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
P = 10 kNM = 30 kN·mABRB​ = ?6 m1 m1 m

للكمرة البسيطة الارتكاز مسمار في A وبكرة في B. تحمل حملًا مركّزًا P على بعد 7 m من A وازدواجًا عكس عقارب الساعة M على بعد 6 m من A. أوجد ردّ الفعل الرأسي RB، معتبرًا الاتجاه إلى الأعلى موجبًا.

L = 8 mP = 10 kN عند 7 mM = 30 kN·m (عكس عقارب الساعة) عند 6 m
RB = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
w = 6 kN/mP = 40 kNABRA​RB​ = ?2 m1 m1 m

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

L = 4 mP = 40 kN عند 2 mw = 6 kN/m من 2 إلى 3 m
RB = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABCDEFGH25 kN15 kN25 kN30 kN4 × 3 m4 m

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

D: 25 kN ↓F: 15 kN ↓G: 25 kN ↓H: 30 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
ABCDEFGH20 kN20 kN40 kN40 kN10 kN4 × 4 m4 m

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

B: 20 kN ↓D: 20 kN ↓F: 40 kN ↓H: 40 kN ↓H: 10 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 = 5 kN/mP = 45 kNABمقطع1 m4 m

الكابولي مثبَّت عند A. يحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طوله كله وحملًا مركّزًا P على بعد 5 m من A. أوجد عزم الانحناء Mx عند المقطع x = 1 m من الركيزة المثبَّتة A. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 5 mP = 45 kN عند 5 mw = 5 kN/m من 0 إلى 5 mx = 1 m
Mx = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
w = 12 kN/mP = 70 kNAB6 m2 m

الكمرة البسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله وحملًا مركّزًا P. أوجد أقصى عزم انحناء Mmax في الكمرة.

L = 8 mP = 70 kN عند 6 mw = 12 kN/m من 0 إلى 8 m
Mmax = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
P = 21 kNABδ1,5 m2,5 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا مركّزًا P على بعد a = 1,5 m من الركيزة A. أوجد الترخيم δP تحت الحمل.

P = 21 kNa = 1,5 mL = 4 mE = 70 GPa (الألومنيوم)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 15 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 = 15 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 1 md = 25 mmالمقطع العرضي

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

L = 1 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 25 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
PL = 3 md = 50 mmالمقطع العرضي

عمود طوله L من الألومنيوم مثبَّت عند القاعدة ومفصلي عند القمة. أوجد نحافته وإجهاد الانبعاج الحرج σcr من صيغة أويلر.

L = 3 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 50 mm
σcr = MPa
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
160200t = 14ȳ = ?الأبعاد بالـ mm

مقطع مجرى موضوع وجانبه المفتوح إلى الأعلى: لوح قاعدة عرضه 160 mm مع ساقين قائمتين، ارتفاعه الكلي 200 mm. سُمك القاعدة والساقين كلها 14 mm. أوجد ارتفاع المركز ȳ فوق الحافة السفلية.

b = 160 mmh = 200 mmt = 14 mm
ȳ = mm
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
200240226xM = 50 kN·mالأبعاد بالـ mm

مقطع I متماثل له شفتان عرض كلٍّ منهما 200 mm وسُمكها 22 mm، وعمق كلي 240 mm، وجذع سُمكه 6 mm. يحمل عزم انحناء مقداره 50 kN·m حول المحور x. أوجد مقدار إجهاد الانحناء σj عند ملتقى الجذع والشفة العلوية.

B = 200 mmH = 240 mmtf = 22 mmtw = 6 mmM = 50 kN·m
σj = MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³13 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 10 m

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

z = 10 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 17 kN/m³رمل: γsat = 20,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³3 mطينγsat​ = 18 kN/m³4 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 5 m

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

z = 5 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 16,5 kN/m³رمل: γsat = 20 kN/m³طين: γsat = 18 kN/m³
σ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 160 kPaرملطينCc​ = 0,2, Cr​ = 0,06e0​ = 0,7σ′0​ = 105 kPaσ′p​ = 195 kPa6,5 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 6,5 m لها Cc = 0,2، و Cr = 0,06 و e₀ = 0,7. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 105 kPa وضغط التصلّب المسبق 195 kPa. يضيف مبنى جديد 160 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 6,5 mCc = 0,2Cr = 0,06e0 = 0,7σ′0 = 105 kPaσ′p = 195 kPaΔσ = 160 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 6 m6 mرملمنسوب المياه الجوفية

في اختبار أوديمتر مخبري، تبلغ عيّنة طين سُمكها 20 mm، مصرَّفة من الأعلى والأسفل، تصلّبًا بنسبة 50% في 15 min. في الموقع يشكّل الطين نفسه طبقة سُمكها 6 m. تقع بين طبقتي رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى والأسفل. كم يومًا t تستغرق الطبقة في الموقع لتبلغ تصلّبًا بنسبة 50%؟

hlab = 20 mmtlab = 15 minH = 6 mالموقع: تصريف مزدوج
t = أيام
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 2,5 mH = 1 m

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

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

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

d = 1,5 mH = 2 mb = 3 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
V = 1,9 m/sD = 100 mmL = 1000 mf = 0,028

يجري ماء بسرعة متوسطة 1,9 m/s في أنبوب طوله 1000 m وقطره الداخلي 100 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,028 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

V = 1,9 m/sL = 1000 mD = 100 mmf = 0,028g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 2مخرج حرH = ?L = 100 m, D = 300 mm, f = 0,0153× كوع (K = 0,3)

أنبوب طوله 100 m وقطره الداخلي 300 mm (معامل احتكاك دارسي f = 0,015) يمتدّ من خزان مفتوح ويصبّ كنفّاثة حرة في الهواء. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 3 أكواع (K = 0,3 لكل منها) وصمام (K = 2). استخدم g = 9,81 m/s². كم يجب أن يرتفع سطح الخزان H فوق مخرج الأنبوب للحصول على معدل تدفق 150 L/s؟

Q = 150 L/sL = 100 mD = 300 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 2
H = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 5 my = 0,8 mn = 0,03, S = 0,0005

قناة مستطيلة تربة مبطّنة بالعشب عرضها 5 m. يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 0,8 m. معامل مانينغ n = 0,03 وميل القاع S = 0,0005. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 5 my = 0,8 mn = 0,03S = 0,0005
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
D = 300 mmn = 0,013, V = 0,6 m/s

مجرى صرف خرساني قطره الداخلي 300 mm (معامل مانينغ n = 0,013) يجب أن يبلغ سرعة التنظيف الذاتي 0,6 m/s عندما يجري ممتلئًا. أوجد أدنى ميل S (بالـ m/m).

D = 300 mmn = 0,013V = 0,6 m/s
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 60 L/sH = 60 m

مضخة تدفع 60 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 60 m. كفاءة المضخة 75% وكفاءة المحرّك الكهربائي الذي يشغّلها 90%. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد القدرة الكهربائية Pel التي يسحبها المحرّك، بالـ kW.

Q = 60 L/sH = 60 mηpump = 75%ηmotor = 90%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
PQ = 60 L/sΔz = 11 mL = 150 m, D = 200 mm, f = 0,022, ΣK = 8

مضخة تنقل 60 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 11 m. طول الأنبوب 150 m وقطره الداخلي 200 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,022؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 8 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². كفاءة المضخة 85%. أوجد قدرة العمود Pshaft بالـ kW.

Q = 60 L/sΔz = 11 mL = 150 mD = 200 mmf = 0,022ΣK = 8η = 85%
Pshaft = kW
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات0123456PV = ?€5 000

تحتاج إلى €5 000 بعد 6 سنوات. يدفع حساب 3% سنويًا، تُركَّب الفائدة شهريًا. كم يجب أن تودع اليوم؟ أوجد القيمة الحالية PV.

FV = €5 0003% / 12n = 6
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
سنوات0123…24€1 000€1 000€1 000FV = ?

تودع €1 000 في بداية كل سنة لمدة 24 سنوات، والإيداع الأول اليوم. يدفع الحساب 3% سنويًا. كم سيكون في الحساب في نهاية السنة 24؟ أوجد FV.

A = €1 000i = 3%n = 24
FV = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات0123−60 00029 00017 00021 000

استثمار قدره €60 000 يعطي التدفقات النقدية التالية في نهاية السنوات من 1 إلى 3: €29 000, €17 000, €21 000. تكلفة رأس المال 12%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.

r = 12%CF0 = −60 000CF1 = 29 000CF2 = 17 000CF3 = 21 000
NPV = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات01234−25 00010 00013 5008 0009 500

تبلغ تكلفة مشروع €25 000 ويعود بـ €10 000, €13 500, €8 000, €9 500 في نهاية السنوات من 1 إلى 4. يمكن إعادة استثمار التدفقات النقدية بتكلفة رأس المال 8%. أوجد معدّل العائد الداخلي المعدَّل MIRR بالنسبة المئوية.

r = 8%CF0 = −25 000CF1 = 10 000CF2 = 13 500CF3 = 8 000CF4 = 9 500
MIRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
−3−2−10123zالمساحة المظللة على يمين z = 0,3783

اسحب z بحيث تكون المساحة المظللة تحت المنحنى الطبيعي القياسي، على يمين z، مساوية 0,3783. أوجد z بمنزلتين عشريتين.

A = 0,3783
z =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
μ = 500x = ?99%

أعمار البطاريات موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 500 h وانحراف معياري 40 h. أوجد القيمة x التي يقع تحتها 99% منها (المئين 99).

μ = 500σ = 40P = 99%
x = h

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RB = 5 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·8 − 10·7 + 30 = 0
RB = 40/8 = 5 kN

الاتزان الرأسي

RA = 10 − 5 = 5 kN

الإجابة

RB = 5 kN

ردّ الفعل السالب يؤثّر إلى الأسفل.

2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RB = 23,75 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 = 6 kN/mP = 40 kNABRA​RB​2 m1 m1 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 = 6·1 = 6 kN، تؤثّر عند x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·4 = 40·2 + 6·1·2,5
RB = 95/4 = 23,75 kN
ΣFy = 0: RA = 46 − 23,75 = 22,25 kN

الإجابة

RB = 23,75 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: 28,13 kN (T), BC: 45 kN (T), CD: 45 kN (T), DE: 43,12 kN (T), FG: 28,13 kN (C), GH: 43,12 kN (C), AF: 46,88 kN (C), HE: 71,87 kN (C), BF: 22,5 kN (T), CG: 0, DH: 27,5 kN (T), BG: 28,13 kN (C), DG: 3,125 kN (C)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: CG
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 G

يقع FG وGH 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: 52,5 kN (T), BC: 52,5 kN (T), CD: 57,5 kN (T), DE: 57,5 kN (T), FG: 65 kN (C), GH: 65 kN (C), AF: 88,39 kN (C), HE: 81,32 kN (C), BF: 20 kN (T), CG: 0, DH: 20 kN (T), FC: 3,536 kN (T), HC: 3,536 kN (C)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: CG
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = −220 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: −45·4 = −180 kN·m
w: −5·4²/2 = −40 kN·m
Mx = −180 − 40 = −220 kN·m

الإجابة

Mx = −220 kN·m

الإشارة السالبة تعني التحدّب: شدّ على الوجه العلوي.

6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mmax = 178,8 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.

محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 12·8 = 96 kN، تؤثّر عند x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 70·6 + 12·8·4
RB = 804/8 = 100,5 kN
ΣFy = 0: RA = 166 − 100,5 = 65,5 kN

أين يكون V = 0؟

RA − w·x0 = 0 → x0 = 65,5/12 = 5,458 m

أقصى عزم

Mmax = RA·x0 − w·x0²/2 = 65,5·5,458 − 12·5,458²/2 = 178,8 kN·m

الإجابة

Mmax = 178,8 kN·m

يقع عند x = 5,458 m من A.

7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δP = 2,93 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 = 21000 N, a = 1500 mm, b = 2500 mm, L = 4000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²

الترخيم تحت الحمل

δP = Pa²b²/(3EIL) = 21000·1500²·2500²/(3·8,4 × 10¹²·4000) = 2,93 mm

الإجابة

δP = 2,93 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 51,14 × 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) = 5·15·2000⁴/(384·11000·5,556) = 5,114 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 51,14 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 51,14 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 27,04 kN

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

أصغر عزم قصور ذاتي

للمقطع الدائري I نفسه حول أي محور.

I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,7·1000 = 700 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·19175/700² = 27035 N = 27,04 kN

الإجابة

Pcr = 27,04 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: σcr = 24,48 MPa

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·50⁴/64 = 306796 mm⁴

نصف قطر الدوران والنحافة

A = 1963 mm²
r = √(I/A) = √(306796/1963) = 12,5 mm
KL = 0,7·3000 = 2100 mm
KL/r = 2100/12,5 = 168

الإجهاد الحرج

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/168² = 24,48 MPa

الإجابة

σcr = 24,48 MPa
11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: ȳ = 76,92 mm

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 مستطيلات

خذ القاعدة بكامل عرضها والساقين فوقها (بارتفاع h − t)، حتى لا يُحسب شيء مرتين.

القاعدة: A1 = 160·14 = 2240 mm², y1 = 7 mm
الساقان: A2 = 2·14·186 = 5208 mm², y2 = 14 + 186/2 = 107 mm

المركز

ȳ = (2240·7 + 5208·107)/7448 = 76,92 mm

الإجابة

ȳ = 76,92 mm
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: σj = 45,09 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 = 240 − 2·22 = 196 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (200·240³ − 194·196³)/12
Ix = 1,087 × 10⁸ mm⁴

إجهاد الانحناء

y = 120 − 22 = 98 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁷·98/1,087 × 10⁸ = 45,09 MPa

الإجابة

σj = 45,09 MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 113,2 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) = 17·1 + 20,5·9 = 201,5 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·9 = 88,29 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 201,5 − 88,29 = 113,2 kPa

الإجابة

σ′ = 113,2 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ = 92,5 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·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2
σ = 16,5·1 + 20·2 + 18·2 = 92,5 kPa

الإجابة

σ = 92,5 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 163,5 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 = 105 + 160 = 265 kPa > 195 kPa

الهبوط

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

S = 0,06·6,5/(1 + 0,7)·log₁₀(195/105) + 0,2·6,5/(1 + 0,7)·log₁₀(265/195)
S = 61,68 + 101,9 = 163,5 mm

الإجابة

S = 163,5 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 937,5 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 = 20/2 = 10 mm = 0,01 m
Hdr,field = 6/2 = 3 m

حوّل الزمن بالتناسب

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

tfield = 15·(3/0,01)² = 1,35 × 10⁶ min
tfield = 1,35 × 10⁶/1440 = 937,5 أيام

الإجابة

t = 937,5 أيام
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 58,86 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 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
بوابةd = 2,5 mH = 1 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·2 = 58,86 kN

الإجابة

F = 58,86 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: ycp = 2,633 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 = 1,5 + 2/2 = 2,5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
بوابةd = 1,5 mH = 2 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·2,5·6 = 129,5 kN

مركز الضغط

يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.

Ic = b·H³/12 = 3·2³/12 = 2 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2,5 + 2/(2,5·6) = 2,633 m

الإجابة

ycp = 2,633 m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 51,52 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.

سمت السرعة

V²/(2g) = 1,9²/(2·9,81) = 0,184 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(1000/0,1)·1,9²/(2·9,81) = 51,52 m

الإجابة

hf = 51,52 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: H = 2,157 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 = 0,15/0,07069 = 2,122 m/s
V²/(2g) = 0,2295 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,015·100/0,3 = 5
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 2 = 3,4

معادلة الطاقة

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

H = (1 + 5 + 3,4)·0,2295 = 2,157 m

الإجابة

H = 2,157 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 2,135 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·y = 5·0,8 = 4 m²
P = b + 2y = 5 + 2·0,8 = 6,6 m
R = A/P = 0,6061 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,03)·0,60612/3·0,00051/2 = 0,5338 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 4·0,5338 = 2,135 m³/s

الإجابة

Q = 2,135 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,001924 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.

نصف القطر الهيدروليكي

R = D/4 = 0,3/4 = 0,075 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,6/0,1778)² = 0,001924

الإجابة

S = 0,001924

هذا انخفاض قدره 1,924 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pel = 52,32 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 = 1000·9,81·0,06·60 = 35,32 kW

قدرة العمود

Pshaft = 35,32/0,75 = 47,09 kW

القدرة الكهربائية

Pel = 47,09/0,9 = 52,32 kW

الإجابة

Pel = 52,32 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pshaft = 10,77 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 = 0,06/0,03142 = 1,91 m/s
V²/(2g) = 0,1859 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (16,5 + 8)·0,1859 = 4,555 m

سمت المضخة

H = Δz + hL = 11 + 4,555 = 15,55 m

قدرة العمود

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,06·15,55/0,85 = 10,77 kW

الإجابة

Pshaft = 10,77 kW
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 4177 €

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 = 12·6 = 72

القيمة الحالية

PV = FV/(1 + i)N = 5 000/1,197 = €4 177,29

الإجابة

PV = €4 177,29
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 35459 €

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.

معامل سلسلة الدفعات العادية

((1 + 0,03)24 − 1)/0,03 = 34,43

سلسلة الدفعات المقدَّمة

كل إيداع يُستثمر سنة أطول.

FV = 1 000·34,43·1,03 = €35 459,26

الإجابة

FV = €35 459,26
27.NPV و IRR

الإجابة: NPV = −5607 €

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 = −60 000
CF1/(1 + 0,12)1 = 29 000/1,12 = 25 892,86
CF2/(1 + 0,12)2 = 17 000/1,254 = 13 552,30
CF3/(1 + 0,12)3 = 21 000/1,405 = 14 947,39

اجمعها

NPV = €−5 607,46

الإجابة

NPV = €−5 607,46

NPV سالبة، لذا يكسب المشروع أقل من العائد المطلوب.

28.NPV و IRR

الإجابة: MIRR = 16,77 %

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

القيمة النهائية للتدفقات الداخلة

10 000·1,083 = 12 597,12
13 500·1,082 = 15 746,40
8 000·1,081 = 8 640,00
9 500·1,080 = 9 500,00
TV = 46 483,52

MIRR

MIRR = (46 483,52/25 000)1/4 − 1 = 16,77%

الإجابة

MIRR = 16,77%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: z = 0,31

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 − 0,3783 = 0,6217

اقرأ جدول z بالعكس

ابحث عن 0,6217 داخل الجدول واقرأ z.

z = 0,31

الإجابة

z = 0,31
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: x = 593,1 h

التوزيع الطبيعي: حوّل القيمة x إلى درجة معيارية z = (x − μ)/σ، وهي تعدّ الانحرافات المعيارية عن المتوسط. يعطي جدول z (أو Φ(z)) المساحة على يسار z، وهي P(X < x). المساحة على اليمين هي 1 − Φ(z)، والمساحة بين قيمتين هي الفرق بين مساحتيهما.

قيمة z للمئين

Φ(z) = 0,99 → z = 2,326

العودة إلى x

x = 500 + 2,326·40 = 593,05 h

الإجابة

x = 593,05 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