التدريب لاختبار FE للهندسة المدنية: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و30 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدةالعودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

ردود أفعال ركائز الكمرات

الاتزان
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
حمل منتظم
المحصّلة w·L في منتصف الحمل
العزم
M = F·d

الطريقة

  1. ارسم مخطط الجسم الحر واستبدل كل ركيزة بردود أفعالها.
  2. استبدل كل حمل موزّع بقوة واحدة عند مركزه.
  3. خذ العزوم حول ركيزة واحدة لإيجاد ردّ الفعل عند الأخرى.
  4. استخدم ΣFy = 0 لإيجاد ردّ الفعل المتبقي، وتحقّق بمعادلة عزوم ثانية.

الجملون: طريقة العقد

طريقة العقد
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
طريقة المقاطع
ΣM = 0 about a cut point
قوة العضو
موجب = شدّ، سالب = ضغط

الطريقة

  1. أوجد ردود أفعال الركائز للجملون كله.
  2. طريقة العقد: ابدأ بعقدة فيها قوتا عضوين مجهولتان على الأكثر واستخدم ΣFx = 0 و ΣFy = 0.
  3. طريقة المقاطع: اقطع عبر العضو المطلوب وخذ العزوم حول نقطة تلتقي فيها الأعضاء المجهولة الأخرى.
  4. افترض الشدّ؛ الإجابة السالبة تعني الضغط.

قوة القص وعزم الانحناء

القص والعزم
V = ΣF على جانب واحد، M = ΣF·d على جانب واحد
إجهاد الانحناء
σ = M·y/I
مستطيل
I = bh³/12
معامل المقطع
W = I/ymax
بسيطة الارتكاز، حمل منتظم
Mmax = wL²/8

الطريقة

  1. أوجد ردود أفعال الركائز من اتزان الكمرة كلها.
  2. اقطع الكمرة عند المقطع المطلوب واحتفظ بجانب واحد.
  3. قوة القص: مجموع القوى الرأسية على ذلك الجانب. عزم الانحناء: مجموع عزومها حول المقطع.
  4. لإيجاد أقصى عزم، أوجد الموضع الذي تنعدم فيه قوة القص.

ترخيم الكمرة

حمل مركّز في منتصف البحر
δ = PL³/(48EI)
حمل منتظم، كمرة بسيطة الارتكاز
δ = 5wL⁴/(384EI)
كابولي، حمل طرفي
δ = PL³/(3EI)
كابولي، حمل منتظم
δ = wL⁴/(8EI)
التراكب
δ = δ1 + δ2

انبعاج الأعمدة

حمل أويلر
Pcr = π²EI/(KL)²
معامل الطول الفعّال
K = 1 مفصلي–مفصلي، 0,5 مثبَّت–مثبَّت، 0,7 مثبَّت–مفصلي، 2 مثبَّت–حرّ
الإجهاد الحرج
σcr = Pcr/A
النحافة
λ = KL/r, r = √(I/A)

المركز وعزم القصور الذاتي

المركز
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
مستطيل
I = bh³/12
نظرية المحور الموازي
I = Ic + A·d²
مقطع مركّب
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

الإجهاد الفعّال في التربة

الإجهاد الكلي
σ = Σγi·hi
ضغط الماء المسامي
u = γw·(z − zw)
الإجهاد الفعّال
σ′ = σ − u
الماء
γw = 9,81 kN/m³

هبوط التصلّب

متصلّبة طبيعيًا
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
الإجهاد النهائي
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
مفرطة التصلّب، σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
مفرطة التصلّب، σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
نسبة فرط التصلّب
OCR = σ′p/σ′0
زمن التصلّب
t = Tv·Hdr²/cv
مسار التصريف
Hdr = H/2 (تصريف مزدوج)، H (تصريف أحادي)
معاملات الزمن
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

القوة الهيدروستاتيكية

الضغط عند عمق
p = ρgh
القوة على جدار رأسي
F = ρg·hc·A
مركز الضغط
yp = yc + Ic/(ycA)
مستطيل
Ic = bH³/12

احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

عدد رينولدز
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
نظام الجريان
صفائحي تحت Re ≈ 2000، مضطرب فوق Re ≈ 4000
السرعة المتوسطة
V = Q/A, A = π·D²/4
دارسي–فايسباخ
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
الفواقد الثانوية
hm = ΣK·V²/(2g)
قيم K النموذجية
المدخل 0,5، المخرج 1,0، كوع 90° ≈ 0,3
هبوط الضغط
Δp = ρ·g·hf
خزانان مفتوحان
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
مخرج حر
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

معادلة مانينغ
V = (1/n)·R2/3·S1/2
معدّل التدفّق
Q = A·V
نصف القطر الهيدروليكي
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
مستطيل
A = b·y, P = b + 2y
شبه منحرف (ميل الجانب z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
أنبوب دائري، ممتلئ أو نصف ممتلئ
R = D/4
الميل المطلوب
S = (n·Q/(A·R2/3))²

المضخات وقدرة المضخات

القدرة الهيدروليكية
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
قدرة العمود
Pshaft = Ph/ηpump
القدرة الكهربائية
Pel = Pshaft/ηmotor
سمت المضخة
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
فواقد المنظومة
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

القيمة الزمنية للنقود

القيمة المستقبلية
FV = PV·(1 + i)n
القيمة الحالية
PV = FV/(1 + i)n
عدة فترات في السنة
i = r/m, N = m·n
الدفعات، القيمة الحالية
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
الدفعات، القيمة المستقبلية
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

الطريقة

  1. ارسم خطًا زمنيًا يضمّ كل تدفق نقدي وتوقيته.
  2. طابق المعدل مع الفترة: معدل شهري للدفعات الشهرية.
  3. استخدم FV = PV·(1 + i)ⁿ للمبالغ المفردة وصيغ الدفعات المتساوية (الأقساط) للدفعات المتساوية.
  4. تحقّق من إشارة الإجابة ومن رتبة مقدارها.

NPV و IRR

صافي القيمة الحالية
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
تدفقات نقدية متساوية
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
معدل العائد الداخلي
قيمة r التي يكون عندها NPV = 0
القرار
اقبل عندما NPV > 0 (أو IRR > العائد المطلوب)

الطريقة

  1. اذكر كل التدفقات النقدية مع سنواتها؛ الاستثمار في السنة 0 سالب.
  2. اخصم كل تدفق نقدي: CFt/(1 + r)t.
  3. اجمعها لتحصل على NPV. القيمة الموجبة تعني أن المشروع يحقّق أكثر من r.
  4. لإيجاد IRR، أوجد المعدل الذي يجعل NPV صفرًا بالتجربة أو بالاستيفاء.

التوزيع الطبيعي

الدرجة المعيارية z
z = (x − μ)/σ
أقل من x
P(X < x) = Φ(z)
أكبر من x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
بين قيمتين
Φ(z2) − Φ(z1)
المئين
x = μ + z·σ

الطريقة

  1. حوّل القيمة إلى درجة معيارية: z = (x − μ)/σ.
  2. ابحث عن Φ(z)، وهي المساحة على يسار z.
  3. للمساحة على اليمين استخدم 1 − Φ(z)؛ ولفترة اطرح المساحتين اليساريتين.
  4. للمئين اعمل بشكل عكسي: أوجد z للمساحة، ثم x = μ + z·σ.

2مسائل تدريبية

1.ردود أفعال ركائز الكمراتمتوسطة
P1​ = 50 kNP2​ = 30 kNABRA​ = ?RB​1 m1 m2 m

للكمرة البسيطة الارتكاز مسمار في A وبكرة في B. أوجد ردّ فعل الركيزة الرأسي RA.

L = 4 mP1 = 50 kN عند 1 mP2 = 30 kN عند 2 m
RA = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
w = 3 kN/mP = 30 kNADCMA​ = ?4 m3 m1 m

كمرة مركّبة مثبَّتة في الجدار عند A، لها مفصل داخلي عند C (على بعد 4 m من A) وترتكز على بكرة عند D (على بعد 8 m من A). تحمل حملًا مركّزًا P على بعد 7 m من A, حملًا موزّعًا بانتظام w على الجزء CD كله. أوجد مقدار عزم ردّ الفعل MA عند الجدار.

AC = 4 mAD = 8 mP = 30 kN عند 7 mw = 3 kN/m من 4 إلى 8 m
MA = kN·m
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABBCACACB60 kN6 m5 m4 m

استخدم طريقة العقد لإيجاد القوة FBC في العضو BC. اجعل الشدّ موجبًا والضغط سالبًا.

البحر = 6 mالارتفاع = 4 mتبعد B مسافة 5 m عن Aالحمل الرأسي = 60 kN
FBC = kN
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABCDEFGH35 kN20 kN20 kN4 × 3 m4 m

عضو واحد بالضبط في هذا الجمالون لا يحمل قوة تحت هذه الأحمال. أي عضو هو عضو القوة الصفرية؟ انقر عليه في المخطط.

D: 35 kN ↓H: 20 kN ↓H: 20 kN ←
  1. 1العضو AB
  2. 2العضو BC
  3. 3العضو CD
  4. 4العضو DE
  5. 5العضو FG
  6. 6العضو GH
  7. 7العضو AF
  8. 8العضو HE
  9. 9العضو BF
  10. 10العضو CG
  11. 11العضو DH
  12. 12العضو BG
  13. 13العضو DG
5.قوة القص وعزم الانحناءمتوسطة
P1​ = 65 kNP2​ = 75 kNABC1,5 m4,5 m1 m

ترتكز الكمرة على مسمار في A وبكرة في B، وتبرز بعد B مسافة 1 m حتى الطرف الحر C. تحمل حملًا مركّزًا P1 بين الركيزتين وحملًا مركّزًا P2 عند C. أوجد عزم الانحناء Mx تحت الحمل P1. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 7 mP1 = 65 kN عند 1,5 mP2 = 75 kN عند 7 mركيزتان عند x = 0 و x = 6 m
Mx = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
w = 5 kN/mP = 45 kNABمقطع3,5 m1,5 m

أوجد عزم الانحناء Mx عند المقطع x = 3,5 m من الركيزة A. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 5 mP = 45 kN عند 3,5 mw = 5 kN/m من 0 إلى 5 mx = 3,5 m
Mx = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
w = 2 kN/mδL = 2 m

كابولي يحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طوله كله. أوجد الترخيم δ عند الطرف الحر.

w = 2 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
P = 80 kNAB3 m3 m

كابولي مسنود مثبَّت عند A ومرتكز ارتكازًا بسيطًا (مسنود) عند B. يحمل حملًا مركّزًا P عند منتصف البحر. EI ثابت. أوجد ردّ الفعل RB عند الركيزة الساندة.

L = 6 mP = 80 kN عند 3 m
RB = kN
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 3 md = 25 mmالمقطع العرضي

عمود طوله L من الألومنيوم مثبَّت عند القاعدة ومفصلي عند القمة. باستخدام صيغة أويلر أوجد حمل الانبعاج الحرج Pcr.

L = 3 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 25 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
P = 85 kNL = 1,5 md = ?المقطع العرضي

عمود دائري مصمت طوله L من الفولاذ مثبَّت عند القاعدة وحرّ عند القمة. يجب أن يحمل 85 kN بمعامل أمان 3 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.

P = 85 kNn = 3L = 1,5 mE = 200 GPa (الفولاذ)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
B = 180H = 375t = 8xالأبعاد بالـ mm

مقطع مستطيل مجوّف (صندوقي) عرضه الخارجي B = 180 mm، وارتفاعه الخارجي H = 375 mm، وسُمك جداره المنتظم t = 8 mm. أوجد نصف قطر الدوران r حول المحور المركزي الأفقي.

B = 180 mmH = 375 mmt = 8 mm
r = mm
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
2001512020xM = 50 kN·mالأبعاد بالـ mm

يُستخدم مقطع T ككمرة والشفة في الأعلى، ويحمل عزم انحناء موجبًا مقداره 50 kN·m. أوجد مقدار إجهاد الانحناء σالأعلى عند الحافة العلوية.

bf = 200 mmtf = 15 mmtw = 20 mmhw = 120 mmM = 50 kN·m
σالأعلى = MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³14 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 12 m

لمقطع التربة الموضّح، أوجد الإجهاد الرأسي الفعّال σ′ عند النقطة X.

z = 12 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15,5 kN/m³رمل: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³5 mطينγsat​ = 19 kN/m³7 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 8,5 m

لمقطع التربة الموضّح، أوجد ضغط الماء المسامي u عند النقطة X.

z = 8,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15 kN/m³رمل: γsat = 18,5 kN/m³طين: γsat = 19 kN/m³
u = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 60 kPaرملطينCc​ = 0,2, Cr​ = 0,05e0​ = 1σ′0​ = 105 kPaOCR = 2,52 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 2 m لها Cc = 0,2، و Cr = 0,05 و e₀ = 1. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 105 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 2,5. يضيف مبنى جديد 60 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 2 mCc = 0,2Cr = 0,05e0 = 1σ′0 = 105 kPaOCR = 2,5Δσ = 60 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 5 mcv​ = 2,5 m²/السنة5 mرملمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين سُمكها 5 m معامل تصلّبها cv = 2,5 m²/year. تقع بين طبقتي رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى والأسفل. لتصلّب متوسط بنسبة 50% يكون معامل الزمن Tv = 0,197. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 50%؟

H = 5 mcv = 2,5 m²/السنةU = 50%Tv = 0,197تصريف مزدوج
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 4 mH = 2,5 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 2 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 4 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.

d = 4 mH = 2,5 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابةd = 2,5 mH = 3 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 3 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 2,5 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.

d = 2,5 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
Q = 60 L/sD = 250 mmL = 300 mf = 0,02

يجري ماء بمعدل 60 L/s في أنبوب طوله 300 m وقطره الداخلي 250 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,02 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

Q = 60 L/sL = 300 mD = 250 mmf = 0,02g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 2مخرج حرH = ?L = 150 m, D = 100 mm, f = 0,0153× كوع (K = 0,3)

أنبوب طوله 150 m وقطره الداخلي 100 mm (معامل احتكاك دارسي f = 0,015) يمتدّ من خزان مفتوح ويصبّ كنفّاثة حرة في الهواء. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 3 أكواع (K = 0,3 لكل منها) وصمام (K = 2). استخدم g = 9,81 m/s². كم يجب أن يرتفع سطح الخزان H فوق مخرج الأنبوب للحصول على معدل تدفق 25 L/s؟

Q = 25 L/sL = 150 mD = 100 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 2
H = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 5 my = 2,5 m2 : 1n = 0,022, S = 0,0005

قناة شبه منحرفة تربة نظيفة عرض قاعها 5 m وميولها الجانبية 2:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 2,5 m. معامل مانينغ n = 0,022 وميل القاع S = 0,0005. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 5 my = 2,5 mz = 2n = 0,022S = 0,0005
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
b = 4,5 my = 2,3 mn = 0,015, Q = 17 m³/s

قناة مستطيلة طوب عرضها 4,5 m يجب أن تنقل 17 m³/s بجريان منتظم عند عمق 2,3 m. معامل مانينغ n = 0,015. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).

Q = 17 m³/sb = 4,5 my = 2,3 mn = 0,015
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 25 L/sH = 10 m

مضخة تدفع 25 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 10 m. كفاءة المضخة 65% وكفاءة المحرّك الكهربائي الذي يشغّلها 90%. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد القدرة الكهربائية Pel التي يسحبها المحرّك، بالـ kW.

Q = 25 L/sH = 10 mηpump = 65%ηmotor = 90%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
150 kPa (مقيس)PQ = 75 L/sΔz = 6 mL = 400 m, D = 250 mm, f = 0,02, ΣK = 8

مضخة تنقل 75 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 6 m. طول الأنبوب 400 m وقطره الداخلي 250 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,02؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 8 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². الخزان العلوي مغلق والهواء فوق مائه عند ضغط مقيس 150 kPa. أوجد السمت H الذي يجب أن تضيفه المضخة.

Q = 75 L/sΔz = 6 mL = 400 mD = 250 mmf = 0,02ΣK = 8ptank = 150 kPa
H = m
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات0123…9PV = ?€10 000+3%+3%…r = 9%

يُتوقَّع أن يدرّ عقار إيجارًا صافيًا قدره €10 000 في السنة القادمة. ويُتوقَّع أن ينمو الإيجار بنسبة 3% سنويًا إلى الأبد. العائد المطلوب 9% سنويًا. أوجد قيمة العقار PV اليوم.

C1 = €10 000g = 3%r = 9%
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…72A?AA€10 000

تريد €10 000 بعد 6 سنوات. تدّخر المبلغ نفسه في نهاية كل شهر في حساب يدفع 5,4% سنويًا، تُركَّب شهريًا. أوجد الإيداع الشهري A.

FV = €10 0005,4% / 12N = 72
A = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات0123…9€20 000€4 000€4 000€4 000€4 000r = 10%, EAC = ?

تبلغ تكلفة آلة €20 000 اليوم، وتعمل 9 سنوات وتكلّف €4 000 سنويًا للتشغيل (تُدفع في نهاية كل سنة). تكلفة رأس المال 10%. أوجد تكلفتها السنوية المكافئة EAC.

C0 = €20 000M = €4 000n = 9r = 10%
EAC = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123−50 00023 00022 00019 500

تبلغ تكلفة مشروع €50 000 ويعود بـ €23 000, €22 000, €19 500 في نهاية السنوات من 1 إلى 3. يمكن إعادة استثمار التدفقات النقدية بتكلفة رأس المال 12%. أوجد معدّل العائد الداخلي المعدَّل MIRR بالنسبة المئوية.

r = 12%CF0 = −50 000CF1 = 23 000CF2 = 22 000CF3 = 19 500
MIRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
−3−2−10123zالمساحة المظللة بين −z وz = 0,6970

اسحب z بحيث تكون المساحة المظللة بين −z وz تحت المنحنى الطبيعي القياسي مساوية 0,6970. أوجد z بمنزلتين عشريتين.

A = 0,6970
z =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
35455565758595درجةالأعلى 85%

تتوزع درجات الامتحان توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 65 درجة وانحراف معياري 10 درجة. اسحب حد القطع بحيث تقع المساحة المظللة للأعلى 85% على يمينه. أوجد حد القطع x.

μ = 65 درجةσ = 10 درجة85%
x = درجة

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RA = 52,5 kN

الاتزان الاستاتيكي: الجسم الساكن يحقّق ΣFx = 0 و ΣFy = 0 و ΣM = 0 حول أي نقطة. أخذ العزوم حول ركيزة يحذف ردّ فعلها من المعادلة.

P1​ = 50 kNP2​ = 30 kNABRA​RB​1 m1 m2 m

مخطط الجسم الحر

استبدل الركائز بقوى ردّ الفعل. البكرة تعطي ردّ فعل رأسيًا واحدًا؛ ومع الأحمال الرأسية فقط يعطي المسمار أيضًا ردّ فعل رأسيًا واحدًا.

الاتزان

العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة. ثم اتزان القوى الرأسية.

ΣMA = 0: RB·4 = 50·1 + 30·2
RB = 110/4 = 27,5 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 27,5 = 52,5 kN

الإجابة

RA = 52,5 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: MA = 54 kN·m

الاتزان الاستاتيكي: الجسم الساكن يحقّق ΣFx = 0 و ΣFy = 0 و ΣM = 0 حول أي نقطة. استبدل كل حمل موزّع بمحصّلته (مساحته) المؤثّرة في مركز مخطط الحمل، وخذ العزوم حول ركيزة لحذف ردّ فعلها من المعادلة. المفصل الداخلي لا يستطيع نقل عزم انحناء، وهذا يعطي معادلة إضافية: عزم القوى على أيٍّ من الجانبين حول المفصل يساوي صفرًا.

الجزء CD

المفصل ليس له عزم، لذا يجب أن تتوازن العزوم حول C على CD وحده.

W = 3·4 = 12 kN عند 2 m من C
ΣMC = 0: RD·4 = 30·3 + 12·2
RD = 28,5 kN
VC = 42 − 28,5 = 13,5 kN

الجزء AC

قوة المفصل VC تؤثّر إلى الأسفل على AC (مساوية ومعاكسة لتأثيرها على CD).

RA = 13,5 = 13,5 kN
MA = 13,5·4 = 54 kN·m

الإجابة

MA = 54 kN·m
3.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: FBC = −51,54 kN

طريقة العقد: كل عقدة في الجملون في حالة اتزان، لذا ΣFx = 0 و ΣFy = 0 عند كل عقدة. ابدأ بعقدة فيها قوتان مجهولتان على الأكثر. النتيجة السالبة تعني أن العضو في حالة ضغط.

ABBCACACB60 kNAy​Cy​

ردود أفعال الركائز

اتزان الجملون كله. العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة.

ΣMA = 0: Cy·6 = 60·5 → Cy = 50 kN
ΣFy = 0: Ay = 60 − 50 = 10 kN

العقدة C

البكرة تعطي ردّ فعل رأسيًا فقط، لذا في العقدة C قوتان مجهولتان فقط. افترض أن كليهما في حالة شدّ.

sin γ = 4/4,123 = 0,9701, cos γ = 1/4,123 = 0,2425
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −50/0,9701 = −51,54 kN

الإجابة

FBC = −51,54 kN (ضغط)
4.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: العضو CG

أعضاء القوة الصفرية: عند عقدة يجب أن تتزن القوى في كل اتجاه. إذا لم يكن على العقدة حمل ولا مسند، وكان عضوان من أعضائها الثلاثة على استقامة واحدة، فإن الاتزان في الاتجاه المتعامد مع ذلك الخط لا يشمل إلا العضو الثالث، فتكون قوته صفرًا. وإذا التقى عضوان فقط عند عقدة غير محملة ولم يكونا على استقامة واحدة فكلاهما صفر.

العقدة C

يقع BC وCD على خط مستقيم واحد ولا تحمل العقدة حملًا. اتزان القوى عبر ذلك الخط لا يُبقي إلا CG.

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

تحقق بطريقة العقد

حل كل العقد يعطي قوى الأعضاء هذه (T = شد، C = ضغط).

AB: 4,688 kN (C), BC: 10,62 kN (T), CD: 10,62 kN (T), DE: 25,94 kN (T), FG: 15,31 kN (C), GH: 45,94 kN (C), AF: 25,52 kN (C), HE: 43,23 kN (C), BF: 20,42 kN (T), CG: 0, DH: 14,58 kN (T), BG: 25,52 kN (C), DG: 25,52 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: CG
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 54,38 kN·m

طريقة المقاطع: اقطع الكمرة حيث تريد القوى الداخلية واحتفظ بجانب واحد. توازن قوة القص V القوى الرأسية على ذلك الجانب، ويوازن عزم الانحناء M عزومها حول المقطع.

ردود أفعال الركائز

اتزان الكمرة كلها. حمل الجزء البارز يؤثّر أيضًا بعزم حول A.

ΣMA = 0: RB·6 = 65·1,5 + 75·7
RB = 622,5/6 = 103,8 kN
ΣFy = 0: RA = 140 − 103,8 = 36,25 kN

اقطع تحت P1 واحتفظ بالجزء الأيسر

Mx = RA·1,5 = 36,25·1,5 = 54,38 kN·m

الإجابة

Mx = 54,38 kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 60,38 kN·m

طريقة المقاطع: اقطع الكمرة حيث تريد القوى الداخلية واحتفظ بجانب واحد. توازن قوة القص V القوى الرأسية على ذلك الجانب، ويوازن عزم الانحناء M عزومها حول المقطع.

ردود أفعال الركائز

اتزان الكمرة كلها.

محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 5·5 = 25 kN، تؤثّر عند x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 45·3,5 + 5·5·2,5
RB = 220/5 = 44 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 44 = 26 kN
w = 5 kN/mP = 45 kNABRA​ = 26RB​ = 44مقطع3,5 m1,5 m

اقطع عند x = 3,5 m واحتفظ بالجزء الأيسر

تظهر فقط القوى الواقعة يسار المقطع. جزء الحمل الموزّع يعمل كقوة واحدة في منتصف ذلك الجزء.

M = RA·x − (كل حمل على يسار المقطع × بعده عن المقطع)
Mx = 26·3,5 − 5·3,5·1,75 = 60,38 kN·m

الإجابة

Mx = 60,38 kN·m
7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δ = 2,273 mm

ترخيم الكمرات: يُحسب الترخيم بتكامل الانحناء M/(EI) مرتين. الحالات القياسية مجدولة، مثل PL³/(3EI) لكابولي بحمل طرفي و 5wL⁴/(384EI) لكمرة بسيطة الارتكاز تحت حمل منتظم كامل. تُجمع ترخيمات الأحمال المنفصلة (التراكب).

وحدات متّسقة

اعمل بالـ N و mm: P بالـ N، w بالـ N/mm (kN/m = N/mm)، L بالـ mm، E بالـ N/mm² (GPa × 1000)، I بالـ mm⁴.

w = 2 N/mm, L = 2000 mm
EI = 1,76 × 10¹² N·mm²

الترخيم

δ = wL⁴/(8EI) = 2·2000⁴/(8·1,76 × 10¹²) = 2,273 mm

الإجابة

δ = 2,273 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: RB = 25 kN

ترخيم الكمرات: يُحسب الترخيم بتكامل الانحناء M/(EI) مرتين. الحالات القياسية مجدولة، مثل PL³/(3EI) لكابولي بحمل طرفي و 5wL⁴/(384EI) لكمرة بسيطة الارتكاز تحت حمل منتظم كامل. تُجمع ترخيمات الأحمال المنفصلة (التراكب). في الكمرة غير المحدّدة استاتيكيًا، أزل ركيزة زائدة واشترط أن يكون الترخيم هناك صفرًا (التوافق).

أزل الركيزة الساندة

بدون الركيزة الساندة تكون الكمرة كابوليًا. وكان طرفها الحر سيترخّم تحت الحمل.

δload = P(L/2)²(3L − L/2)/(6EI) = 5PL³/(48EI)

التوافق عند الركيزة الساندة

قوة الركيزة الساندة RB وحدها ترفع الطرف الحر بمقدار RBL³/(3EI). الركيزة الساندة تُبقي ترخيم B صفرًا، لذا يجب أن يلغي أحدهما الآخر. ويُختصر EI.

RB·L³/(3EI) = 5PL³/(48EI) → RB = 5P/16 = 5·80/16 = 25 kN

الإجابة

RB = 25 kN
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 3,004 kN

انبعاج أويلر: يصبح العمود النحيف غير مستقر عند Pcr = π²EI/(KL)²، حيث KL الطول الفعّال: K = 1 لمفصلي–مفصلي، و 2 لمثبَّت–حرّ، و 0,7 لمثبَّت–مفصلي، و 0,5 لمثبَّت–مثبَّت. ينبعج حول المحور ذي أصغر I. تصحّ الصيغة للأعمدة النحيفة التي يبقى إجهادها الحرج دون إجهاد الخضوع.

أصغر عزم قصور ذاتي

للمقطع الدائري I نفسه حول أي محور.

I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,7·3000 = 2100 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·19175/2100² = 3004 N = 3,004 kN

الإجابة

Pcr = 3,004 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: d = 69,76 mm

انبعاج أويلر: يصبح العمود النحيف غير مستقر عند Pcr = π²EI/(KL)²، حيث KL الطول الفعّال: K = 1 لمفصلي–مفصلي، و 2 لمثبَّت–حرّ، و 0,7 لمثبَّت–مفصلي، و 0,5 لمثبَّت–مثبَّت. ينبعج حول المحور ذي أصغر I. تصحّ الصيغة للأعمدة النحيفة التي يبقى إجهادها الحرج دون إجهاد الخضوع.

الحمل الحرج المطلوب

Pcr = n·P = 3·85000 = 255000 N
KL = 2·1500 = 3000 mm

حلّ لإيجاد القطر

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·255000·3000²/(π³·200000))^(1/4) = 69,76 mm

الإجابة

d = 69,76 mm

تحقّق: النحافة KL/r تساوي 172، لذا العمود نحيف وتنطبق صيغة أويلر.

11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: r = 135,6 mm

عزم القصور الذاتي: للمستطيل حول محوره المركزي I = bh³/12، وحول قاعدته bh³/3 (نظرية المحور الموازي I = Ic + A·d²). يُعالَج الثقب بطرح عزم قصوره I، بشرط أن يشترك الجزءان في المحور نفسه. معامل المقطع المرن S = I/c، حيث c هي المسافة إلى الليف الأبعد. نصف قطر الدوران r = √(I/A) هو المسافة التي لو تركّزت عندها المساحة كلها لأعطت I نفسه؛ ويُستخدم في انبعاج الأعمدة.

المساحة الصافية وعزم القصور الذاتي

b = 164 mm, h = 359 mm
A = BH − bh = 180·375 − 164·359 = 8624 mm²
I = (BH³ − bh³)/12 = 1,587 × 10⁸ mm⁴

نصف قطر الدوران

r = √(I/A) = √(1,587 × 10⁸/8624) = 135,6 mm

الإجابة

r = 135,6 mm
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: σالأعلى = 208,1 MPa

المساحات المركّبة: قسّم المقطع إلى مستطيلات. المركز هو المتوسط الموزون بالمساحة ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. عزم القصور الذاتي حول المحور المركزي يجمع bh³/12 لكل جزء وحدّ المحور الموازي A·d²، حيث d بعد مركز الجزء عن المركز الكلي. إجهاد الانحناء σ = M·y/I.

قسّم إلى مستطيلين

قِس كل y من الحافة السفلية.

الشفة: Af = 200·15 = 3000 mm², yf = 120 + 15/2 = 127,5 mm
الجذع: Aw = 20·120 = 2400 mm², yw = 120/2 = 60 mm

المركز

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3000·127,5 + 2400·60)/5400 = 97,5 mm

نظرية المحور الموازي

الشفة: 200·15³/12 + 3000·(127,5 − 97,5)² = 2,756 × 10⁶ mm⁴
الجذع: 20·120³/12 + 2400·(60 − 97,5)² = 6,255 × 10⁶ mm⁴
Ix = 2,756 × 10⁶ + 6,255 × 10⁶ = 9,011 × 10⁶ mm⁴

إجهاد الانحناء

تبعد الحافة العلوية h − ȳ عن المحور.

y = 135 − 97,5 = 37,5 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁷·37,5/9,011 × 10⁶ = 208,1 MPa

الإجابة

σالأعلى = 208,1 MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 124,7 kPa

الإجهاد الفعّال (ترزاغي): يحمل هيكل التربة σ′ = σ − u. الإجهاد الكلي σ هو وزن كل ما فوق النقطة، Σγ·h، باستخدام الوزن الحجمي الجاف فوق منسوب المياه والمشبع أسفله. أسفل منسوب المياه يكون ضغط الماء المسامي هيدروستاتيكيًا: u = γw·(العمق أسفل منسوب المياه).

الإجهاد الكلي

اجمع وزن كل طبقة تربة فوق X. فوق منسوب المياه استخدم الوزن الحجمي الجاف، وأسفله المشبع.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15,5·3 + 18,5·9 = 213 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·9 = 88,29 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 213 − 88,29 = 124,7 kPa

الإجابة

σ′ = 124,7 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: u = 53,96 kPa

الإجهاد الفعّال (ترزاغي): يحمل هيكل التربة σ′ = σ − u. الإجهاد الكلي σ هو وزن كل ما فوق النقطة، Σγ·h، باستخدام الوزن الحجمي الجاف فوق منسوب المياه والمشبع أسفله. أسفل منسوب المياه يكون ضغط الماء المسامي هيدروستاتيكيًا: u = γw·(العمق أسفل منسوب المياه).

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·5,5 = 53,96 kPa

الإجابة

u = 53,96 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 9,815 mm

التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.

ضغط التصلّب المسبق

σ′p = OCR·σ′0 = 2,5·105 = 262,5 kPa

قارن بضغط التصلّب المسبق

σ′f = 105 + 60 = 165 kPa ≤ 262,5 kPa

الهبوط

يبقى الطين على خط إعادة الضغط.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,05·2/(1 + 1)·log₁₀(165/105) = 9,815 mm

الإجابة

S = 9,815 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 0,4925 سنوات

التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.

مسار التصريف

Hdr = H/2 = 5/2 = 2,5 m

الزمن

t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·2,5²/2,5 = 0,4925 سنوات

الإجابة

t = 0,4925 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 257,5 kN

القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.

عمق المركز والمساحة

yc = d + H/2 = 4 + 2,5/2 = 5,25 m
A = H·b = 2,5·2 = 5 m²
بوابةd = 4 mH = 2,5 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,25·5 = 257,5 kN

الإجابة

F = 257,5 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: ycp = 4,188 m

القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.

عمق المركز والمساحة

yc = d + H/2 = 2,5 + 3/2 = 4 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
بوابةd = 2,5 mH = 3 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4·9 = 353,2 kN

مركز الضغط

يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.

Ic = b·H³/12 = 3·3³/12 = 6,75 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4 + 6,75/(4·9) = 4,188 m

الإجابة

ycp = 4,188 m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 1,828 m

الجريان في الأنابيب: يميّز عدد رينولدز Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ الجريان الصفائحي (Re أقل من نحو 2000) من الجريان المضطرب (فوق نحو 4000). يكلّف الاحتكاك على طول الأنبوب فاقد سمت دارسي–فايسباخ hf = f·(L/D)·V²/(2g). وتضيف الوصلات والصمامات والمدخل والمخرج فواقد ثانوية hm = ΣK·V²/(2g). بين سطحي خزانين مفتوحين تعطي معادلة الطاقة Δz = hf + hm، مع احتساب فاقد المخرج K = 1.

السرعة المتوسطة

A = π·0,25²/4 = 0,04909 m²
V = Q/A = 0,06/0,04909 = 1,222 m/s

سمت السرعة

V²/(2g) = 1,222²/(2·9,81) = 0,07615 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,02·(300/0,25)·1,222²/(2·9,81) = 1,828 m

الإجابة

hf = 1,828 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: H = 13,89 m

الجريان في الأنابيب: يميّز عدد رينولدز Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ الجريان الصفائحي (Re أقل من نحو 2000) من الجريان المضطرب (فوق نحو 4000). يكلّف الاحتكاك على طول الأنبوب فاقد سمت دارسي–فايسباخ hf = f·(L/D)·V²/(2g). وتضيف الوصلات والصمامات والمدخل والمخرج فواقد ثانوية hm = ΣK·V²/(2g). بين سطحي خزانين مفتوحين تعطي معادلة الطاقة Δz = hf + hm، مع احتساب فاقد المخرج K = 1.

السرعة المتجهة

V = Q/A = 0,025/0,007854 = 3,183 m/s
V²/(2g) = 0,5164 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,015·150/0,1 = 22,5
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 2 = 3,4

معادلة الطاقة

نفّاثة المخرج ما زالت تحمل سمت سرعتها؛ وهو ليس فاقدًا لكن يجب توفيره.

H = (1 + 22,5 + 3,4)·0,5164 = 13,89 m

الإجابة

H = 13,89 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 33,96 m³/s

معادلة مانينغ (SI): للجريان المنتظم في قناة مفتوحة V = (1/n)·R2/3·S1/2 و Q = A·V، حيث n معامل الخشونة، و S ميل القاع (m/m)، و R = A/P نصف القطر الهيدروليكي: مساحة الجريان مقسومة على المحيط المبلَّل. لا يُحسب في P إلا الحدّ الملامس للماء، لا السطح الحر. المستطيل: A = b·y، P = b + 2y. شبه المنحرف بميول جانبية z:1 (أفقي:رأسي): A = (b + z·y)·y، P = b + 2y·√(1 + z²). الأنبوب الدائري الممتلئ أو نصف الممتلئ له R = D/4.

الهندسة

A = (b + z·y)·y = (5 + 2·2,5)·2,5 = 25 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5 + 2·2,5·√(1 + 2²) = 16,18 m
R = A/P = 1,545 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,022)·1,5452/3·0,00051/2 = 1,358 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 25·1,358 = 33,96 m³/s

الإجابة

Q = 33,96 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,0005113 m/m

معادلة مانينغ (SI): للجريان المنتظم في قناة مفتوحة V = (1/n)·R2/3·S1/2 و Q = A·V، حيث n معامل الخشونة، و S ميل القاع (m/m)، و R = A/P نصف القطر الهيدروليكي: مساحة الجريان مقسومة على المحيط المبلَّل. لا يُحسب في P إلا الحدّ الملامس للماء، لا السطح الحر. المستطيل: A = b·y، P = b + 2y. شبه المنحرف بميول جانبية z:1 (أفقي:رأسي): A = (b + z·y)·y، P = b + 2y·√(1 + z²). الأنبوب الدائري الممتلئ أو نصف الممتلئ له R = D/4.

الهندسة

A = b·y = 4,5·2,3 = 10,35 m²
P = b + 2y = 4,5 + 2·2,3 = 9,1 m
R = A/P = 1,137 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,015·17/(10,35·1,09) = 0,02261
S = 0,02261² = 0,0005113

الإجابة

S = 0,0005113

هذا انخفاض قدره 0,5113 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pel = 4,192 kW

قدرة المضخة: القدرة المعطاة للماء هي القدرة الهيدروليكية Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. يجب أن يقدّم العمود أكثر من ذلك لأن المضخة تفقد جزءًا: Pshaft = Ph/ηpump، ويسحب المحرّك Pel = Pshaft/ηmotor. يُستنتج سمت المضخة H من معادلة الطاقة: الرفع الاستاتيكي + سمت الضغط + كل فواقد الاحتكاك والفواقد الثانوية.

القدرة الهيدروليكية

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,025·10 = 2,453 kW

قدرة العمود

Pshaft = 2,453/0,65 = 3,773 kW

القدرة الكهربائية

Pel = 3,773/0,9 = 4,192 kW

الإجابة

Pel = 4,192 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: H = 26,05 m

قدرة المضخة: القدرة المعطاة للماء هي القدرة الهيدروليكية Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. يجب أن يقدّم العمود أكثر من ذلك لأن المضخة تفقد جزءًا: Pshaft = Ph/ηpump، ويسحب المحرّك Pel = Pshaft/ηmotor. يُستنتج سمت المضخة H من معادلة الطاقة: الرفع الاستاتيكي + سمت الضغط + كل فواقد الاحتكاك والفواقد الثانوية.

السرعة المتجهة

V = Q/A = 0,075/0,04909 = 1,528 m/s
V²/(2g) = 0,119 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (32 + 8)·0,119 = 4,759 m

سمت الضغط

p/(ρ·g) = 150000/(1000·9,81) = 15,29 m

سمت المضخة

السطحان ساكنان عمليًا، لذا لا يوجد حدّ لسمت السرعة.

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 6 + 15,29 + 4,759 = 26,05 m

الإجابة

H = 26,05 m
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 166667 €

القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.

الدفعات الدائمة النامية

PV = C1/(r − g) = 10 000/(0,09 − 0,03) = 10 000/0,06 = €166 666,67

الإجابة

PV = €166 666,67
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: A = 117,9 €

القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.

المعدل الشهري وعدد الإيداعات

i = 0,054000000000000006/12 = 0,0045
N = 12·6 = 72

الإيداع

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 10 000·0,0045/(1,382 − 1) = €117,91

الإجابة

A = €117,91
27.NPV و IRR

الإجابة: EAC = 7473 €

التكلفة السنوية المكافئة: وزّع القيمة الحالية لكل التكاليف على العمر كمبلغ سنوي متساوٍ (سلسلة دفعات): EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). وهي تتيح مقارنة آلات بأعمار مختلفة.

معامل سلسلة الدفعات

(1 − 1,1−9)/0,1 = 5,759

سعر الشراء المحوَّل إلى قيمة سنوية

20 000/5,759 = 3 472,81

EAC

EAC = 3 472,81 + 4 000 = €7 472,81

الإجابة

EAC = €7 472,81
28.NPV و IRR

الإجابة: MIRR = 13,44 %

معدّل العائد الداخلي المعدَّل: ركّب كل تدفق داخل إلى الأمام حتى نهاية المشروع بمعدّل إعادة الاستثمار (عادةً تكلفة رأس المال) للحصول على القيمة النهائية TV. MIRR هو المعدّل الذي يحوّل الاستثمار الأولي إلى TV: MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1.

القيمة النهائية للتدفقات الداخلة

23 000·1,122 = 28 851,20
22 000·1,121 = 24 640,00
19 500·1,120 = 19 500,00
TV = 72 991,20

MIRR

MIRR = (72 991,20/50 000)1/3 − 1 = 13,44%

الإجابة

MIRR = 13,44%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: z = 1,03

من مساحة إلى z: Φ(z) هي المساحة على يسار z. لمساحة ذيل أيسر A، أوجد z التي تحقق Φ(z) = A في الجدول. ومساحة ذيل أيمن A تعني Φ(z) = 1 − A. ومساحة مركزية A بين −z وz تترك (1 − A)/2 في كل ذيل، إذن Φ(z) = (1 + A)/2. ولقيمة x استخدم x = μ + zσ.

المساحة على يسار z

Φ(z) = (1 + 0,6970)/2 = 0,8485

اقرأ جدول z بالعكس

ابحث عن 0,8485 داخل الجدول واقرأ z.

z = 1,03

الإجابة

z = 1,03
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: x = 54,6 درجة

من مساحة إلى z: Φ(z) هي المساحة على يسار z. لمساحة ذيل أيسر A، أوجد z التي تحقق Φ(z) = A في الجدول. ومساحة ذيل أيمن A تعني Φ(z) = 1 − A. ومساحة مركزية A بين −z وz تترك (1 − A)/2 في كل ذيل، إذن Φ(z) = (1 + A)/2. ولقيمة x استخدم x = μ + zσ.

المساحة على اليسار

Φ(z) = 0,15

z من الجدول

z ≈ −1,04

العودة إلى الوحدات الأصلية

x = 65 − 1,04·10 = 54,6 درجة

الإجابة

x = 54,6 درجة

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil