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​ = 30 kNP2​ = 65 kNABCRB​ = ?2,5 m1 m1,5 m

للكمرة مسمار في A وبكرة في B على بعد 3,5 m من A، وتبرز بعد B حتى الطرف الحر C. أوجد ردّ الفعل الرأسي RB، معتبرًا الاتجاه إلى الأعلى موجبًا.

AB = 3,5 mAC = 5 mP1 = 30 kN عند 2,5 mP2 = 65 kN عند 5 m
RB = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
w = 8 kN/mP = 50 kNABRA​RB​ = ?1 m1,5 m2,5 m

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

L = 5 mP = 50 kN عند 2,5 mw = 8 kN/m من 1 إلى 5 m
RB = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABBCACACB30 kN8 m1 m3 m

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

البحر = 8 mالارتفاع = 3 mتبعد B مسافة 1 m عن Aالحمل الرأسي = 30 kN
FBC = kN
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABBCACACB35 kN15 kN4 m3 m3 m

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

البحر = 4 mالارتفاع = 3 mتبعد B مسافة 3 m عن Aالحمل الرأسي = 35 kNالحمل الأفقي = 15 kN →
FBC = kN
5.قوة القص وعزم الانحناءمتوسطة
P1​ = 75 kNP2​ = 75 kNABC4 m2 m1,5 m

ترتكز الكمرة على مسمار في A وبكرة في B، وتبرز بعد B مسافة 1,5 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 = 7,5 mP1 = 75 kN عند 4 mP2 = 75 kN عند 7,5 mركيزتان عند x = 0 و x = 6 m
Mx = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
w = 8 kN/mP = 30 kNABمقطع0,5 m0,5 m4 m

أوجد عزم الانحناء Mx عند المقطع x = 0,5 m من الركيزة A. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 5 mP = 30 kN عند 1 mw = 8 kN/m من 0 إلى 5 mx = 0,5 m
Mx = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
P = 18 kNABδ1,5 m2,5 m

كابولي طوله L مثبَّت عند A ويحمل حملًا مركّزًا P على بعد a = 1,5 m من A. أوجد الترخيم δB عند الطرف الحر B.

P = 18 kNa = 1,5 mL = 4 mE = 200 GPa (الفولاذ)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 4 kN/mδL = 2,5 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w. لا يجوز أن يتجاوز ترخيمها البحر/360. أوجد أصغر عزم قصور ذاتي Ireq يحقّق هذا الحد.

w = 4 kN/mL = 2,5 mE = 70 GPa (الألومنيوم)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 6 m20 × 50 mmالمقطع العرضي

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

L = 6 mE = 200 GPa (الفولاذ)b × h = 20 × 50 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
P = 120 kNL = 3 md = ?المقطع العرضي

عمود دائري مصمت طوله L من الفولاذ مثبَّت الطرفين. يجب أن يحمل 120 kN بمعامل أمان 2,5 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.

P = 120 kNn = 2,5L = 3 mE = 200 GPa (الفولاذ)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
150 mm300 mm210 mmØ40xIx​ = ?

لوح أبعاده 150 mm × 300 mm فيه ثقب دائري قطره 40 mm على خطه الرأسي المنصِّف، ومركزه على ارتفاع 210 mm فوق القاع. أوجد عزم القصور الذاتي للمساحة Ix حول المحور الأفقي المار بالمركز الهندسي.

b = 150 mmh = 300 mmd = 40 mmمركز الثقب: y = 210 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
120 mm150 mm60 mm30 × 40xIx​ = ?

لوح أبعاده 120 mm × 150 mm فيه فتحة مستطيلة عرضها 30 mm وارتفاعها 40 mm، متمركزة على الخط الرأسي المنصِّف ومركزها على ارتفاع 60 mm فوق القاع. أوجد عزم القصور الذاتي للمساحة Ix حول المحور الأفقي المار بالمركز الهندسي.

b = 120 mmh = 150 mmالفتحة: 30 × 40 mmمركز الثقب: y = 60 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³11 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 5 m

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

z = 5 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 17 kN/m³رمل: γsat = 20 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³4 mطينγsat​ = 17 kN/m³8 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 8 m

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

z = 8 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 16 kN/m³رمل: γsat = 19,5 kN/m³طين: γsat = 17 kN/m³
σ′ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 240 kPaرملطينCc​ = 0,25, Cr​ = 0,02e0​ = 0,65σ′0​ = 50 kPaσ′p​ = 150 kPa2 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 2 m لها Cc = 0,25، و Cr = 0,02 و e₀ = 0,65. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 50 kPa وضغط التصلّب المسبق 150 kPa. يضيف مبنى جديد 240 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 2 mCc = 0,25Cr = 0,02e0 = 0,65σ′0 = 50 kPaσ′p = 150 kPaΔσ = 240 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 2 mcv​ = 1 m²/السنة2 mصخر غير منفذمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين سُمكها 2 m معامل تصلّبها cv = 1 m²/year. تقع على صخر غير منفذ وفوقها رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى فقط. لتصلّب متوسط بنسبة 90% يكون معامل الزمن Tv = 0,848. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 90%؟

H = 2 mcv = 1 m²/السنةU = 90%Tv = 0,848تصريف أحادي
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 4 mH = 1 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 3 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 4 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.

d = 4 mH = 1 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابةd = 3 mH = 2,5 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 1,5 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 3 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.

d = 3 mH = 2,5 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
Q = 5 L/sD = 50 mmL = 500 mf = 0,015

يجري ماء بمعدل 5 L/s في أنبوب طوله 500 m وقطره الداخلي 50 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,015 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

Q = 5 L/sL = 500 mD = 50 mmf = 0,015g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 5Δz = ?L = 100 m, D = 100 mm, f = 0,0253× كوع (K = 0,3)

خزانان مفتوحان يصل بينهما أنبوب طوله 100 m وقطره الداخلي 100 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,025. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 3 أكواع (K = 0,3 لكل منها)، وصمام (K = 5) والمخرج إلى الخزان السفلي (K = 1,0). استخدم g = 9,81 m/s². ما فرق منسوب الماء Δz بين الخزانين الذي يعطي معدل تدفق 12 L/s؟

Q = 12 L/sL = 100 mD = 100 mmf = 0,025Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 5Kexit = 1,0
Δz = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 4 my = 2,1 m2 : 1n = 0,022, S = 0,0008

قناة شبه منحرفة تربة نظيفة عرض قاعها 4 m وميولها الجانبية 2:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 2,1 m. معامل مانينغ n = 0,022 وميل القاع S = 0,0008. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 4 my = 2,1 mz = 2n = 0,022S = 0,0008
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
b = 1,5 my = 0,5 mn = 0,012, Q = 0,63 m³/s

قناة مستطيلة خرسانة مشطّبة عرضها 1,5 m يجب أن تنقل 0,63 m³/s بجريان منتظم عند عمق 0,5 m. معامل مانينغ n = 0,012. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).

Q = 0,63 m³/sb = 1,5 my = 0,5 mn = 0,012
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 80 L/sH = 40 m

مضخة كفاءتها 82% تدفع 80 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 40 m. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد قدرة العمود Pshaft اللازمة، بالـ kW.

Q = 80 L/sH = 40 mη = 82%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
PQ = 30 L/sΔz = 12 mL = 300 m, D = 150 mm, f = 0,018, ΣK = 8

مضخة تنقل 30 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 12 m. طول الأنبوب 300 m وقطره الداخلي 150 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,018؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 8 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². أوجد السمت H الذي يجب أن تضيفه المضخة.

Q = 30 L/sΔz = 12 mL = 300 mD = 150 mmf = 0,018ΣK = 8
H = m
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات01234PV = ?€50 000

تحتاج إلى €50 000 بعد 4 سنوات. يدفع حساب 3% سنويًا، تُركَّب الفائدة شهريًا. كم يجب أن تودع اليوم؟ أوجد القيمة الحالية PV.

FV = €50 0003% / 12n = 4
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…240€200€200€200FV = ?

تدّخر €200 في نهاية كل شهر لمدة 20 سنوات. يدفع الحساب 4,2% سنويًا تُركَّب شهريًا. كم ستدّخر في النهاية؟ أوجد FV.

A = €2004,2% / 12N = 240
FV = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات012345−30 0008 0008 0008 0008 00011 000

تبلغ تكلفة آلة €30 000 اليوم. تولّد €8 000 في نهاية كل سنة لمدة 5 سنوات ويمكن بيعها بعدها بـ €3 000. تكلفة رأس المال 10%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.

C0 = €30 000CF = €8 000S = €3 000n = 5r = 10%
NPV = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123−10 0003 5007 5005 000

تبلغ تكلفة مشروع €10 000 ويعود بـ €3 500, €7 500, €5 000 في نهاية السنوات من 1 إلى 3. أوجد معدل العائد الداخلي IRR بالنسبة المئوية.

CF0 = −10 000CF1 = 3 500CF2 = 7 500CF3 = 5 000
IRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
−3−2−10123zالمساحة المظللة بين −z وz = 0,7620

اسحب z بحيث تكون المساحة المظللة بين −z وz تحت المنحنى الطبيعي القياسي مساوية 0,7620. أوجد z بمنزلتين عشريتين.

A = 0,7620
z =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
0,05 mm0D − d?

أقطار الثقوب D طبيعية بمتوسط 25,05 mm وانحراف معياري 0,02 mm. وأقطار الأعمدة d مستقلة وطبيعية بمتوسط 25 mm وانحراف معياري 0,02 mm. يناسب العمود المختار عشوائيًا حين D − d > 0. أوجد الاحتمال P بأن يناسب. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.

الثقب: μ = 25,05 mm, σ = 0,02 mmالعمود: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RB = 114,3 kN

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.

العزوم حول A

عكس عقارب الساعة موجب.

ΣMA = 0: RB·3,5 = 30·2,5 + 65·5
RB = 400/3,5 = 114,3 kN

الاتزان الرأسي

RA = 30 + 65 − 114,3 = −19,29 kN

الإجابة

RB = 114,3 kN

RA سالب: على المسمار عند A أن يمسك الكمرة إلى الأسفل.

2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RB = 44,2 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.

w = 8 kN/mP = 50 kNABRA​RB​1 m1,5 m2,5 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.

محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 8·4 = 32 kN، تؤثّر عند x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·5 = 50·2,5 + 8·4·3
RB = 221/5 = 44,2 kN
ΣFy = 0: RA = 82 − 44,2 = 37,8 kN

الإجابة

RB = 44,2 kN
3.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: FBC = −9,52 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.

ABBCACACB30 kNAy​Cy​

ردود أفعال الركائز

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 30·1 → Cy = 3,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 30 − 3,75 = 26,25 kN

العقدة C

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

sin γ = 3/7,616 = 0,3939, cos γ = 7/7,616 = 0,9191
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −3,75/0,3939 = −9,52 kN

الإجابة

FBC = −9,52 kN (ضغط)
4.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: FBC = −39,53 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.

ABBCACACB35 kN15 kNAy​Cy​Ax​

ردود أفعال الركائز

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 35·3 + 15·3 → Cy = 37,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 37,5 = −2,5 kN
ΣFx = 0: Ax = −15 kN

العقدة C

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

sin γ = 3/3,162 = 0,9487, cos γ = 1/3,162 = 0,3162
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −37,5/0,9487 = −39,53 kN

الإجابة

FBC = −39,53 kN (ضغط)
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 25 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 = 75·4 + 75·7,5
RB = 862,5/6 = 143,8 kN
ΣFy = 0: RA = 150 − 143,8 = 6,25 kN

اقطع تحت P1 واحتفظ بالجزء الأيسر

Mx = RA·4 = 6,25·4 = 25 kN·m

الإجابة

Mx = 25 kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 21 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 = 8·5 = 40 kN، تؤثّر عند x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 30·1 + 8·5·2,5
RB = 130/5 = 26 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 26 = 44 kN
w = 8 kN/mP = 30 kNABRA​ = 44RB​ = 26مقطع0,5 m0,5 m4 m

اقطع عند x = 0,5 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 = 44·0,5 − 8·0,5·0,25 = 21 kN·m

الإجابة

Mx = 21 kN·m
7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δB = 2,953 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.

P = 18000 N, a = 1500 mm, L = 4000 mm
EI = 2,4 × 10¹³ N·mm²

الترخيم عند الطرف الحر

الترخيم عند الحمل زائد الميل عند الحمل مضروبًا في الطول المتبقي.

δP = Pa³/(3EI) = 0,8438 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,0008437 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 2,953 mm

الإجابة

δB = 2,953 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 4,185 × 10⁶ mm⁴

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).

حدّ الترخيم

δallow = L/360 = 2500/360 = 6,944 mm

عزم القصور الذاتي المطلوب

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·4·2500⁴/(384·70000·6,944) = 4,185 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 4,185 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 4,185 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 3,73 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

ينبعج المستطيل حول محوره الضعيف، باستخدام مكعّب البُعد الأصغر.

Imin = h·b³/12 = 50·20³/12 = 33333 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,7·6000 = 4200 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·33333/4200² = 3730 N = 3,73 kN

الإجابة

Pcr = 3,73 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: d = 51,37 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 = 2,5·120000 = 300000 N
KL = 0,5·3000 = 1500 mm

حلّ لإيجاد القطر

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·300000·1500²/(π³·200000))^(1/4) = 51,37 mm

الإجابة

d = 51,37 mm

تحقّق: النحافة KL/r تساوي 116,8، لذا العمود نحيف وتنطبق صيغة أويلر.

11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 332,7 × 10⁶ mm⁴

المقاطع ذات الثقوب: عامل الثقب على أنه مساحة سالبة. المركز الهندسي هو ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)، حيث A₁ وy₁ للوح الكامل وA₂ وy₂ للثقب. ولعزم القصور الذاتي للمساحة حول المحور المار بالمركز الهندسي، استخدم نظرية المحاور المتوازية لكل جزء واطرح الثقب: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²)، حيث d هي المسافة من المركز الهندسي لكل جزء إلى المحور المار بـ ȳ. للمستطيل Ic = bh³/12 وللدائرة Ic = πd⁴/64.

المركز

ȳ = (45000·150 − 1257·210)/(45000 − 1257) = 148,3 mm

اللوح الكامل حول ȳ

150·300³/12 + 45000·1,724² = 337,6 × 10⁶ mm⁴

الثقب حول ȳ

π·40⁴/64 + 1257·61,72² = 4,913 × 10⁶ mm⁴

اطرح

Ix = 332,7 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 332,7 × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 33,3 × 10⁶ mm⁴

المقاطع ذات الثقوب: عامل الثقب على أنه مساحة سالبة. المركز الهندسي هو ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)، حيث A₁ وy₁ للوح الكامل وA₂ وy₂ للثقب. ولعزم القصور الذاتي للمساحة حول المحور المار بالمركز الهندسي، استخدم نظرية المحاور المتوازية لكل جزء واطرح الثقب: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²)، حيث d هي المسافة من المركز الهندسي لكل جزء إلى المحور المار بـ ȳ. للمستطيل Ic = bh³/12 وللدائرة Ic = πd⁴/64.

المركز

ȳ = (18000·75 − 1200·60)/(18000 − 1200) = 76,07 mm

اللوح الكامل حول ȳ

120·150³/12 + 18000·−1,071² = 33,77 × 10⁶ mm⁴

الثقب حول ȳ

30·40³/12 + 1200·−16,07² = 0,4699 × 10⁶ mm⁴

اطرح

Ix = 33,3 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 33,3 × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 64,57 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) = 17·2 + 20·3 = 94 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·3 = 29,43 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 94 − 29,43 = 64,57 kPa

الإجابة

σ′ = 64,57 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 80,14 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·2 + γsat,sand·2 + γsat,clay·4
σ = 16·2 + 19,5·2 + 17·4 = 139 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·6 = 58,86 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 139 − 58,86 = 80,14 kPa

الإجابة

σ′ = 80,14 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 98,33 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.

قارن بضغط التصلّب المسبق

σ′f = 50 + 240 = 290 kPa > 150 kPa

الهبوط

إعادة الضغط حتى σ′p، ثم الانضغاط البكر بعده.

S = 0,02·2/(1 + 0,65)·log₁₀(150/50) + 0,25·2/(1 + 0,65)·log₁₀(290/150)
S = 11,57 + 86,76 = 98,33 mm

الإجابة

S = 98,33 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 3,392 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 m

الزمن

t = Tv·Hdr²/cv = 0,848·2²/1 = 3,392 سنوات

الإجابة

t = 3,392 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 132,4 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 + 1/2 = 4,5 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
بوابةd = 4 mH = 1 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4,5·3 = 132,4 kN

الإجابة

F = 132,4 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: ycp = 4,373 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 = 3 + 2,5/2 = 4,25 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
بوابةd = 3 mH = 2,5 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4,25·3,75 = 156,3 kN

مركز الضغط

يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.

Ic = b·H³/12 = 1,5·2,5³/12 = 1,953 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4,25 + 1,953/(4,25·3,75) = 4,373 m

الإجابة

ycp = 4,373 m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 49,58 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·0,05²/4 = 0,001963 m²
V = Q/A = 0,005/0,001963 = 2,546 m/s

سمت السرعة

V²/(2g) = 2,546²/(2·9,81) = 0,3305 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(500/0,05)·2,546²/(2·9,81) = 49,58 m

الإجابة

hf = 49,58 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: Δz = 3,855 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 = 0,012/0,007854 = 1,528 m/s
V²/(2g) = 0,119 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,025·100/0,1 = 25
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 5 + 1,0 = 7,4

فاقد السمت الكلي

hf = 25·0,119 = 2,975 m
hm = 7,4·0,119 = 0,8805 m
Δz = hf + hm = 3,855 m

الإجابة

Δz = 3,855 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 26,18 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 = (4 + 2·2,1)·2,1 = 17,22 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4 + 2·2,1·√(1 + 2²) = 13,39 m
R = A/P = 1,286 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,022)·1,2862/3·0,00081/2 = 1,52 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 17,22·1,52 = 26,18 m³/s

الإجابة

Q = 26,18 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,0005059 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 = 1,5·0,5 = 0,75 m²
P = b + 2y = 1,5 + 2·0,5 = 2,5 m
R = A/P = 0,3 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,012·0,63/(0,75·0,4481) = 0,02249
S = 0,02249² = 0,0005059

الإجابة

S = 0,0005059

هذا انخفاض قدره 0,5059 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pshaft = 38,28 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 = 1000·9,81·0,08·40 = 31,39 kW

قدرة العمود

Pshaft = Ph/η = 31,39/0,82 = 38,28 kW

الإجابة

Pshaft = 38,28 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: H = 18,46 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 = 0,03/0,01767 = 1,698 m/s
V²/(2g) = 0,1469 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (36 + 8)·0,1469 = 6,463 m

سمت المضخة

السطحان مفتوحان وساكنان عمليًا، لذا تسقط حدود الضغط والسرعة.

H = Δz + hL = 12 + 6,463 = 18,46 m

الإجابة

H = 18,46 m
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 44353 €

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 وعدد الفترات

i = 0,03/12 = 0,0025
N = 12·4 = 48

القيمة الحالية

PV = FV/(1 + i)N = 50 000/1,127 = €44 352,66

الإجابة

PV = €44 352,66
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 75027 €

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 = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·20 = 240

القيمة المستقبلية للإيداعات

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 200·(2,313 − 1)/0,0035 = €75 026,99

الإجابة

FV = €75 026,99

دفعتَ بنفسك €48 000؛ والباقي فائدة.

27.NPV و IRR

الإجابة: NPV = 2189 €

صافي القيمة الحالية: اخصم كل تدفق نقدي إلى اليوم بمعدل العائد المطلوب r، ثم اجمعها: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. المشروع الذي NPV > 0 يكسب أكثر من r ويضيف قيمة. معدل العائد الداخلي (IRR) هو المعدل الذي يجعل NPV = 0.

القيمة الحالية للتدفقات النقدية السنوية

8 000·3,791 = 30 326,29

القيمة الحالية لقيمة الخردة

3 000/1,611 = 1 862,76

NPV

NPV = −30 000 + 30 326,29 + 1 862,76 = €2 189,06

الإجابة

NPV = €2 189,06
28.NPV و IRR

الإجابة: IRR = 26,01 %

صافي القيمة الحالية: اخصم كل تدفق نقدي إلى اليوم بمعدل العائد المطلوب r، ثم اجمعها: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. المشروع الذي NPV > 0 يكسب أكثر من r ويضيف قيمة. معدل العائد الداخلي (IRR) هو المعدل الذي يجعل NPV = 0.

احصر IRR بين قيمتين

تنخفض NPV كلما ارتفع المعدل، لذا يقع IRR بين معدل يعطي NPV موجبة ومعدل يعطي NPV سالبة.

NPV(25%) = 160,00
NPV(30%) = −593,99

ضيّق النطاق

يعطي الاستكمال الخطي تقديرًا أوليًا؛ وتكراره (أو دالة IRR في الآلة الحاسبة) يعطي المعدل الدقيق.

IRR ≈ 25 + 5·160,00/(160,00 − (−593,99)) = 26,06%
بالضبط: NPV(26,01%) = 0 → IRR = 26,01%

الإجابة

IRR = 26,01%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: z = 1,18

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 + 0,7620)/2 = 0,8810

اقرأ جدول z بالعكس

ابحث عن 0,8810 داخل الجدول واقرأ z.

z = 1,18

الإجابة

z = 1,18
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,9616

مجاميع المتغيرات الطبيعية وفروقها: إذا كان X وY مستقلين وطبيعيين فإن X + Y وX − Y طبيعيان أيضًا. تُجمع المتوسطات أو تُطرح: E(X ± Y) = μX ± μY. أما التباينات فدائمًا تُجمع، حتى في الفرق: Var(X ± Y) = σX² + σY²، إذن σ = √(σX² + σY²). ولا تُجمع الانحرافات المعيارية مباشرةً أبدًا. مجموع n عنصرًا مستقلًا لها التوزيع نفسه متوسطه n·μ وانحرافه المعياري σ·√n. ثم عيّر كالمعتاد: z = (x − المتوسط)/σ واقرأ Φ(z).

توزيع الفرق

μ = 25,05 − 25 = 0,05 mm, σ = 0,02828 mm

حوّل إلى الصيغة المعيارية

z = (0 − 0,05)/0,02828 = −1,77

الاحتمال

P = 1 − Φ(−1,77) = 0,9616

الإجابة

P = 0,9616

هذه مادة تدريب مستقلة. ExamProblems غير تابع للجهة التي تنظّم هذا الامتحان ولا معتمد منها، ويُستخدم اسم الامتحان لوصف المحتوى فقط. يُجري اختبار FE exam جهةُ NCEES، وهي غير تابعة لـ ExamProblems ولا تؤيده.

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