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Momento d'inerzia, modulo di resistenza e raggio d'inerzia

Le proprietà delle sezioni non descrivono il materiale: descrivono come l'area della sezione trasversale è distribuita rispetto ai suoi assi.

Revisionata

area vicina all'assearea lontana dall'asseI minoreI maggioreI = ∫ y² dA
Allontanare l'area dall'asse aumenta fortemente I, perché ogni elemento di area è pesato con il quadrato della propria distanza.

Area della sezione trasversale A

L'area è utilizzata per calcolare la tensione assiale σ = F/A, la massa lineare ρA e la rigidezza assiale EA/L.

Tuttavia, non fornisce alcuna informazione sulla distribuzione del materiale.

Momento d'inerzia dell'area I

I = ∫ y² dA

Il momento d'inerzia dipende fortemente dalla distanza dall'asse. La stessa area posta a una distanza doppia fornisce un contributo quattro volte maggiore.

Distingui sempre Ix e Iy: una sezione può essere molto rigida rispetto all'asse maggiore e molto più debole rispetto all'asse minore.

Modulo di resistenza W

W = I / c ; σmax = M / W

Il modulo di resistenza combina I con la distanza c dalla fibra estrema. È utilizzato direttamente per stimare la tensione massima di flessione elastica.

A parità di momento M, un W maggiore determina una tensione massima inferiore.

Raggio d'inerzia r

r = √(I/A)

Il raggio d'inerzia rappresenta una distanza equivalente che descrive la distribuzione dell'area. È utilizzato nella snellezza degli elementi compressi λ = Lk/r.

L'asse con il valore minimo di r è generalmente il primo da verificare rispetto all'instabilità.

Assi e unità: la verifica essenziale

I è espresso come lunghezza alla quarta potenza, W come lunghezza al cubo e r come lunghezza. Confondere mm⁴ con m⁴ introduce un fattore 10¹².

Prima di riutilizzare un risultato, verifica sempre il nome dell'asse, la convenzione dimensionale e l'unità visualizzata.

Applicazione numerica

Esempio svolto: rettangolo 100 × 200 mm

Confrontare i momenti d'inerzia di un rettangolo di larghezza b = 100 mm e altezza h = 200 mm rispetto ai suoi assi baricentrici.

  1. A = b·h = 20.000 mm².
  2. Ix = b·h³/12 = 66,67 × 10⁶ mm⁴.
  3. Iy = h·b³/12 = 16,67 × 10⁶ mm⁴.
  4. Il rapporto Ix/Iy è 4.
  5. A parità di tutte le altre condizioni, la sezione è quindi geometricamente quattro volte più rigida rispetto a x che rispetto a y.

Risultato: Ruotando il rettangolo di 90° si scambiano l'asse maggiore e quello minore senza modificare area o materiale.

Metodo analitico classico insegnato nella resistenza dei materiali; esempio numerico adattato per Formulaxis. Apri la fonte esatta ↗

Per verificare e approfondire

Riferimenti diretti

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  1. Mechanics & Materials IMIT OpenCourseWareCorso universitario su tensioni, flessione, torsione e proprietà delle sezioni.
  2. Il Sistema internazionale di unità, 9ª edizioneUfficio internazionale dei pesi e delle misure (BIPM)Riferimento ufficiale per unità coerenti, simboli e conversioni.
  3. NIST Special Publication 811 — Guida al SINational Institute of Standards and TechnologyRegole pratiche per scrivere e convertire correttamente le grandezze fisiche.