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输入计算

数学公式

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结果

回转半径 (k)
5
长度单位
I /(m 或 A) 25

什么是回转半径?

回转半径通常记作 \(k\)(也写作 \(r\)),指的是这样一段距离:若将物体的全部质量(或全部面积)都集中到离转动轴或弯曲轴这么远的位置,其转动惯量保持不变。简单来说,它用一个数值就概括了质量或面积相对于某根轴的分布情况。在动力学、结构工程以及柱的屈曲分析中,回转半径都是一个基础而关键的量。

分布质量被收拢成距轴 k 处薄环的梁的横截面
回转半径 k 是与轴的距离,全部质量集中在该处时可产生相同的转动惯量。

计算公式

对于动力学(质量)问题,回转半径为 $$k = \sqrt{\frac{I}{m}}$$其中 \(I\) 是质量转动惯量,\(m\) 是质量。对于结构(面积)问题,则为 $$k = \sqrt{\frac{I}{A}}$$其中 \(I\) 是截面惯性矩(面积的二次矩),\(A\) 是横截面面积。两者的数学形式完全一致,区别只在于输入量的物理含义不同。

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用平方根公式将 k、I 和 m 联系起来的直角三角形
图解 k = √(I/m):回转半径是转动惯量除以质量的平方根。

如何使用本计算器

首先选择按质量还是按面积进行计算,接着输入转动惯量 \(I\),再填入质量 \(m\) 或面积 \(A\)。计算器会给出回转半径 \(k\),并同时显示中间比值 \(I/(m \text{ 或 } A)\)。务必保持单位一致:若 \(I\) 以 \(\text{kg}\cdot\text{m}^2\) 为单位、\(m\) 以 kg 为单位,则 \(k\) 的单位为米(m);若 \(I\) 以 \(\text{mm}^4\) 为单位、\(A\) 以 \(\text{mm}^2\) 为单位,则 \(k\) 的单位为毫米(mm)。

实例演算

某钢截面的截面惯性矩 \(I = 1000 \text{ mm}^4\),横截面面积 \(A = 40 \text{ mm}^2\)。于是 \(I/A = 25 \text{ mm}^2\),$$k = \sqrt{25} = 5 \text{ mm}$$因此该截面的回转半径为 5 mm。

常见问题

质量与面积的回转半径是同一个概念吗?概念和公式都相同,区别在于输入量不同(质量转动惯量 vs 截面惯性矩),因此单位也随之不同。

为什么柱的屈曲分析要用到它?柱的长细比等于其有效长度除以最小回转半径,而长细比直接决定了临界屈曲荷载。

k 会比物体本身的尺寸还大吗?不会。由于 \(k\) 本质上是材料相对于轴的距离的加权平均值,它始终落在截面的实际范围之内。

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