اذكر كل التدفقات النقدية مع سنواتها؛ الاستثمار في السنة 0 سالب.
اخصم كل تدفق نقدي: CFt/(1 + r)t.
اجمعها لتحصل على NPV. القيمة الموجبة تعني أن المشروع يحقّق أكثر من r.
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
حوّل القيمة إلى درجة معيارية: z = (x − μ)/σ.
ابحث عن Φ(z)، وهي المساحة على يسار z.
للمساحة على اليمين استخدم 1 − Φ(z)؛ ولفترة اطرح المساحتين اليساريتين.
للمئين اعمل بشكل عكسي: أوجد z للمساحة، ثم x = μ + z·σ.
2مسائل تدريبية
1.ردود أفعال ركائز الكمراتمتوسطة
الكمرة البسيطة الارتكاز (مسمار في A، بكرة في B) تحمل حملًا متغيّرًا خطيًا يرتفع من الصفر عند A إلى 12 kN/m عند B. يؤثّر أيضًا حمل مركّز P على بعد 8 m من A. أوجد ردّ فعل الركيزة الرأسي RB.
L = 10 mw0 = 12 kN/mP = 65 kN عند 8 m
RB = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
للكمرة البسيطة الارتكاز مسمار في A وبكرة في B. يؤثّر حمل P على بعد 1 m من A، مائلًا بزاوية 50° عن الأفق، ويؤثّر حمل رأسي Q على بعد 4,5 m من A. أوجد الزاوية α بين قوة ردّ الفعل الكلية عند المسمار A والأفق.
L = 6 mP = 30 kN عند 1 m, θ = 50°Q = 70 kN عند 4,5 m
α = °
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
عضو واحد بالضبط في هذا الجمالون لا يحمل قوة تحت هذه الأحمال. أي عضو هو عضو القوة الصفرية؟ انقر عليه في المخطط.
C: 25 kN ↓D: 10 kN ↓G: 10 kN ↓H: 35 kN ↓
1العضو AB
2العضو BC
3العضو CD
4العضو DE
5العضو FG
6العضو GH
7العضو AF
8العضو HE
9العضو BF
10العضو CG
11العضو DH
12العضو FC
13العضو HC
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
عضو واحد بالضبط في هذا الجمالون لا يحمل قوة تحت هذه الأحمال. أي عضو هو عضو القوة الصفرية؟ انقر عليه في المخطط.
الكابولي مثبَّت عند A. يحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طوله كله وحملًا مركّزًا P على بعد 2,5 m من A. أوجد عزم الانحناء Mx عند المقطع x = 0,5 m من الركيزة المثبَّتة A. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.
L = 2,5 mP = 65 kN عند 2,5 mw = 2 kN/m من 0 إلى 2,5 mx = 0,5 m
Mx = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
ترتكز الكمرة على مسمار في A وبكرة في B، وتبرز بعد B مسافة 1,5 m حتى الطرف الحر C. يؤثّر حمل موزّع بانتظام w على الطول كله A–C. أوجد عزم الانحناء MB عند الركيزة B. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.
L = 5,5 mw = 8 kN/m من 0 إلى 5,5 mركيزتان عند x = 0 و x = 4 m
MB = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله. أوجد أقصى ترخيم δmax عند منتصف البحر.
w = 15 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
كمرة خشبية بسيطة الارتكاز ذات مقطع مستطيل عرضه 75 mm تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله. لا يجوز أن يتجاوز ترخيم منتصفها البحر/360. أوجد أصغر عمق hreq للمقطع.
w = 2 kN/mL = 5 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)b = 75 mm
hreq = mm
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
عمود طوله L من الألومنيوم مفصلي الطرفين. باستخدام صيغة أويلر أوجد حمل الانبعاج الحرج Pcr.
L = 1,5 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 40 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
عمود دائري مصمت طوله L من الألومنيوم مفصلي الطرفين. يجب أن يحمل 65 kN بمعامل أمان 3 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.
P = 65 kNn = 3L = 2,5 mE = 70 GPa (الألومنيوم)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
مقطع I متماثل له شفتان عرض كلٍّ منهما 110 mm وسُمكها 18 mm، وعمق كلي 320 mm، وجذع سُمكه 12 mm. أوجد معامل المقطع المرن Sx للانحناء حول المحور المركزي الأفقي x.
B = 110 mmH = 320 mmtf = 18 mmtw = 12 mm
Sx = × 10³ mm³
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
لوح أبعاده 150 mm × 150 mm فيه فتحة مستطيلة عرضها 30 mm وارتفاعها 40 mm، متمركزة على الخط الرأسي المنصِّف ومركزها على ارتفاع 105 mm فوق القاع. أوجد عزم القصور الذاتي للمساحة Ix حول المحور الأفقي المار بالمركز الهندسي.
b = 150 mmh = 150 mmالفتحة: 30 × 40 mmمركز الثقب: y = 105 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
لمقطع التربة الموضّح، أوجد الإجهاد الرأسي الفعّال σ′ عند النقطة X.
طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 3,5 m لها Cc = 0,3، و Cr = 0,06 و e₀ = 0,85. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 90 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 2. يضيف مبنى جديد 50 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.
طبقة طين سُمكها 4,5 m معامل تصلّبها cv = 0,8 m²/year. تقع بين طبقتي رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى والأسفل. لتصلّب متوسط بنسبة 90% يكون معامل الزمن Tv = 0,848. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 90%؟
يجري ماء (ρ = 1000 kg/m³) بسرعة 1 m/s في أنبوب أفقي طوله 800 m وقطره الداخلي 200 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,028 و g = 9,81 m/s². أوجد هبوط الضغط Δp على امتداد الأنبوب بالـ kPa.
خزانان مفتوحان يصل بينهما أنبوب طوله 150 m وقطره الداخلي 250 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,018. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 4 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 120 L/s؟
قناة شبه منحرفة تربة نظيفة عرض قاعها 3 m وميولها الجانبية 2:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 0,5 m. معامل مانينغ n = 0,022 وميل القاع S = 0,0005. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.
b = 3 my = 0,5 mz = 2n = 0,022S = 0,0005
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
قناة شبه منحرفة طوب عرض قاعها 3,5 m وميولها الجانبية 1,5:1 (أفقي:رأسي) يجب أن تنقل 14 m³/s بجريان منتظم عند عمق 1,1 m. معامل مانينغ n = 0,015. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).
Q = 14 m³/sb = 3,5 my = 1,1 mz = 1,5n = 0,015
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
في اختبار، تدفع مضخة 50 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 36 m بينما يأخذ عمودها 23,5 kW. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد كفاءة المضخة η بالنسبة المئوية.
Q = 50 L/sH = 36 mPshaft = 23,5 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
مضخة تنقل 50 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 37 m. طول الأنبوب 200 m وقطره الداخلي 150 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,02؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 8 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². كفاءة المضخة 78%. أوجد قدرة العمود Pshaft بالـ kW.
تستثمر €1 000 بمعدل اسمي 3,6% سنويًا، تُركَّب الفائدة شهريًا. أوجد قيمة FV الاستثمار بعد 9 سنوات.
PV = €1 0003,6% / 12n = 9
FV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
تدّخر €500 في نهاية كل شهر لمدة 30 سنوات. يدفع الحساب 4,8% سنويًا تُركَّب شهريًا. كم ستدّخر في النهاية؟ أوجد FV.
A = €5004,8% / 12N = 360
FV = €
27.NPV و IRRمتوسطة
استثمار قدره €30 000 يعطي التدفقات النقدية التالية في نهاية السنوات من 1 إلى 3: €8 000, €7 000, €8 000. تكلفة رأس المال 6%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.
تبلغ تكلفة مشروع €25 000 ويعود بـ €17 000, €9 000, €13 000 في نهاية السنوات من 1 إلى 3. أوجد معدل العائد الداخلي IRR بالنسبة المئوية.
CF0 = −25 000CF1 = 17 000CF2 = 9 000CF3 = 13 000
IRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
كتل المسامير الملولبة مستقلة وطبيعية بمتوسط 40 g وانحراف معياري 1,2 g. أوجد الاحتمال P بأن تقل الكتلة الكلية لـ 12 منها عن 488,3 g. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.
μ = 40 gσ = 1,2 gn = 12< 488.3 g
P =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
تتوزع أعمار البطاريات توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 500 h وانحراف معياري 40 h. اسحب حد القطع بحيث تقع المساحة المظللة للأعلى 85% على يمينه. أوجد حد القطع x.
μ = 500 hσ = 40 h85%
x = h
3المحاليل
1.ردود أفعال ركائز الكمرات
الإجابة: RB = 92 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.
محصّلة الحمل المثلثي
W = ½·12·10 = 60 kN
x̄ = 2L/3 = 6,667 m
الاتزان
العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة. ثم اتزان القوى الرأسية.
ΣMA = 0: RB·10 = 60·6,667 + 65·8
RB = 92 kN
RA = 125 − 92 = 33 kN
الإجابة
RB = 92 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات
الإجابة: α = 62,25 °
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.
مركّبتا P
Pv = 30·sin 50° = 22,98 kN
Ph = 30·cos 50° = 19,28 kN
ردود الأفعال
ΣMA = 0: RB·6 = 22,98·1 + 70·4,5 → RB = 56,33 kN
Ay = 22,98 + 70 − 56,33 = 36,65 kN
Ax = Ph = 19,28 kN
الاتجاه عند A
α = atan(Ay/Ax) = atan(36,65/19,28) = 62,25°
الإجابة
α = 62,25°
3.الجملون: طريقة العقد
الإجابة: العضو BF
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 B
يقع AB وBC على خط مستقيم واحد ولا تحمل العقدة حملًا. اتزان القوى عبر ذلك الخط لا يُبقي إلا BF.
ΣF⊥ = 0 → FBF = 0
تحقق بطريقة العقد
حل كل العقد يعطي قوى الأعضاء هذه (T = شد، C = ضغط).
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).
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: −65·2 = −130 kN·m
w: −2·2²/2 = −4 kN·m
Mx = −130 − 4 = −134 kN·m
الإجابة
Mx = −134 kN·m
الإشارة السالبة تعني التحدّب: شدّ على الوجه العلوي.
6.قوة القص وعزم الانحناء
الإجابة: MB = −9 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. أقصى عزم: بما أن dM/dx = V، يبلغ عزم الانحناء ذروته حيث تمرّ قوة القص بالصفر، إمّا عند حمل مركّز أو داخل حمل موزّع.
ردود أفعال الركائز
اتزان الكمرة كلها، بما في ذلك الحمل على الجزء البارز.
محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 8·5,5 = 44 kN، تؤثّر عند x̄ = 2,75 m
ΣMA = 0: RB·4 = 8·5,5·2,75
RB = 121/4 = 30,25 kN
ΣFy = 0: RA = 44 − 30,25 = 13,75 kN
اقطع عند B واحتفظ بالجزء البارز
الحمل على الجزء البارز، w·a، يؤثّر على بعد a/2 من B ويجعل الكمرة تتحدّب فوق الركيزة.
MB = −w·a²/2 = −8·1,5²/2 = −9 kN·m
الإجابة
MB = −9 kN·m
7.ترخيم الكمرة
الإجابة: δmax = 23,67 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 = 15 N/mm, L = 2000 mm
EI = 1,32 × 10¹¹ N·mm²
الترخيم
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·2000⁴/(384·1,32 × 10¹¹) = 23,67 mm
الإجابة
δmax = 23,67 mm
8.ترخيم الكمرة
الإجابة: hreq = 257,4 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.
bh³/12 = Ireq → h = (12·1,065 × 10⁸/75)1/3 = 257,4 mm
الإجابة
hreq = 257,4 mm
عمليًا، اختر العمق القياسي التالي الأكبر من هذه القيمة.
9.انبعاج الأعمدة
الإجابة: Pcr = 38,59 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.
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 = 3·65000 = 195000 N
KL = 1·2500 = 2500 mm
حلّ لإيجاد القطر
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·195000·2500²/(π³·70000))^(1/4) = 77,43 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.
المستطيل الخارجي ناقص الفراغين الجانبيين
عرض الفراغين معًا (B − tw) وارتفاعهما hw = H − 2tf، ويشتركان في المحور x.
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 = (22500·75 − 1200·105)/(22500 − 1200) = 73,31 mm
اللوح الكامل حول ȳ
150·150³/12 + 22500·1,69² = 42,25 × 10⁶ mm⁴
الثقب حول ȳ
30·40³/12 + 1200·31,69² = 1,365 × 10⁶ mm⁴
اطرح
Ix = 40,89 × 10⁶ mm⁴
الإجابة
Ix = 40,89 × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربة
الإجابة: σ′ = 75,83 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.
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·3 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2
σ = 15·3 + 19·2 + 19·2 = 121 kPa
الإجابة
σ = 121 kPa
15.هبوط التصلّب
الإجابة: S = 21,78 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 = 2·90 = 180 kPa
قارن بضغط التصلّب المسبق
σ′f = 90 + 50 = 140 kPa ≤ 180 kPa
الهبوط
يبقى الطين على خط إعادة الضغط.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,06·3,5/(1 + 0,85)·log₁₀(140/90) = 21,78 mm
الإجابة
S = 21,78 mm
16.هبوط التصلّب
الإجابة: t = 5,366 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 = 4,5/2 = 2,25 m
الزمن
t = Tv·Hdr²/cv = 0,848·2,25²/0,8 = 5,366 سنوات
الإجابة
t = 5,366 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية
الإجابة: F = 485,6 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 + 3/2 = 5,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
القوة المحصّلة
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·5,5·9 = 485,6 kN
الإجابة
F = 485,6 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية
الإجابة: F = 83,43 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 + 1,5/2 = 2,25 m
A = H·b = 1,5·2 = 3 m²
القوة المحصّلة
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2,25·3 = 83,43 kN
الإجابة
F = 83,43 kN
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت
الإجابة: Δp = 56 kPa
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.
فاقد السمت
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(800/0,2)·1²/(2·9,81) = 5,708 m
هبوط الضغط
الأنبوب أفقي والسرعة لا تتغيّر، لذا تختزل معادلة الطاقة إلى Δp = ρ·g·hf.
Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·5,708 = 56000 Pa = 56 kPa
الإجابة
Δp = 56 kPa
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت
الإجابة: Δz = 5,635 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 = 0,12/0,04909 = 2,445 m/s
V²/(2g) = 0,3046 m
معاملات الفاقد
f·L/D = 0,018·150/0,25 = 10,8
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 5 + 1,0 = 7,7
فاقد السمت الكلي
hf = 10,8·0,3046 = 3,29 m
hm = 7,7·0,3046 = 2,345 m
Δz = hf + hm = 5,635 m
الإجابة
Δz = 5,635 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)
الإجابة: Q = 1,07 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 = (3 + 2·0,5)·0,5 = 2 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3 + 2·0,5·√(1 + 2²) = 5,236 m
R = A/P = 0,382 m
السرعة المتجهة
V = (1/0,022)·0,3822/3·0,00051/2 = 0,5351 m/s
معدّل التدفّق
Q = A·V = 2·0,5351 = 1,07 m³/s
الإجابة
Q = 1,07 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)
الإجابة: S = 0,001986 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 = (3,5 + 1,5·1,1)·1,1 = 5,665 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3,5 + 2·1,1·√(1 + 1,5²) = 7,466 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.
القدرة الهيدروليكية
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,05·36 = 17,66 kW
الكفاءة
η = Ph/Pshaft = 17,66/23,5 = 75,14%
الإجابة
η = 75,14%
24.المضخات وقدرة المضخات
الإجابة: Pshaft = 32,16 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.
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.
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.
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 = −30 000
CF1/(1 + 0,06)1 = 8 000/1,06 = 7 547,17
CF2/(1 + 0,06)2 = 7 000/1,124 = 6 229,98
CF3/(1 + 0,06)3 = 8 000/1,191 = 6 716,95
اجمعها
NPV = €−9 505,90
الإجابة
NPV = €−9 505,90
NPV سالبة، لذا يكسب المشروع أقل من العائد المطلوب.
28.NPV و IRR
الإجابة: IRR = 27,92 %
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%) = 1 016,00
NPV(30%) = −680,47
ضيّق النطاق
يعطي الاستكمال الخطي تقديرًا أوليًا؛ وتكراره (أو دالة IRR في الآلة الحاسبة) يعطي المعدل الدقيق.
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 الكلي
μT = 480 g, σT = 1,2·√12 = 4,157 g
حوّل إلى الصيغة المعيارية
z = (488,3 − 480)/4,157 = 2
الاحتمال
P = Φ(2) = 0,9772
الإجابة
P = 0,9772
30.التوزيع الطبيعي
الإجابة: x = 458 h
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 = 500 − 1,04·40 = 458 h
الإجابة
x = 458 h
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.