 29. định trọng tâm mặt cắt: cmy cmx C C 13,2 217,1 = = Lập hệ trục trung tâm XCY, gọi C1 và C2 là ọa độ trọng tâm của thép ⊂ và thép V: C1(-1,217; -2,13), C2(3,25; 5,68)
  • 30. Mômen quán tính chính và phương của hệ trục quán tính chính trung tâm của mặt cắt. 21 F X F XX JJJ += 21 F Y F YY JJJ += 21 F XY F XYXY JJJ +=
  • 31. ) 42 1 2 C F x F X cm41773132x251660FYJJ 1 1 1 1 ,, =+=+= ( ) ( ) 42 2 2 2C F x F X cm635968538957FYJJ 2 2 2 ,,, =+=+= ( ) 42 1 2 C F y F Y cm61732171x25137FXJJ 1 1 1 1 ,, =+=+= ( ) 42 2 2 C F y F Y cm156253x38957FXJJ 2 2 2 2 =+=+= ,,
  • 32. Để tính được mômen quán tính ly tâm, trước tiên ta phải tính mômen ly tâm của thép góc đều cạnh đối với hệ trục O2x2y2. α+α − = 2J2 2 JJ J 00 00 22 yx yx yx cossin sin2α=sin900 =1 Jx0y0=0 4 yx cm4533 2 5234990 J 22 , ,, = − =
  • 33. F yx F XY = += += 4 222 6,206 38,9)68,525,3(45,33 2 22 2 cm x FbaJJ F yx F XY = += +=
  • 34. cm2133JJJ 21 =+= 4F Y F YY cm330JJJ 21 =+= 4F XY F XYXY cm271JJJ 21 =+=
  • 35. của hệ trục quán tính chính trung tâm là: 3010 3302133 271x2 JJ J2 2 YX XY ,tan −= − −= − −=α Giải ra ta được α1= -80 36’, α2=810 24’
  • 36. số mômen quán tính đối với hệ trục quán tính chính trung tâm ( ) 2 J4JJ 2 JJ J 2 XY 2 YXYX +− ± + = min max ( ) 4 4 22 min max 5,292 5,2171 2 271.43302133 2 3302133 cm cm J = +− ± + =
  • 37. Xác định mômen quán tính chính trung tâm của mặt cắt
  • 38. mặt cắt có tọa độ C(1,5a; 4a). Qua C lập hệ trục trung tâm XCY, khi đó C1, C2 đối với hệ trục XCY là ( ) ( )a2aC aa50C 2 1 −− , ,, Xác định trọng tâm mặt cắt Chọn hệ trục xOy, chia mặt cắt thành hai hình, trọng tâm mặt cắt được xác định từ công thức ay ax C C 4 5,1 = =
  • 39. a32JJJ 21 =+= 4F Y F YY a17JJJ 21 =+= 4F XY F XYXY a12JJJ 21 =+= Mômen quán tính chính
  • 40. của hệ trục quán tính chính trung tâm của mặt cắt. 61 a17a32 a12x2 JJ J2 2 44 4 YX XY ,tan −= − −= − −=α Giải ra ta được α1 = -290 , α2 =610
  • 41. Trị số mômen quán tính đối với hệ trục quán tính chính trung tâm là: ( ) 2 J4JJ 2 JJ J 2 XY 2 YXYX +− ± + = min max ( ) ( ) 4 42424444 a8510 a6538 2 a124a17a32 2 a17a32 J , , min max = +− ± + =