단면1차모멘트와 단면2차모멘트
단면1차모멘트와 단면2차모멘트는 단면의 모양에서 결정되는 기하학적 양이다. 단면1차모멘트는 면적에 거리 1제곱을, 단면2차모멘트는 거리 2제곱을 곱해 적분한 값이다. 두 값 모두 재료의 종류와는 무관하다. 먼저 x축에 대한 단면1차모멘트를 본다. 거리 y를 곱해 면적…
주요 장면
대본
정의
단면1차모멘트와 단면2차모멘트는 단면의 모양에서 결정되는 기하학적 양이다.
단면1차모멘트는 면적에 거리 1제곱을, 단면2차모멘트는 거리 2제곱을 곱해 적분한 값이다.
두 값 모두 재료의 종류와는 무관하다.
도심과 단면1차모멘트
먼저 x축에 대한 단면1차모멘트를 본다. 거리 y를 곱해 면적에 대해 적분한 값이다.
도심은 이 값이 0이 되는 점이다. 복합 단면은 면적과 도심 위치의 가중평균으로 구한다.
따라서 도심을 지나는 축에 대한 단면1차모멘트는 항상 0이다.
평행축정리
단면2차모멘트는 단면의 모양만으로 정해지며, 도심축 값에서 평행축정리로 다른 축 값을 구한다.
평행축정리는 I = Ic + A·d²이다. 여기서 d는 도심축과 기준축 사이 거리다.
이 식은 기준축이 도심축과 평행할 때만 성립한다.
단면2차모멘트는 도심에서 가장 작은 값을 가진다.
직사각형 예제
직사각형 폭 b, 높이 h의 도심축 단면2차모멘트는 bh³/12다.
같은 직사각형을 밑변 기준으로 보면 bh³/3이 된다.
두 값의 차이 bh³/4는 A(h/2)²과 같아 평행축정리와 일치한다.
정답은 bh³/12다. 밑변 기준 값과 혼동하지 않는다.
T형 단면 예제
치수는 가상의 예다. 플랜지는 300×20 mm, 복부는 20×380 mm다.
아래 모서리 기준으로 면적과 y를 곱해 합산한 뒤 전체 면적으로 나눈다.
그 결과 도심은 아래에서 약 278.2 mm 위치다.
각 부분의 도심축 값에 평행축정리를 적용해 더하면 Ix는 약 2.26×10⁸ mm⁴다.
폭 300, 높이 400 직사각형의 1.6×10⁹ mm⁴보다 작아 상식 범위다.
시험 포인트
첫째, 기준축과 도심축을 혼동하지 않는다. 도심축에 대한 단면1차모멘트는 0이다.
둘째, 평행축정리를 명시하고 d를 두 축 사이 거리로 정의한다.
셋째, 계산 단위와 답의 단위를 맞춘다.
정답은 0이다. 도심축 단면1차모멘트는 항상 0이다.
정리
정리한다. 도심축 단면1차모멘트는 0이고, 도심축 단면2차모멘트는 가장 작은 값을 가진다.
다른 축 값은 평행축정리 I = Ic + A·d²로 구하고, 직사각형은 bh³/12를 기억한다.