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​ = 40 kNP2​ = 60 kNABRA​RB​ = ?1,5 m0,5 m2 m

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

L = 4 mP1 = 40 kN عند 1,5 mP2 = 60 kN عند 2 m
RB = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
P = 80 kNQ = 55 kNADCRD​ = ?1 m2 m2,5 m0,5 m

كمرة مركّبة مثبَّتة في الجدار عند A، لها مفصل داخلي عند C (على بعد 3 m من A) وترتكز على بكرة عند D (على بعد 6 m من A). تحمل حملًا مركّزًا P على بعد 5,5 m من A وحملًا مركّزًا Q على بعد 1 m من A. أوجد ردّ الفعل RD عند البكرة.

AC = 3 mAD = 6 mP = 80 kN عند 5,5 mQ = 55 kN عند 1 m
RD = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABCDEFGH15 kN10 kN35 kN15 kN4 × 3 m3 m

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

B: 15 kN ↓F: 10 kN ↓G: 35 kN ↓H: 15 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
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABCDEFGH35 kN20 kN10 kN35 kN15 kN4 × 3 m3 m

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

B: 35 kN ↓C: 20 kN ↓G: 10 kN ↓H: 35 kN ↓H: 15 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 FC
  13. 13العضو HC
5.قوة القص وعزم الانحناءمتوسطة
w = 10 kN/mP = 70 kNAB3 m

الكابولي مثبَّت عند A. يحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طوله كله وحملًا مركّزًا P على بعد 3 m من A. أوجد عزم الانحناء MA عند الركيزة المثبَّتة A. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 3 mP = 70 kN عند 3 mw = 10 kN/m من 0 إلى 3 m
MA = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
w = 10 kN/mP = 60 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 = 60 kN عند 3,5 mw = 10 kN/m من 0 إلى 5 mx = 3,5 m
Mx = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
P = 23 kNABδ2 m3 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا مركّزًا P على بعد a = 2 m من الركيزة A. أوجد الترخيم δP تحت الحمل.

P = 23 kNa = 2 mL = 5 mE = 70 GPa (الألومنيوم)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 10 kN/mδL = 2 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 = 10 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 2,5 m25 × 80 mmالمقطع العرضي

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

L = 2,5 mE = 200 GPa (الفولاذ)b × h = 25 × 80 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
P = 135 kNL = 6 md = ?المقطع العرضي

عمود دائري مصمت طوله L من الفولاذ مثبَّت عند القاعدة ومفصلي عند القمة. يجب أن يحمل 135 kN بمعامل أمان 2 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.

P = 135 kNn = 2L = 6 mE = 200 GPa (الفولاذ)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
1801530012xالأبعاد بالـ mm

أوجد عزم القصور الذاتي Ix لمقطع T حول المحور الأفقي x المارّ بمركزه.

bf = 180 mmtf = 15 mmtw = 12 mmhw = 300 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
200380206xM = 200 kN·mالأبعاد بالـ mm

مقطع I متماثل له شفتان عرض كلٍّ منهما 200 mm وسُمكها 20 mm، وعمق كلي 380 mm، وجذع سُمكه 6 mm. يحمل عزم انحناء مقداره 200 kN·m حول المحور x. أوجد مقدار أقصى إجهاد انحناء σmax في المقطع.

B = 200 mmH = 380 mmtf = 20 mmtw = 6 mmM = 200 kN·m
σmax = MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³9 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 6 m

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

z = 6 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 16,5 kN/m³رمل: γsat = 19,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³4 mطينγsat​ = 18 kN/m³6 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15,5 kN/m³رمل: γsat = 20,5 kN/m³طين: γsat = 18 kN/m³
u = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 130 kPaرملطينCc​ = 0,45, Cr​ = 0,04e0​ = 0,8σ′0​ = 65 kPaσ′p​ = 155 kPa4,5 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 4,5 m لها Cc = 0,45، و Cr = 0,04 و e₀ = 0,8. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 65 kPa وضغط التصلّب المسبق 155 kPa. يضيف مبنى جديد 130 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 4,5 mCc = 0,45Cr = 0,04e0 = 0,8σ′0 = 65 kPaσ′p = 155 kPaΔσ = 130 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 5 m5 mصخر غير منفذمنسوب المياه الجوفية

في اختبار أوديمتر مخبري، تبلغ عيّنة طين سُمكها 19 mm، مصرَّفة من الأعلى والأسفل، تصلّبًا بنسبة 50% في 5 min. في الموقع يشكّل الطين نفسه طبقة سُمكها 5 m. تقع على صخر غير منفذ وفوقها رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى فقط. كم يومًا t تستغرق الطبقة في الموقع لتبلغ تصلّبًا بنسبة 50%؟

hlab = 19 mmtlab = 5 minH = 5 mالموقع: تصريف أحادي
t = أيام
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 1,5 mH = 2,5 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 1,5 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 1,5 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.

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

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 3 m في جدار خزان يحتوي ماء البحر، وحافتها العليا على عمق 4 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.

d = 4 mH = 3 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
Q = 30 L/sD = 150 mmL = 1000 mf = 0,025

يجري ماء بمعدل 30 L/s في أنبوب طوله 1000 m وقطره الداخلي 150 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,025 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

Q = 30 L/sL = 1000 mD = 150 mmf = 0,025g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 5Δz = ?L = 400 m, D = 300 mm, f = 0,0152× كوع (K = 0,3)

خزانان مفتوحان يصل بينهما أنبوب طوله 400 m وقطره الداخلي 300 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,015. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 2 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 100 L/s؟

Q = 100 L/sL = 400 mD = 300 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 5Kexit = 1,0
Δz = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 5,5 my = 1 m2 : 1n = 0,012, S = 0,0008

قناة شبه منحرفة خرسانة مشطّبة عرض قاعها 5,5 m وميولها الجانبية 2:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 1 m. معامل مانينغ n = 0,012 وميل القاع S = 0,0008. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 5,5 my = 1 mz = 2n = 0,012S = 0,0008
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
b = 4,5 my = 2 m3 : 1n = 0,014, Q = 38 m³/s

قناة شبه منحرفة خرسانة غير مشطّبة عرض قاعها 4,5 m وميولها الجانبية 3:1 (أفقي:رأسي) يجب أن تنقل 38 m³/s بجريان منتظم عند عمق 2 m. معامل مانينغ n = 0,014. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).

Q = 38 m³/sb = 4,5 my = 2 mz = 3n = 0,014
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 20 L/sH = 30 m

مضخة تدفع 20 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 30 m. كفاءة المضخة 60% وكفاءة المحرّك الكهربائي الذي يشغّلها 95%. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد القدرة الكهربائية Pel التي يسحبها المحرّك، بالـ kW.

Q = 20 L/sH = 30 mηpump = 60%ηmotor = 95%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
PQ = 25 L/sΔz = 9 mL = 100 m, D = 150 mm, f = 0,015, ΣK = 8

مضخة تنقل 25 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 9 m. طول الأنبوب 100 m وقطره الداخلي 150 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,015؛ 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 = 25 L/sΔz = 9 mL = 100 mD = 150 mmf = 0,015ΣK = 8
H = m
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات01234567€3 000FV = ?

تستثمر €3 000 بمعدل اسمي 2% سنويًا، تُركَّب الفائدة شهريًا. أوجد قيمة FV الاستثمار بعد 7 سنوات.

PV = €3 0002% / 12n = 7
FV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…60€12 000A?AAA

يُسدَّد قرض قدره €12 000 بدفعات شهرية متساوية على مدى 5 سنوات. معدل الفائدة 3,6% سنويًا يُركَّب شهريًا. أوجد الدفعة الشهرية A.

P = €12 0003,6% / 12N = 60
A = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات0123−20 0009 0008 0007 000

استثمار قدره €20 000 يعطي التدفقات النقدية التالية في نهاية السنوات من 1 إلى 3: €9 000, €8 000, €7 000. تكلفة رأس المال 7,000000000000001%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.

r = 7,000000000000001%CF0 = −20 000CF1 = 9 000CF2 = 8 000CF3 = 7 000
NPV = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123−10 0003 5004 5006 500

تبلغ تكلفة مشروع €10 000 ويعود بـ €3 500, €4 500, €6 500 في نهاية السنوات من 1 إلى 3. أوجد معدل العائد الداخلي IRR بالنسبة المئوية.

CF0 = −10 000CF1 = 3 500CF2 = 4 500CF3 = 6 500
IRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
105 s108,2 sX + Y?

X طبيعي بمتوسط 60 s وانحراف معياري 5 s؛ وY مستقل وطبيعي بمتوسط 45 s وانحراف معياري 4 s. أوجد الاحتمال P بأن يزيد X + Y على 108,2 s. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.

μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 108,2 s
P =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
10 g0X − Y?

كتلة منتج X من الخط 1 وY من الخط 2 مستقلة وطبيعية: لـ X متوسط 500 g وانحراف معياري 8 g، ولـ Y متوسط 490 g وانحراف معياري 6 g. أوجد الاحتمال P بأن يكون X أكبر من Y. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.

μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RB = 45 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​ = 40 kNP2​ = 60 kNABRA​RB​1,5 m0,5 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 = 40·1,5 + 60·2
RB = 180/4 = 45 kN
ΣFy = 0: RA = 100 − 45 = 55 kN

الإجابة

RB = 45 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RD = 66,67 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. 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.

ΣMC = 0: RD·3 = 80·2,5
RD = 66,67 kN
VC = 80 − 66,67 = 13,33 kN

الإجابة

RD = 66,67 kN
3.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: 40 kN (T), BC: 55 kN (T), CD: 55 kN (T), DE: 35 kN (T), FG: 40 kN (C), GH: 35 kN (C), AF: 56,57 kN (C), HE: 49,5 kN (C), BF: 30 kN (T), CG: 0, DH: 20 kN (T), BG: 21,21 kN (C), DG: 28,28 kN (C)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: CG
4.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: العضو DH

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 D

يقع CD وDE على خط مستقيم واحد ولا تحمل العقدة حملًا. اتزان القوى عبر ذلك الخط لا يُبقي إلا DH.

ΣF⊥ = 0 → FDH = 0

تحقق بطريقة العقد

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

AB: 38,75 kN (T), BC: 38,75 kN (T), CD: 46,25 kN (T), DE: 46,25 kN (T), FG: 72,5 kN (C), GH: 72,5 kN (C), AF: 76,01 kN (C), HE: 65,41 kN (C), BF: 35 kN (T), CG: 10 kN (C), DH: 0, FC: 26,52 kN (T), HC: 15,91 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: DH
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: MA = −255 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.

احتفظ بجزء الطرف الحر

P: −70·3 = −210 kN·m
w: −10·3²/2 = −45 kN·m
MA = −210 − 45 = −255 kN·m

الإجابة

MA = −255 kN·m

الإشارة السالبة تعني التحدّب: شدّ على الوجه العلوي.

6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 89,25 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.

محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 10·5 = 50 kN، تؤثّر عند x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 60·3,5 + 10·5·2,5
RB = 335/5 = 67 kN
ΣFy = 0: RA = 110 − 67 = 43 kN
w = 10 kN/mP = 60 kNABRA​ = 43RB​ = 67مقطع3,5 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 = 43·3,5 − 10·3,5·1,75 = 89,25 kN·m

الإجابة

Mx = 89,25 kN·m
7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δP = 34,29 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 = 23000 N, a = 2000 mm, b = 3000 mm, L = 5000 mm
EI = 1,61 × 10¹² N·mm²

الترخيم تحت الحمل

δP = Pa²b²/(3EIL) = 23000·2000²·3000²/(3·1,61 × 10¹²·5000) = 34,29 mm

الإجابة

δP = 34,29 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 34,09 × 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 = 2000/360 = 5,556 mm

عزم القصور الذاتي المطلوب

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·10·2000⁴/(384·11000·5,556) = 3,409 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 34,09 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 34,09 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 67,14 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 = 80·25³/12 = 104167 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,7·2500 = 1750 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·104167/1750² = 67140 N = 67,14 kN

الإجابة

Pcr = 67,14 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: d = 83,73 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 = 2·135000 = 270000 N
KL = 0,7·6000 = 4200 mm

حلّ لإيجاد القطر

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·270000·4200²/(π³·200000))^(1/4) = 83,73 mm

الإجابة

d = 83,73 mm

تحقّق: النحافة KL/r تساوي 200,6، لذا العمود نحيف وتنطبق صيغة أويلر.

11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 65,32 × 10⁶ mm⁴

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 = 180·15 = 2700 mm², yf = 300 + 15/2 = 307,5 mm
الجذع: Aw = 12·300 = 3600 mm², yw = 300/2 = 150 mm

المركز

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2700·307,5 + 3600·150)/6300 = 217,5 mm

نظرية المحور الموازي

الشفة: 180·15³/12 + 2700·(307,5 − 217,5)² = 2,192 × 10⁷ mm⁴
الجذع: 12·300³/12 + 3600·(150 − 217,5)² = 4,34 × 10⁷ mm⁴
Ix = 2,192 × 10⁷ + 4,34 × 10⁷ = 6,532 × 10⁷ mm⁴ = 65,32 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 65,32 × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: σmax = 136,1 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.

المستطيل الخارجي ناقص الفراغين الجانبيين

عرض الفراغين معًا (B − tw) وارتفاعهما hw = H − 2tf، ويشتركان في المحور x.

hw = 380 − 2·20 = 340 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (200·380³ − 194·340³)/12
Ix = 2,791 × 10⁸ mm⁴

إجهاد الانحناء

y = 190 mm
σ = M·y/I = 2 × 10⁸·190/2,791 × 10⁸ = 136,1 MPa

الإجابة

σmax = 136,1 MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 78,57 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) = 16,5·3 + 19,5·3 = 108 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 = 108 − 29,43 = 78,57 kPa

الإجابة

σ′ = 78,57 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: u = 39,24 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) = 9,81·4 = 39,24 kPa

الإجابة

u = 39,24 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 149,9 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 = 65 + 130 = 195 kPa > 155 kPa

الهبوط

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

S = 0,04·4,5/(1 + 0,8)·log₁₀(155/65) + 0,45·4,5/(1 + 0,8)·log₁₀(195/155)
S = 37,74 + 112,2 = 149,9 mm

الإجابة

S = 149,9 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 961,8 أيام

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.

مسارات التصريف

Hdr,lab = 19/2 = 9,5 mm = 0,0095 m
Hdr,field = 5 m

حوّل الزمن بالتناسب

t = Tv·Hdr²/cv مع T_v و cv نفسيهما في المختبر والموقع.

tfield = 5·(5/0,0095)² = 1,385 × 10⁶ min
tfield = 1,385 × 10⁶/1440 = 961,8 أيام

الإجابة

t = 961,8 أيام
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 101,2 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 = 1,5 + 2,5/2 = 2,75 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
بوابةd = 1,5 mH = 2,5 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,75·3,75 = 101,2 kN

الإجابة

F = 101,2 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: ycp = 5,636 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 = 4 + 3/2 = 5,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
بوابةd = 4 mH = 3 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·5,5·9 = 497,7 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) = 5,5 + 6,75/(5,5·9) = 5,636 m

الإجابة

ycp = 5,636 m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 24,48 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·0,15²/4 = 0,01767 m²
V = Q/A = 0,03/0,01767 = 1,698 m/s

سمت السرعة

V²/(2g) = 1,698²/(2·9,81) = 0,1469 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(1000/0,15)·1,698²/(2·9,81) = 24,48 m

الإجابة

hf = 24,48 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: Δz = 2,764 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 = 0,1/0,07069 = 1,415 m/s
V²/(2g) = 0,102 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,015·400/0,3 = 20
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 + 1,0 = 7,1

فاقد السمت الكلي

hf = 20·0,102 = 2,04 m
hm = 7,1·0,102 = 0,7243 m
Δz = hf + hm = 2,764 m

الإجابة

Δz = 2,764 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 14,62 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 = (5,5 + 2·1)·1 = 7,5 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5,5 + 2·1·√(1 + 2²) = 9,972 m
R = A/P = 0,7521 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,012)·0,75212/3·0,00081/2 = 1,949 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 7,5·1,949 = 14,62 m³/s

الإجابة

Q = 14,62 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,0004899 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 + z·y)·y = (4,5 + 3·2)·2 = 21 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4,5 + 2·2·√(1 + 3²) = 17,15 m
R = A/P = 1,225 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,014·38/(21·1,145) = 0,02213
S = 0,02213² = 0,0004899

الإجابة

S = 0,0004899

هذا انخفاض قدره 0,4899 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pel = 10,33 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 = 1000·9,81·0,02·30 = 5,886 kW

قدرة العمود

Pshaft = 5,886/0,6 = 9,81 kW

القدرة الكهربائية

Pel = 9,81/0,95 = 10,33 kW

الإجابة

Pel = 10,33 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: H = 10,84 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 = 0,025/0,01767 = 1,415 m/s
V²/(2g) = 0,102 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (10 + 8)·0,102 = 1,836 m

سمت المضخة

السطحان مفتوحان وساكنان عمليًا، لذا تسقط حدود الضغط والسرعة.

H = Δz + hL = 9 + 1,836 = 10,84 m

الإجابة

H = 10,84 m
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 3450 €

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 = r/m = 0,02/12 = 0,001667
N = m·n = 12·7 = 84

القيمة المستقبلية

FV = 3 000·(1 + 0,001667)84 = 3 000·1,15 = €3 450,42

الإجابة

FV = €3 450,42
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: A = 218,8 €

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 الدفعات

i = 0,036000000000000004/12 = 0,003
N = 12·5 = 60

الدفعة

القيمة الحالية لـ N دفعة متساوية A هي A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. ساوِها بالقرض وحُلّ لإيجاد A.

(1 + i)−N = 0,8355
A = 12 000·0,003/(1 − 0,8355) = €218,84

الإجابة

A = €218,84
27.NPV و IRR

الإجابة: NPV = 1113 €

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 لكل تدفق نقدي

CF0 = −20 000
CF1/(1 + 0,07)1 = 9 000/1,07 = 8 411,21
CF2/(1 + 0,07)2 = 8 000/1,145 = 6 987,51
CF3/(1 + 0,07)3 = 7 000/1,225 = 5 714,09

اجمعها

NPV = €1 112,81

الإجابة

NPV = €1 112,81

NPV موجبة، لذا يكسب المشروع أكثر من العائد المطلوب.

28.NPV و IRR

الإجابة: IRR = 18,86 %

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(15%) = 719,98
NPV(20%) = −196,76

ضيّق النطاق

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

IRR ≈ 15 + 5·719,98/(719,98 − (−196,76)) = 18,93%
بالضبط: NPV(18,86%) = 0 → IRR = 18,86%

الإجابة

IRR = 18,86%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,3085

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 المجموع

μ = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s

حوّل إلى الصيغة المعيارية

z = (108,2 − 105)/6,403 = 0,5

الذيل العلوي

P = 1 − Φ(0,5) = 1 − 0,6915 = 0,3085

الإجابة

P = 0,3085
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,8413

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 = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g

حوّل إلى الصيغة المعيارية

z = (0 − 10)/10 = −1

الاحتمال

P = 1 − Φ(−1) = 0,8413

الإجابة

P = 0,8413

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