極慣性矩
編輯面積的第二極矩,也稱為(錯誤地,口語化地)極慣性矩或慣性矩,是用于描述圓柱形(或非圓柱形)物體(或 物體的部分)具有不變的橫截面并且沒有明顯的翹曲或平面外變形。 它是面積二階矩的組成部分,通過垂直軸定理聯系起來。 其中平面面積二階矩描述物體在受到施加到平行于中心軸的平面上的力時對偏轉(彎曲)的抵抗力,面積的極坐標二階矩描述物體在以下情況下對偏轉的抵抗力 受到在垂直于物體中心軸(即平行于橫截面)的平面上施加的力矩。
簡而言之,“區域極矩”是軸或梁抗扭轉變形的能力,是其形狀的函數。 剛度僅來自物體的橫截面積,而不取決于其材料成分或剪切模量。 面積二次極矩的大小越大,物體的扭轉剛度就越大。
定義
編輯描述面積極矩的方程是物體橫截面積 A {\displaystyle A} 的多重積分。
這也顯示在垂直軸定理中。 對于具有旋轉對稱性的物體,例如圓柱體或空心管
單位
編輯與面積的平面二次矩一樣,極地二次矩的 SI 單位在美國慣用單位和英制單位中是米的四次方 (m4) 和英寸的四次方 (in4)。
限制
編輯面積的極二次矩不足以用于分析具有非圓形橫截面的梁和軸,因為它們在扭曲時傾向于翹曲,從而導致面外變形。 在這種情況下,應該用扭轉常數代替,其中包括適當的變形常數以補償翹曲效應。 其中,有文章區分了面積的極二矩 I z {\displaystyle I_{z}} 和扭轉常數 J t {\displaystyle J_{t}} ,不再使用 J { \displaystyle J} 來描述面積的極二矩。
在具有顯著橫截面變化(沿施加扭矩的軸)的物體中,無法分段分析,可能必須使用更復雜的方法。 請參見 3-D 彈性。
申請
編輯雖然極坐標二次矩最常用于計算物體在平行于橫截面施加的力矩(扭矩)下的角位移,但提供的剛度值與提供的抗扭阻力沒有任何關系 一個物體作為其組成材料的函數。 物體材料提供的剛度是其剪切模量 G {\displaystyle G} 的一個特征。 將這兩個特征與軸的長度 L {\displaystyle L} 結合起來,就能夠計算出軸的角度偏轉 θ {\displaystyle \theta } 。
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