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
w0​ = 12 kN/mP = 65 kNABRB​ = ?8 m2 m

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
P = 30 kN, 50°Q = 70 kNABα = ?1 m3,5 m1,5 m

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
ABCDEFGH25 kN10 kN10 kN35 kN4 × 4 m3 m

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 ↓
  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
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABCDEFGH30 kN25 kN35 kN25 kN15 kN40 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: 30 kN ↓D: 25 kN ↓F: 35 kN ↓F: 25 kN →G: 15 kN ↓H: 40 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
w = 2 kN/mP = 65 kNABمقطع0,5 m2 m

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
w = 8 kN/mABC4 m1,5 m

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
w = 15 kN/mδL = 2 m

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
w = 2 kN/mABδ5 m

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
PL = 1,5 md = 40 mmالمقطع العرضي

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
P = 65 kNL = 2,5 md = ?المقطع العرضي

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
1103201812xالأبعاد بالـ mm

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
150 mm150 mm105 mm30 × 40xIx​ = ?

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
رملγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³8 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 8 m

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

z = 8 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15 kN/m³رمل: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³5 mطينγsat​ = 19 kN/m³4 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15 kN/m³رمل: γsat = 19 kN/m³طين: γsat = 19 kN/m³
σ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 50 kPaرملطينCc​ = 0,3, Cr​ = 0,06e0​ = 0,85σ′0​ = 90 kPaOCR = 23,5 mمنسوب المياه الجوفية

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.

H = 3,5 mCc = 0,3Cr = 0,06e0 = 0,85σ′0 = 90 kPaOCR = 2Δσ = 50 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 4,5 mcv​ = 0,8 m²/السنة4,5 mرملمنسوب المياه الجوفية

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%؟

H = 4,5 mcv = 0,8 m²/السنةU = 90%Tv = 0,848تصريف مزدوج
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 4 mH = 3 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 = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابةd = 1,5 mH = 1,5 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 2 m في جدار خزان يحتوي جلسرين، وحافتها العليا على عمق 1,5 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.

d = 1,5 mH = 1,5 mb = 2 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
V = 1 m/sD = 200 mmL = 800 mf = 0,028

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.

V = 1 m/sL = 800 mD = 200 mmf = 0,028ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 5Δz = ?L = 150 m, D = 250 mm, f = 0,0184× كوع (K = 0,3)

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؟

Q = 120 L/sL = 150 mD = 250 mmf = 0,018Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 5Kexit = 1,0
Δz = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 3 my = 0,5 m2 : 1n = 0,022, S = 0,0005

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
b = 3,5 my = 1,1 m1,5 : 1n = 0,015, Q = 14 m³/s

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
PQ = 50 L/sH = 36 m

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
PQ = 50 L/sΔz = 37 mL = 200 m, D = 150 mm, f = 0,02, ΣK = 8

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.

Q = 50 L/sΔz = 37 mL = 200 mD = 150 mmf = 0,02ΣK = 8η = 78%
Pshaft = kW
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات0123…9€1 000FV = ?

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
أشهر0123…360€500€500€500FV = ?

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
سنوات0123−30 0008 0007 0008 000

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.

r = 6%CF0 = −30 000CF1 = 8 000CF2 = 7 000CF3 = 8 000
NPV = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123−25 00017 0009 00013 000

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
480 g488,3 gT = X₁ + … + X₁₂?

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
380420460500540580620hالأعلى 85%

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).

AB: 38,33 kN (T), BC: 38,33 kN (T), CD: 68,33 kN (T), DE: 68,33 kN (T), FG: 76,67 kN (C), GH: 76,67 kN (C), AF: 47,92 kN (C), HE: 85,42 kN (C), BF: 0, CG: 10 kN (C), DH: 10 kN (T), FC: 47,92 kN (T), HC: 10,42 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: BF
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: 91,25 kN (T), BC: 92,5 kN (T), CD: 92,5 kN (T), DE: 78,75 kN (T), FG: 91,25 kN (C), GH: 78,75 kN (C), AF: 93,69 kN (C), HE: 111,4 kN (C), BF: 31,25 kN (T), CG: 0, DH: 38,75 kN (T), BG: 1,768 kN (C), DG: 19,45 kN (C)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: CG
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = −134 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: −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.

w = 2 N/mm, L = 5000 mm, E = 11000 N/mm²

حدّ الترخيم

δallow = L/360 = 5000/360 = 13,89 mm

عزم القصور الذاتي المطلوب

Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·5000⁴/(384·11000·13,89) = 1,065 × 10⁸ mm⁴

العمق المطلوب

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.

أصغر عزم قصور ذاتي

للمقطع الدائري I نفسه حول أي محور.

I = πd⁴/64 = π·40⁴/64 = 125664 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 1·1500 = 1500 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·125664/1500² = 38586 N = 38,59 kN

الإجابة

Pcr = 38,59 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: d = 77,43 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 = 3·65000 = 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

الإجابة

d = 77,43 mm

تحقّق: النحافة KL/r تساوي 129,2، لذا العمود نحيف وتنطبق صيغة أويلر.

11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Sx = 708,2 × 10³ mm³

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.

hw = 320 − 2·18 = 284 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (110·320³ − 98·284³)/12
Ix = 1,133 × 10⁸ mm⁴

معامل المقطع

c = H/2 = 160 mm
Sx = I/c = 1,133 × 10⁸/160
Sx = 708157 mm³ = 708,2 × 10³ mm³

الإجابة

Sx = 708,2 × 10³ mm³
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 40,89 × 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 = (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.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15·1 + 18,5·7 = 144,5 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·7 = 68,67 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 144,5 − 68,67 = 75,83 kPa

الإجابة

σ′ = 75,83 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ = 121 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·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
بوابةd = 4 mH = 3 mF

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
بوابةd = 1,5 mH = 1,5 mF

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
R = A/P = 0,7588 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,015·14/(5,665·0,8319) = 0,04456
S = 0,04456² = 0,001986

الإجابة

S = 0,001986

هذا انخفاض قدره 1,986 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: η = 75,14 %

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.

السرعة المتجهة

V = Q/A = 0,05/0,01767 = 2,829 m/s
V²/(2g) = 0,408 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (26,67 + 8)·0,408 = 14,15 m

سمت المضخة

H = Δz + hL = 37 + 14,15 = 51,15 m

قدرة العمود

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,05·51,15/0,78 = 32,16 kW

الإجابة

Pshaft = 32,16 kW
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 1382 €

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 = 0,036000000000000004/12 = 0,003
N = m·n = 12·9 = 108

القيمة المستقبلية

FV = 1 000·(1 + 0,003)108 = 1 000·1,382 = €1 381,98

الإجابة

FV = €1 381,98
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 401074 €

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 = 0,048/12 = 0,004
N = 12·30 = 360

القيمة المستقبلية للإيداعات

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 500·(4,209 − 1)/0,004 = €401 073,74

الإجابة

FV = €401 073,74

دفعتَ بنفسك €180 000؛ والباقي فائدة.

27.NPV و IRR

الإجابة: NPV = −9506 €

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.

IRR ≈ 25 + 5·1 016,00/(1 016,00 − (−680,47)) = 27,99%
بالضبط: NPV(27,92%) = 0 → IRR = 27,92%

الإجابة

IRR = 27,92%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,9772

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.

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