形心重心计算公式
材料力学形心计算公式
材料力学形心计算公式材料力学是研究物质的内部结构和性质以及物质受力和变形规律的一门学科。
在材料力学中，形心是一个重要的概念，它可以帮助我们更好地理解物体的受力和变形情况。
在本文中，我们将介绍材料力学中形心的概念以及形心计算公式。
首先，让我们来了解一下形心的概念。
形心是一个物体几何形状的特征点，它可以用来描述物体的质量分布情况。
对于一个平面图形而言，形心通常是指该图形在均匀质量分布下的质心位置。
而对于一个立体物体而言，形心则是指该物体在均匀质量分布下的重心位置。
形心的计算可以帮助我们分析物体受力和变形的情况，对于工程设计和科学研究具有重要意义。
接下来，让我们来介绍一些常见图形的形心计算公式。
对于一个平面图形而言，常见的形心计算公式包括矩形、三角形、梯形和圆形等。
以矩形为例，其形心的计算公式为：\[ X = \frac{b}{2} \]\[ Y = \frac{h}{2} \]其中，\( X \) 和 \( Y \) 分别表示矩形的形心坐标，\( b \) 和 \( h \) 分别表示矩形的宽度和高度。
对于三角形而言，其形心的计算公式为：\[ X = \frac{a}{3} \]\[ Y = \frac{h}{3} \]其中，\( X \) 和 \( Y \) 分别表示三角形的形心坐标，\( a \) 和 \( h \) 分别表示三角形的底边长和高度。
对于梯形和圆形，其形心的计算公式也可以通过数学推导得出。
这些形心计算公式可以帮助我们在工程设计和科学研究中更好地分析和应用形心的概念。
除了平面图形外，对于立体物体而言，形心的计算也具有重要意义。
常见的立体物体包括长方体、圆柱体和球体等。
这些立体物体的形心计算公式可以通过积分或几何推导得出，它们可以帮助我们更好地理解立体物体的质量分布情况。
在工程设计中，形心的计算可以帮助我们确定物体的受力和变形情况，从而指导工程设计和结构分析。
在科学研究中，形心的计算也可以帮助我们深入理解物体的内部结构和性质，为科学研究提供重要参考。
形心重心的理论计算公式
形心重心的理论计算公式式中V=∑Vi。
在均质重力场中，均质物体的重心、质心和形心的位置重合。
五、均质等厚薄板的重心（平面组合图形形心）公式：令式中的∑A i.x i＝A.x c＝S y；∑A i.y i＝A.y c＝S x则S y、S x分别称为平面图形对y轴和x轴的静矩或截面一次矩。
六、物体重心位置的求法工程中，几种常见的求物体重心的方法简介如下：1、对称法凡是具有对称面、对称轴或对称中心的简单形状的均质物体，其重心一定在它的对称面、对称轴和对称中心上。
对称法求重心的应用见下图。
2、试验法对于形状复杂，不便于利用公式计算的物体，常用试验法确定其重心位置，常用的试验法有悬挂法和称重法。
（1）、悬挂法利用二力平衡公理，将物体用绳悬挂两次，重心必定在两次绳延长线的交点上。
悬挂法确定物体的重心方法见图(2）、称重法对于体积庞大或形状复杂的零件以及由许多构件所组成的机械，常用称重法来测定其重心的位置。
例如，用称重法来测定连杆重心位置。
如图。
设连杆的重力为G ,重心C点与连杆左端的点相距为Xc，量出两支点的距离L，由磅秤读出B端的约束力F B,则由∑M A(F)=0 F B.L－G.x c＝0x c＝F B.L/G(3)、分割法：工程中的零部件往往是由几个简单基本图形组合而成的，在计算它们的形心时，可先将其分割为几块基本图形，利用查表法查出每块图形的形心位置与面积，然后利用形心计算公式求出整体的形心位置。
此法称为分割法。
下面是平面图形的形心坐标公式：(4)、负面积法：仍然用分割法的公式，只不过去掉部分的面积用负值。
3、查表法在工程手册中，可以查出常用的基本几何形体的形心位置计算公式。
下面列出了几个常用的图形的形心位置计算公式和面积公式。
四、求平面图形的形心举例例1 热轧不等边角钢的横截面近似简化图形如图所示，求该截面形心的位置。
解:方法一（分割法）：根据图形的组合情况，可将该截面分割成两个矩形Ⅰ，Ⅱ，C1和C2分别为两个矩形的形心。
形心、质心与重心
1、形心
形心是几何构形的中心，没有物理含义，是对几何构形上所有点的位置的一种等
效，设形心位置为c r r ，则计算公式如下
c rdv r V =⎰
r r 或i
ci x dv x V
=⎰
2、质心
质心是用来等效物体质量分布的一个几何点，由计算物体动量引出，这里假设物体密度为常数
m m d d d vdv rdv m r V r dt dt dt
ρρρ====⎰⎰p r r r r m rdv r V ⇒=⎰r r 或i mi x dv x V
=⎰ 可见，当物体质量分布均匀时质心与形心重合。
若物体密度并非常数，则 m rdv r dv
ρρ⇒=⎰⎰r r 3、重心
重心是用来等效物体重力作用的一个几何点，由计算物体对坐标原点的重力矩引出，这里假设物体密度为常数
()o g g g g M g r i dv g rdv i gVr i ρρρ=⨯=⨯=⨯⎰⎰r r r r r r
g rdv r V ⇒=⎰r r
可见在重力场中，对于质量分布均匀的物体，重心、质心、形心三者重合。
形心坐标计算公式二重积分
形心坐标计算公式二重积分形心（centroid）是一个几何物体的重心，它是物体的形状和密度分布的综合体现。
形心坐标是用来描述形心位置的坐标值，它可以通过二重积分的方法计算得到。
二重积分是对二元函数在给定区域上的积分运算。
对于形心坐标的计算，我们可以利用二重积分的定义来求解。
设有一个平面区域D，函数f(x,y)在D上有定义。
我们可以将这个区域D划分为许多小的矩形区域，每个矩形的宽度为Δx，高度为Δy。
那么在每个小矩形区域内部，我们可以取一个任意的点(xi,yi)，并计算这个点上函数值f(xi,yi)与矩形面积ΔA的乘积。
然后将每个矩形的乘积相加，即可得到整个区域D上的二重积分。
记D的面积为A，形心坐标为（X,Y），则形心坐标的计算公式为：X = (1/A) ∬[D] x*f(x,y)dxdyY = (1/A) ∬[D] y*f(x,y)dxdy其中符号∬[D]表示对区域D上的积分运算。
实际上，这个二重积分的计算可以通过对x和y分别进行积分的方式得到。
首先对x进行积分，固定y的值，得到新的函数g(y)，表示在x方向上的质量或面积分布。
然后对y进行积分，将g(y)与y相乘后对y进行积分，就可以求得形心坐标X。
同样的方法可以求得形心坐标Y。
具体的计算步骤如下：1.对x进行积分，根据具体函数f(x,y)和区域D的形状选择合适的积分方法，得到新的函数g(y)。
2.对y进行积分，将g(y)与y相乘后对y进行积分，得到形心坐标X。
3.同样的方法对y进行积分，得到形心坐标Y。
需要注意的是，对于不规则的区域D和复杂的函数f(x,y)，二重积分的计算可能会比较繁琐和复杂。
通常情况下，可以利用数值积分的方法来近似计算形心坐标。
总结起来，形心坐标的计算需要使用二重积分的方法，具体步骤是对函数f(x,y)进行二重积分，并根据定义和区域D的性质获得形心坐标的计算公式。
根据具体情况选择适当的积分方法，并注意处理不规则区域和复杂函数的情况。
T字型截面形心计算公式
T字型截面形心计算公式
T字型截面的形心是指截面所有形状的重心，它是计算截面抵抗弯曲力和剪切力的重要参数。
计算T字型截面形心的公式如下：χ = [(b1*d1^2/2) + (b2*d2^2/2)] / [(b1*d1) + (b2*d2)]
其中，χ为形心距底板距离的比例系数，b1和b2分别为T字型截面上下底板的宽度，d1和d2分别为T字型截面上下底板到形心的距离。
解释：公式的分子部分故名思义是对应矩的计算，即以底板作为基准面，分别计算上下板的对应矩（moment），然后加起来。
而分母部分是对应力的计算，即底面积乘以距离，也就是总的力矩。
这个公式的计算方法是先通过横截面图形上套用静力学平衡原理求得图形的惯性矩，然后再通过求和、平均，求得形心的位置。
这个公式常用于建筑物结构、机械设计以及船舶工程等领域。
参数方程的形心坐标公式
参数方程的形心坐标公式形心，也称作质心或重心，是指一个平面图形或三维空间图形的重心位置，即该图形的所有质点的平均位置。
在几何学中，求解形心坐标是一个重要的问题，可以通过参数方程来计算。
参数方程是一种表示曲线或曲面的方程，其中自变量通常表示为参数。
在二维平面上，一个曲线的参数方程可以表示为x = f(t), y = g(t)，其中t是参数，f(t)和g(t)是关于t的函数。
同样，在三维空间中，一个曲面的参数方程可以表示为x = f(u, v), y = g(u, v), z = h(u, v)，其中u和v是参数，f(u, v), g(u, v)和h(u, v)是关于u和v 的函数。
对于一个平面图形的形心，可以使用参数方程的形心坐标公式来计算。
对于一个曲线，形心坐标公式可以表示为：x̄= (1/L) ∫[a,b] x(t)ρ(t)dtȳ= (1/L) ∫[a,b] y(t)ρ(t)dt其中L是曲线的弧长，[a,b]是参数t的取值范围，x(t)和y(t)分别是曲线上点的x坐标和y坐标的函数，ρ(t)是曲线上点的单位质量。
同样地，对于一个曲面，形心坐标公式可以表示为：x̄ = (1/S) ∬[D] x(u, v)ρ(u, v)dAȳ = (1/S) ∬[D] y(u, v)ρ(u, v)dAz̄ = (1/S) ∬[D] z(u, v)ρ(u, v)dA其中S是曲面的面积，[D]是参数u和v所确定的曲面上的区域，x(u, v)，y(u, v)和z(u, v)分别是曲面上点的x坐标、y坐标和z坐标的函数，ρ(u, v)是曲面上点的单位质量，dA是曲面上的面积元素。
形心坐标公式的推导可以通过对参数t、u和v进行积分来得到。
在计算形心时，需要确定曲线或曲面上每个点的密度分布，即单位质量。
通常情况下，可以假设质量均匀分布在曲线或曲面上，即单位质量在整个曲线或曲面上是恒定的。
形心坐标公式的应用非常广泛。
在工程学中，形心坐标公式可以用于计算物体的质心位置，从而确定物体的平衡状态。
五边形形心计算公式
形心计算公式：∫∫Dxdxdy=重心横坐标×D的面积，∫∫Dydxdy=重心纵坐标×D的面积。
形心是针对抽象几何体而言的，对于密度均匀的实物体，质心和形心重合。
多边形的中心（形心）由下式给出：
关于形心的性质：
1、一个凸对象的几何中心总在其内部。
一个非凸对象的几何中心可能在外部，比如一个环或碗的几何中心不在内部。
2、三角形的重心与三顶点连线，所形成的六个三角形面积相等。
3、顶点到重心的距离是中线的三分之二。
4、重心、外心、垂心、九点圆圆心四点共线。
5、重心、内心、奈格尔点、类似重心四点共线。
6、三角形的重心同时也是中点三角形的重心。
形心、质心与重心
1、形心
形心是几何构形的中心，没有物理含义，是对几何构形上所有点的位置的一种等
效，设形心位置为c r r ，则计算公式如下
c rdv r V =⎰
r r 或i
ci x dv x V
=⎰
2、质心
质心是用来等效物体质量分布的一个几何点，由计算物体动量引出，这里假设物体密度为常数
m m d d d vdv rdv m r V r dt dt dt
ρρρ====⎰⎰p r r r r m rdv r V ⇒=⎰r r 或i mi x dv x V
=⎰ 可见，当物体质量分布均匀时质心与形心重合。
若物体密度并非常数，则 m rdv r dv
ρρ⇒=⎰⎰r r 3、重心
重心是用来等效物体重力作用的一个几何点，由计算物体对坐标原点的重力矩引出，这里假设物体密度为常数
()o g g g g M g r i dv g rdv i gVr i ρρρ=⨯=⨯=⨯⎰⎰r r r r r r
g rdv r V ⇒=⎰r r
可见在重力场中，对于质量分布均匀的物体，重心、质心、形心三者重合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
网络教程
绪论
第一章静力学基本概念
第二章平面力系
第三章重心和形心
第四章轴向拉伸与压缩
第五章剪切与挤压第六章圆轴的扭转第七章平面弯曲内力第八章梁的强度与刚度
第九章强度理论
第十章组合变形
第十一章质点的运动第十二章刚体基本运动
第十三章点的合成运动
第十四章刚体平面运动
第十五章功和动能定理
第十讲重心和形心
目的要求：掌握平面组合图形形心的计算。
教学重点：分割法和负面积法计算形心。
教学难点：对计算形心公式的理解。
教学内容：
§3-4 重心和形心
一、重心的概念：
1、重心的有关知识，在工程实践中是很有用的，必须要加以掌握。
2、重力的概念：重力就是地球对物体的吸引力。
3、物体的重心：物体的重力的合力作用点称为物体的重心。
无论物体怎样放置，重心总是一个确定点，重心的位置保持不变。
二、重心座标的公式：
(1)、重心座标的公式
三、物体质心的坐标公式
在重心坐标公式中，若将G=mg，G i＝m i g代入并消去g，可得物体的质心坐标公式如下：四、均质物体的形心坐标公式
若物体为均质的，设其密度为ρ，总体积为V,微元的体积为V i，则G=ρgV,G i＝ρgV i，代入重心坐标公式，即可得到均质物体的形心坐标公式如下：
式中V=∑Vi。
在均质重力场中，均质物体的重心、质心和形心的位置重合。
五、均质等厚薄板的重心（平面组合图形形心）公式：
令式中的∑A i.x i＝A.x c＝S y；
∑A i.y i＝A.y c＝S x
则S y、S x分别称为平面图形对y轴和x轴的静矩或截面一次矩。
六、物体重心位置的求法工程中，几种常见的求物体重心的方法简介如下：
1、对称法
凡是具有对称面、对称轴或对称中心的简单形状的均质物体，其重心一定在它的对称面、对称轴和对称中心上。
对称法求重心的应用见下图。
2、试验法对于形状复杂，不便于利用公式计算的物体，常用试验法确定其重心位置，常用的试验法有悬挂法和称重法。
（1）、悬挂法
利用二力平衡公理，将物体用绳悬挂两次，重心必定在两次绳延长线的交点上。
悬挂法确定物体的重心方法见图
(2）、称重法
对于体积庞大或形状复杂的零件以及由许多构件所组成的机械，常用称重法来测定其重心的位置。
例如，用称重法来测定连杆重心位置。
如图。
设连杆的重力为G ,重心C点与连杆左端的点相距为Xc，量出两支点的距离L，由磅秤读出B端的约束力F B,
则由∑M A(F)=0 F B.L－G.x c＝0
x c＝F B.L/G
(3)、分割法：
工程中的零部件往往是由几个简单基本图形组合而成的，在计算它们的形心时，可先将其分割为几块基本图形，利用查表法查出每块图形的形心位置与面积，然后利用形心计算公式求出整体的形心位置。
此法称为分割法。
下面是平面图形的形心坐标公式：
(4)、负面积法：
仍然用分割法的公式，只不过去掉部分的面积用负值。
3、查表法在工程手册中，可以查出常用的基本几何形体的形心位置计算公式。
下面列出了几个常用的图形的形心位置计算公式和面积公式。
四、求平面图形的形心举例
例1 热轧不等边角钢的横截面近似简化图形如图所示，求该截面形心的位置。
解:
方法一（分割法）：
根据图形的组合情况，可将该截面分割成
两个矩形Ⅰ，Ⅱ，C1和C2分别为两个矩形
的形心。
取坐标系Oxy如图所示，则矩形Ⅰ，
Ⅱ的面积和形心坐标分别为
A1=120mm×12mm＝1440mm2
x1＝6mm
y1＝60mm
A2＝（80-12）mm×12mm＝816mm2
x2＝12mm＋（80-12）/20=46mm
y2＝6mm
即所求截面形心C点的坐标为（20.5mm，40.5mm）
方法二(负面积法)：
用负面积法求形心。
计算简图如图。
A1＝80mm×120mm＝9600mm2
x1＝40mm y1＝60mm
A2=－108mm×68mm＝－7344mm2
x1＝12mm＋（80－12)mm/2=46mm
y1＝12mm＋（120－12)mm/2=66mm
由于将去掉部分的面积作为负值，方法二又称为负面积法。
例2 试求如图所示图形的形心。
已知R＝100mm，r2＝30mm，r3＝17mm。
解:由于图形有对称轴，形心必在对称轴上，建立坐标系Oxy如图所示，只须求出x c，将图形看成由三部分组成，各自的面积及形心坐标分别为
（1）、半径为R的半圆面：
A1＝πR2/2＝π×(100mm)2/2＝15700mm2
y1＝4R/(3π)＝4×100mm/(3π)＝42.4mm
(2）、半径为r2的半圆面
A2＝π(r2)2/2＝π×(30mm)2/2＝1400mm2
y2＝－4r2/(3π)＝－4×30mm/(3π)＝－
12.7mm
（3）、被挖掉的半径为r3的圆面：
A3＝－π(r3)2＝－π(17mm)2＝910mm2
y3＝0
(4）、求图形的形心坐标。
由式形心公式可求得即所求截面形心C点的坐标为（0mm，40mm）。