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惯性矩如何计算

发布时间:2025-06-19 08:42:31

惯性矩的计算方法主要分为规则物体和复杂物体的计算方式,具体如下:

一、规则物体的惯性矩计算

矩形截面

公式:$I = frac{bh^3}{12}$(其中 $b$ 为宽度,$h$ 为高度)

说明:该公式适用于计算矩形截面绕形心轴的惯性矩,单位为 $kg cdot m^4$。

圆形截面

公式:$I = frac{pi d^4}{64}$(其中 $d$ 为直径)

说明:适用于圆形截面绕形心轴的惯性矩计算。

环形截面

公式:$I = frac{pi D^4 (1 - alpha^4)}{64}$(其中 $D$ 为外径,$alpha$ 为截面厚度与外径的比值)

说明:用于计算环形截面绕形心轴的惯性矩。

工字截面

公式:

$I_{zc} = Bh^3 - frac{bh^3}{12}$($H$ 为高度,$B$ 为底宽)

$I_{yc} = B(H-h)^3 + frac{(B-b)h^3}{12}$($b$ 为底宽的一半)

说明:分别计算竖轴和横轴的惯性矩。

二、复杂物体的惯性矩计算

数值方法

将物体分割为多个小块,分别计算各小块的惯性矩并求和,适用于形状复杂或质量分布不均匀的物体。

平行轴定理

当旋转轴不通过形心时,使用公式 $I = I_c + md^2$(其中 $I_c$ 为形心轴惯性矩,$m$ 为质量,$d$ 为轴与形心的距离)。

三、注意事项

单位 :惯性矩单位为 $kg cdot m^4$(质量惯性矩)或 $N cdot m^2$(力矩单位)。- 对称性 :规则对称截面(如圆形、矩形)的主惯性轴与对称轴重合,简化计算。- 形心 :计算时需明确旋转轴与形心的相对位置,避免混淆质量惯性矩与转动惯量。

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