12
  Ñaëc tröng hình hoïc maët caét ngang Khoa Xaây Döïng & Cô Hoïc ÖÙng Duïng  Baøi taäp söùc beàn vaät lieäu trang 1 06/2013 Chöông 04 ÑAËC TRÖNG HÌNH HOÏC MAËT CAÉT NGANG I) TOÙM TAÉT LYÙ THUYEÁT 1) Dieän tích hình phaúng:  F  F dF   (4.1) 2) Moâ men tónh cuûa hình phaúng ñoái vôùi truïc Ox  va Oy : . .  x  F  y  F S y dF  S x dF      (4.2) 3) Moâmen tónh cuûa hình phaúng ñoái vôùi moät truïc naøo ñoù baèng khoâ ng, truïc ñoù ñöôïc goïi laø truïc trong taâm, giao ñieåm cuûa hai truïc trung taâm laø troïng taâm hình phaúng. Goïi C  laø troïng taâm maët caét, töø C  keû heä truïc toïa ñoä o o Cy  song song vôùi heä truïc Oy  töø ñoù ta coù: 0 0 C C  x x  y y y , Thay vaøo (4.2) ta co   0 0 0 . . 0  x C C x C x  F S y y dF y F S y F S    Vaäy ta coù: . .  x C  y C S y F S x F  , neáu hình phaúng laø nhieàu hình gheùp laïi: 1 1 . . i i n  x C i i n  y C i i S y F S x F   (4.3) Trong ño n  laø soá mieàn maø ta bieát tröôùc dieän tích vaø troïng taâm.  x   Hình 4.1  y  x  y  dF o  y o  x C C  x C  y o  x o  y O   

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  • ac trng hnh hoc mat cat ngang Khoa Xay Dng & C Hoc ng Dung

    Bai tap sc ben vat lieu trang 1 06/2013

    Chng 04

    AC TRNG HNH HOC MAT CAT NGANG

    I) TOM TAT LY THUYET

    1) Dien tch hnh phang:

    F

    F dF (4.1)

    2) Mo men tnh cua hnh phang oi vi truc Ox va Oy : .

    .

    x

    F

    y

    F

    S y dF

    S x dF

    (4.2)

    3) Momen tnh cua hnh phang oi vi mot truc nao o bang khong, truc o c goi la truc trong tam, giao iem cua hai truc trung tam la trong tam hnh phang. Goi C la trong tam mat cat, t C ke he truc toa o o ox Cy song song vi he truc xOy t

    o ta co: 00

    C

    C

    x x x

    y y y

    ,

    Thay vao (4.2) ta co 0 00

    . . 0x C C x C xF

    S y y dF y F S y F S

    Vay ta co: .

    .x C

    y C

    S y F

    S x F

    , neu hnh phang la nhieu hnh ghep lai: 1

    1

    .

    .

    i

    i

    n

    x C ii

    n

    y C ii

    S y F

    S x F

    (4.3)

    Trong o n la so mien ma ta biet trc dien tch va trong tam.

    xHnh 4.1

    y

    x

    y dF

    oy

    oxC

    Cx

    Cyox

    oy

    O

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 2 06/2013

    4) Trong tam hnh phang:

    1

    1

    1

    1

    .

    .

    i

    i

    n

    C iy i

    C n

    ii

    n

    C ix i

    C n

    ii

    x FS

    xF

    F

    y FS

    yF

    F

    (4.4)

    5) Cac momen quan tnh cua hnh phang oi vi truc Ox va Oy :

    2

    2

    .

    .

    x

    F

    y

    F

    J y dF

    J x dF

    (4.5)

    6) Momen quan tnh ly tam cua hnh phang oi vi he truc Ox va Oy : . .xyF

    J x y dF

    7) Momen quan tnh cc cua hnh phang oi vi tam O : 2.F

    J dF (4.7)

    x yJ J J

    8) Momen quan tnh ly tam cua hnh phang oi vi he truc trong o co mot truc oi xng bang khong, he truc o c goi la he truc quan tnh chnh, neu he truc quan tnh chnh i qua trong tam hnh phang c goi la he truc quan tnh chnh trung tam.

    9) Ban knh quan tnh cua hnh phang oi vi truc Ox va Oy :

    xx

    yy

    Ji

    F

    Ji

    F

    (4.8)

    10) Mo men quan tnh cua mot so hnh thng gap:

    Hnh 4.2

    x

    y

    C

    b

    h

    y

    x

    d

    Cx

    b

    h C

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 3 06/2013

    Hnh ch nhat:

    3

    3

    12

    12

    x

    y

    bhJ

    hbJ

    Hnh tron ac:

    44

    44

    0,0564

    2 0,132

    x y

    x

    dJ J d

    dJ J d

    Hnh tam giac:3

    36xbh

    J

    11) Cong thc chuyen truc song song:

    Momen quan tnh cua hnh phang oi vi truc Ox : 2 .x

    F

    J y dF , trong o 0 1y y y

    1 1

    2 2 2 20 1 0 1 0 1 0 0. . . 2 . . 2x x x

    F F F F

    J y y dF y dF y dF y y dF y F J y S

    Vay ta co: 1 1

    1 1

    20 0

    20 0

    2

    2

    x x x

    y y y

    J J y F y S

    J J x F x S

    (4.8)

    Neu O C (O la trong tam mat cat), ta co 1 1

    0x yS S

    1

    1

    20

    20

    x x

    y y

    J J y F

    J J x F

    (4.9)

    II) V DU V du 1: Tnh cac momen quan tnh hnh ch nhat canh b h oi vi cac truc ,x y nh hnh V.4.1

    xHnh 4.2

    y

    x

    y dF

    1y

    1xO

    Ox

    Oy1x

    1y

    O

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 4 06/2013

    Momen quan tnh cua hnh ch nhat oi vi cac truc trung tam: 1 1

    3 3

    ;12 12x ybh hb

    J J

    S dung cong thc chuyen truc song song ta co: 1

    1

    2 233

    2 233

    1. .

    2 12 2 3

    1. .

    2 12 2 3

    x x

    y y

    h bh hJ J bh bh bh

    b hb bJ J bh bh hb

    V du 2: Tnh cac momen quan tnh hnh tam giac oi vi truc x nh hnh V.4.2

    Momen quan tnh cua tam giac oi vi truc trung tam: 1

    3

    36xbh

    J

    S dung cong thc chuyen truc song song ta co:

    1

    2 23 31 1. .

    3 2 36 3 2 12x xh bh h bh

    J J bh bh

    V du 3: Tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua hnh phang nh hnh V.4.3a He truc oi xng xy la he truc quan tnh chnh trung tam cua hnh phang. Chia hnh phang thanh 3 hnh nh hnh V.4.3b, ta co 1 2 3x x x xJ J J J

    Hnh V.4.2

    xb

    h1x

    b

    h C

    x

    / 3h

    Hnh V.4.1

    1x

    1y

    C

    b

    hC

    b

    h

    x

    y

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 5 06/2013

    1

    2 3

    3

    423

    30.900

    1276626

    450.30 900 30.450.30

    12 2 2

    x

    x

    x x

    J

    J cm

    J J

    1 2 3

    3 34900.30 30.4502 45765

    12 12y y y yJ J J J cm

    Chia hnh phang thanh 3 hnh nh hnh V.4.3c, ta co 1 2 3x x x xJ J J J (hnh (1) la hnh ac, hnh (2), hnh (3) la hai hnh ch nhat rong)

    33

    4

    450 30.900450.960 22 76626

    12 12xJ cm

    1 2 3

    3 34900.30 30.4502 45765

    12 12y y y yJ J J J cm

    V du 4: Xac nh trong tam, tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua hnh phang nh hnh V.4.4a

    Chon he truc toa o 1x y nh hnh V.4.4b ( y la truc oi xng cua mat cat ngang), chia hnh phang thanh hai hnh gom hnh ac (1) va hnh rong (2).

    b

    b7b

    15b

    b

    b7b

    15b

    1x

    y

    Hnh V.4.4

    )a )b

    xC

    cy

    Hnh V.4.3

    900

    40

    30450

    450 30

    )a )b

    900

    30

    30450

    450 30

    x

    y

    3

    1

    2

    900

    30

    30450

    450 30

    x

    y

    1

    2

    3

    )c

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 6 06/2013

    Trong tam hnh phang: 2

    12

    1

    0

    3,5 .15 .7 3 .13 .6 89

    15 .7 13 .6 18

    i

    C

    C ii

    C

    ii

    x

    y Fb b b b b b

    y bb b b b

    F

    He truc xy la he truc quan tnh chnh trung tam cua hnh phang.

    3 32 21 2 4

    3 3

    1 2 4

    15 . 7 13 . 689 893,5 .15 .7 3 .13 .6 118,917b

    12 18 12 18

    7 . 15 6 . 13870,25

    12 12

    x x x

    y y y

    b b b bJ J J b b b b b b b b

    b b b bJ J J b

    V du 5: Xac nh trong tam, tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua hnh phang nh hnh V.4.5a

    Chon he truc toa o 1x y nh hnh V.4.5b ( y la truc oi xng cua mat cat ngang), chia hnh phang thanh hai hnh gom hnh.

    Trong tam hnh phang: 2

    2 21

    2 2 2

    1

    0

    4 .8 8,5 .76,1

    8 7

    i

    C

    C ii

    C

    ii

    x

    y Fb b b b

    y bb b

    F

    He truc xy la he truc quan tnh chnh trung tam cua hnh phang.

    3 32 21 2 2 2 4

    3 3

    1 2 4

    . 8 7 .4 6,1 .8 8,5 6,1 .7 118,85b

    12 12

    8 . . 729,25

    12 12

    x x x

    y y y

    b b b bJ J J b b b b b b

    b b b bJ J J b

    V du 6: Tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua hnh phang nh hnh V.4.6a

    b

    b

    8b

    7b

    b

    b

    8b

    7b

    1x

    1y

    x

    (1)

    (2)

    Hnh V.4.5

    )a )b

    cy

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 7 06/2013

    He truc oi xng xy la he truc quan tnh chnh trung tam cua hnh phang. Chia hnh phang thanh 2 tam giac nh hnh V.4.6b

    3

    4

    22 .

    22

    12 12x y

    bb

    bJ J

    V du 6: Tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua hnh phang nh hnh V.4.6a.

    He truc oi xng xy la he truc quan tnh chnh trung tam cua hnh phang nh hnh V.4.6b. Chia hnh phang thanh 3 hnh gom hnh ch nhat ac (1) va hai tam giac rong (2).

    3 34

    23 34

    75.70 12,5.204 2110416,667

    12 12

    70.75 40.12,5 100 12 40.12,5 1901041,667

    12 36 3 2

    x

    y

    J cm

    J cm

    50cm

    75cm

    40cm70cm

    50cm

    75cm

    40cm70cm x

    y

    )a )b

    Hnh V.4.7

    b b b b

    x

    y

    (1)

    (2)

    )a )b

    Hnh V.4.6

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    III) BAI TAP 4.1. Tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua mat cat ngang nh hnh B.4.1. 4.2. Xac nh trong tam, tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua mat cat ngang nh

    hnh B.4.2. Khi tnh bo qua cac goc ln (xem tai v tr cac goc lng la goc vuong). So sanh ket qua tnh c vi tra bang thep 70 70 6L .

    4.3. Xac nh trong tam, tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua cac mat cat ngang nh hnh B.4.3.

    4.4. Tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua mat cat ngang nh hnh B.4.4. Mt ct ngang gm hai thp ch 70 70 6L ghep lai.

    14

    16

    76

    70

    30

    120Hnh B.4.3

    30

    150

    70

    70

    6

    Hnh B.4.2

    6

    53014 14

    360

    9

    Hnh B.4.1

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 9 06/2013

    4.5. Xac nh trong tam, tnh cac momen quan tnh chnh trung tam cua cac mat cat ngang

    nh hnh B.4.5.

    6b

    b

    4b

    6b

    b

    4b

    Hnh B.4.5

    6

    6

    30

    22

    5 5b b2b

    610

    5

    48

    18

    3

    6

    5

    70

    6

    Hnh B.4.4

    6

    70

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 10 06/2013

    4.6. Mt ct ngang ca mt dm thp c t hp t bn thp gc u cnh s hiu 40 40 5L

    v bn tm thp c kch thc 7 70 nh hnh B.4.6. Tnh cc mmen qun tnh chnh trung tm ca mt ct.

    4.7. Mt ct ngang ca mt dm thp c t hp t bn thp gc u cnh s hiu 40 40 5L

    v tm thp c kch thc 174 6 nh hnh B.4.7. Tnh cc mmen qun tnh chnh trung tm ca mt ct.

    41 98

    183

    60

    20 60

    100

    160

    Hnh B.4.7

    6

    40 40 5L

    174

    70

    Hnh B.4.6

    7

    40 40 5L

    50cm75cm

    40cm

    70cm

    25cm

    5

    48

    18

    3

    6

    5

    348

    5 5b b2b

    2b

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    Bai tap sc ben vat lieu trang 11 06/2013

    4.8. Mt ct ngang ca mt dm thp c t hp t hai thp gc s hiu 18I v thp gc s hiu 22I nh hnh B.4.8. Tnh cc mmen qun tnh chnh trung tm ca mt ct.

    4.9. Mt ct ngang ca mt dm thp c t hp t hai thp gc s hiu 18I v hai tm thp

    thp c kch thc 400 12 nh hnh B.4.9. Tnh cc mmen qun tnh chnh trung tm ca mt ct.

    Hnh B.4.10

    180 70 5

    18I

    y

    y

    x x

    180 70 5

    Hnh B.4.10

    180 70 5

    y

    y

    x x

    180 70 5

    6 180

    240

    Hnh B.4.9

    18I 18I

    12

    400Hnh B.4.8

    18I18I

    22I