
【化】 moment of inertia
慣性矩(Moment of Inertia)是物理學和工程力學中描述物體抵抗旋轉運動狀态改變能力的量化指标。其英文對應術語為"moment of inertia",國際單位制中以kg·m²表示。根據材料力學理論,慣性矩的計算公式為: $$ I = int r , dm $$ 其中$r$為質量微元到旋轉軸的垂直距離,$dm$為質量微元。
在工程應用領域,慣性矩主要用于以下三個方面:
需要區分"moment of inertia"與"second moment of area"的術語差異:前者描述質量分布對旋轉的影響,後者專指幾何形狀對彎曲強度的貢獻。這種術語區分在ASME标準文件中有明确界定。
慣性矩(又稱截面二次矩)是描述物體截面形狀抵抗彎曲變形能力的幾何量,廣泛應用于工程力學和材料力學中。以下是詳細解釋:
慣性矩是截面上各微元面積與到指定軸距離平方乘積的積分,數學表達式為: $$ I_x = int_A y , dA $$ 其中:
反映材料截面在受彎時的抗變形能力:
特性 | 慣性矩 | 轉動慣量 |
---|---|---|
研究對象 | 截面形狀 | 質量分布 |
應用場景 | 靜力學彎曲計算 | 動力學旋轉運動 |
量綱 | [長度]⁴ | [質量][長度]² |
極慣性矩(抗扭慣性矩): $$ J = int_A r dA = frac{pi d}{32} $$ 用于計算軸類零件的扭轉角:( theta = frac{TL}{GJ} )
理解慣性矩是進行結構強度分析和機械設計的基礎,實際應用中還需結合平行軸定理處理複雜截面。
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