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​ = 20 kN/mP = 35 kNABRB​ = ?3,5 m0,5 m

الكمرة البسيطة الارتكاز (مسمار في A، بكرة في B) تحمل حملًا متغيّرًا خطيًا ينخفض من 20 kN/m عند A إلى الصفر عند B. يؤثّر أيضًا حمل مركّز P على بعد 3,5 m من A. أوجد ردّ فعل الركيزة الرأسي RB.

L = 4 mw0 = 20 kN/mP = 35 kN عند 3,5 m
RB = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
w = 8 kN/mP = 20 kNABRA​ = ?RB​2 m7 m1 m

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

L = 10 mP = 20 kN عند 2 mw = 8 kN/m من 0 إلى 9 m
RA = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABBCACACB50 kN6 m5 m2 m

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

البحر = 6 mالارتفاع = 2 mتبعد B مسافة 5 m عن Aالحمل الرأسي = 50 kN
FBC = kN
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABCDEFGH35 kN40 kN40 kN25 kN15 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: 35 kN ↓F: 40 kN ↓F: 40 kN →G: 25 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
12 kN/m55 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 m

تقسم العلامات من A إلى G الكمرة إلى ستة أجزاء متساوية. عند أي علامة يكون عزم الانحناء الأكبر حجمًا، تقعيريًا أو تحدبيًا؟ انقر عليها في المخطط.

55 kN @ 6 m12 kN/m, 0–12 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
w = 6 kN/mP = 50 kNABمقطع5 m3 m

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

L = 8 mP = 50 kN عند 5 mw = 6 kN/m من 0 إلى 8 mx = 5 m
Mx = kN·m
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
w = 8 kN/mδL = 4 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله. أوجد أقصى ترخيم δmax عند منتصف البحر.

w = 8 kN/mL = 4 mE = 70 GPa (الألومنيوم)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 8 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 = 8 kN/mL = 2 mE = 70 GPa (الألومنيوم)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 1 md = 20 mmالمقطع العرضي

عمود طوله L من الألومنيوم مثبَّت الطرفين. باستخدام صيغة أويلر أوجد حمل الانبعاج الحرج Pcr.

L = 1 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 20 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
PL = 6 md = 50 mmالمقطع العرضي

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

L = 6 mE = 200 GPa (الفولاذ)d = 50 mm
σcr = MPa
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
1202530010xالأبعاد بالـ mm

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

bf = 120 mmtf = 25 mmtw = 10 mmhw = 300 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
100 mm240 mm156 mm40 × 20xIx​ = ?

لوح أبعاده 100 mm × 240 mm فيه فتحة مستطيلة عرضها 40 mm وارتفاعها 20 mm، متمركزة على الخط الرأسي المنصِّف ومركزها على ارتفاع 156 mm فوق القاع. أوجد عزم القصور الذاتي للمساحة Ix حول المحور الأفقي المار بالمركز الهندسي.

b = 100 mmh = 240 mmالفتحة: 40 × 20 mmمركز الثقب: y = 156 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³11 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 10 m

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

z = 10 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15 kN/m³رمل: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³3 mطينγsat​ = 17 kN/m³6 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 6 m

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

z = 6 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 17 kN/m³رمل: γsat = 20 kN/m³طين: γsat = 17 kN/m³
σ′ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 130 kPaرملطينCc​ = 0,3, Cr​ = 0,06e0​ = 0,95σ′0​ = 110 kPaOCR = 1,54,5 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 4,5 m لها Cc = 0,3، و Cr = 0,06 و e₀ = 0,95. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 110 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 1,5. يضيف مبنى جديد 130 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 4,5 mCc = 0,3Cr = 0,06e0 = 0,95σ′0 = 110 kPaOCR = 1,5Δσ = 130 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 6 mcv​ = 2 m²/السنة6 mرملمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين سُمكها 6 m معامل تصلّبها cv = 2 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 = 6 mcv = 2 m²/السنةU = 90%Tv = 0,848تصريف مزدوج
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 2 mH = 3 m

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

d = 2 mH = 3 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 1,5 m في جدار خزان يحتوي ماء، وحافتها العليا على عمق 1,5 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.

d = 1,5 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
V = 2,2 m/sD = 200 mmL = 100 mf = 0,025

يجري ماء (ρ = 1000 kg/m³) بسرعة 2,2 m/s في أنبوب أفقي طوله 100 m وقطره الداخلي 200 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,025 و g = 9,81 m/s². أوجد هبوط الضغط Δp على امتداد الأنبوب بالـ kPa.

V = 2,2 m/sL = 100 mD = 200 mmf = 0,025ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 5مخرج حرH = ?L = 100 m, D = 150 mm, f = 0,0252× كوع (K = 0,3)

أنبوب طوله 100 m وقطره الداخلي 150 mm (معامل احتكاك دارسي f = 0,025) يمتدّ من خزان مفتوح ويصبّ كنفّاثة حرة في الهواء. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 2 أكواع (K = 0,3 لكل منها) وصمام (K = 5). استخدم g = 9,81 m/s². كم يجب أن يرتفع سطح الخزان H فوق مخرج الأنبوب للحصول على معدل تدفق 20 L/s؟

Q = 20 L/sL = 100 mD = 150 mmf = 0,025Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 5
H = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 2 my = 1,1 m1 : 1n = 0,025, S = 0,005

قناة شبه منحرفة حصى عرض قاعها 2 m وميولها الجانبية 1:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 1,1 m. معامل مانينغ n = 0,025 وميل القاع S = 0,005. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 2 my = 1,1 mz = 1n = 0,025S = 0,005
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
b = 2 my = 1,3 mn = 0,015, Q = 2,6 m³/s

قناة مستطيلة طوب عرضها 2 m يجب أن تنقل 2,6 m³/s بجريان منتظم عند عمق 1,3 m. معامل مانينغ n = 0,015. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).

Q = 2,6 m³/sb = 2 my = 1,3 mn = 0,015
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 25 L/sH = 48 m

مضخة كفاءتها 78% تدفع 25 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 48 m. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد قدرة العمود Pshaft اللازمة، بالـ kW.

Q = 25 L/sH = 48 mη = 78%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
PQ = 20 L/sΔz = 14 mL = 100 m, D = 100 mm, f = 0,025, ΣK = 4

مضخة تنقل 20 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 14 m. طول الأنبوب 100 m وقطره الداخلي 100 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,025؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 4 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². كفاءة المضخة 78%. أوجد قدرة العمود Pshaft بالـ kW.

Q = 20 L/sΔz = 14 mL = 100 mD = 100 mmf = 0,025ΣK = 4η = 78%
Pshaft = kW
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات0123…9PV = ?€10 000+1,5%+1,5%…r = 7,5%

يُتوقَّع أن يدرّ عقار إيجارًا صافيًا قدره €10 000 في السنة القادمة. ويُتوقَّع أن ينمو الإيجار بنسبة 1,5% سنويًا إلى الأبد. العائد المطلوب 7,5% سنويًا. أوجد قيمة العقار PV اليوم.

C1 = €10 000g = 1,5%r = 7,5%
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…192A?AA€10 000

تريد €10 000 بعد 16 سنوات. تدّخر المبلغ نفسه في نهاية كل شهر في حساب يدفع 4,2% سنويًا، تُركَّب شهريًا. أوجد الإيداع الشهري A.

FV = €10 0004,2% / 12N = 192
A = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات012345−50 00017 00012 00016 50018 00016 500

تبلغ تكلفة مشروع €50 000 اليوم ويعود بـ €17 000, €12 000, €16 500, €18 000, €16 500 في نهاية السنوات من 1 إلى 5. تكلفة رأس المال 5%. افترض أن التدفقات النقدية تصل بانتظام خلال كل سنة. أوجد فترة الاسترداد المخصومة DPB بالسنوات.

r = 5%CF0 = −50 000CF1 = 17 000CF2 = 12 000CF3 = 16 500CF4 = 18 000CF5 = 16 500
DPB = سنوات
28.NPV و IRRصعبة
سنوات01234567−50 0008 000+3%+3%+3%+3%+3%+3%r = 10%, NPV = ?

تبلغ تكلفة مشروع €50 000 اليوم. تدفقه النقدي €8 000 في نهاية السنة 1 وينمو بنسبة 3% سنويًا حتى آخر تدفق نقدي في نهاية السنة 7. تكلفة رأس المال 10%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.

C0 = €50 000CF1 = €8 000g = 3%n = 7r = 10%
NPV = €
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
53,575,5P = ?

درجات الامتحان موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 65 درجة وانحراف معياري 10 درجة. ما النسبة التي تقع بين 53,5 و 75,5 درجة؟ أعطِ P كعدد عشري.

μ = 65σ = 10x1 = 53,5x2 = 75,5
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 = 43,96 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 = ½·20·4 = 40 kN
x̄ = L/3 = 1,333 m

الاتزان

العزوم حول A، موجبة عكس عقارب الساعة. ثم اتزان القوى الرأسية.

ΣMA = 0: RB·4 = 40·1,333 + 35·3,5
RB = 43,96 kN
RA = 75 − 43,96 = 31,04 kN

الإجابة

RB = 43,96 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RA = 55,6 kN

الاتزان الاستاتيكي: الجسم الساكن يحقّق ΣFx = 0 و ΣFy = 0 و ΣM = 0 حول أي نقطة. أخذ العزوم حول ركيزة يحذف ردّ فعلها من المعادلة.

w = 8 kN/mP = 20 kNABRA​RB​2 m7 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 = 8·9 = 72 kN، تؤثّر عند x̄ = 4,5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 20·2 + 8·9·4,5
RB = 364/10 = 36,4 kN
ΣFy = 0: RA = 92 − 36,4 = 55,6 kN

الإجابة

RA = 55,6 kN
3.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: FBC = −46,58 kN

طريقة العقد: كل عقدة في الجملون في حالة اتزان، لذا ΣFx = 0 و ΣFy = 0 عند كل عقدة. ابدأ بعقدة فيها قوتان مجهولتان على الأكثر. النتيجة السالبة تعني أن العضو في حالة ضغط.

ABBCACACB50 kNAy​Cy​

ردود أفعال الركائز

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

ΣMA = 0: Cy·6 = 50·5 → Cy = 41,67 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − 41,67 = 8,333 kN

العقدة C

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

sin γ = 2/2,236 = 0,8944, cos γ = 1/2,236 = 0,4472
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −41,67/0,8944 = −46,58 kN

الإجابة

FBC = −46,58 kN (ضغط)
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: 102,5 kN (T), BC: 102,5 kN (T), CD: 52,5 kN (T), DE: 52,5 kN (T), FG: 90 kN (C), GH: 90 kN (C), AF: 88,39 kN (C), HE: 74,25 kN (C), BF: 35 kN (T), CG: 25 kN (C), DH: 0, FC: 17,68 kN (C), HC: 53,03 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: DH
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: D (x = 6 m)

أكبر عزم انحناء: يغير M ميله حيث تتغير قوة القص، لذا تقع قممه حيث تعبر قوة القص الصفر: تحت حمل نقطي، أو داخل حمل موزع، أو فوق مسند في كمرة ذات بروز. وعند المسند الثابت في كمرة كابولية يكون العزم أكبر ما يمكن عند الجدار. قارن حجم M في تلك المواضع، تقعيريًا كان أم تحدبيًا.

ردود أفعال الركائز

خذ العزوم حول أحد المسندين، ثم استخدم اتزان القوى الرأسية.

R1 = 99,5 kN, R2 = 99,5 kN

عزم الانحناء عند كل علامة

اجمع عزوم كل القوى على جانب واحد من القطع. التقعيري موجب والتحدبي سالب.

MA = 0, MB = 175, MC = 302, MD = 381 kN·m, ME = 302, MF = 175, MG = 0

الإجابة

علامة D: MD = 381 kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 138,8 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.

ردود أفعال الركائز

اتزان الكمرة كلها.

محصّلة الحمل الموزّع: W = w·ℓ = 6·8 = 48 kN، تؤثّر عند x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 50·5 + 6·8·4
RB = 442/8 = 55,25 kN
ΣFy = 0: RA = 98 − 55,25 = 42,75 kN
w = 6 kN/mP = 50 kNABRA​ = 42,75RB​ = 55,25مقطع5 m3 m

اقطع عند x = 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 = 42,75·5 − 6·5·2,5 = 138,8 kN·m

الإجابة

Mx = 138,8 kN·m
7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δmax = 10,58 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 = 8 N/mm, L = 4000 mm
EI = 2,52 × 10¹² N·mm²

الترخيم

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·4000⁴/(384·2,52 × 10¹²) = 10,58 mm

الإجابة

δmax = 10,58 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 4,286 × 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) = 5·8·2000⁴/(384·70000·5,556) = 4,286 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 4,286 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 4,286 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 21,7 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·20⁴/64 = 7854 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,5·1000 = 500 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·7854/500² = 21704 N = 21,7 kN

الإجابة

Pcr = 21,7 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: σcr = 17,48 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 = 0,7·6000 = 4200 mm
KL/r = 4200/12,5 = 336

الإجهاد الحرج

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/336² = 17,48 MPa

الإجابة

σcr = 17,48 MPa
11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 62,27 × 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 = 120·25 = 3000 mm², yf = 300 + 25/2 = 312,5 mm
الجذع: Aw = 10·300 = 3000 mm², yw = 300/2 = 150 mm

المركز

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3000·312,5 + 3000·150)/6000 = 231,3 mm

نظرية المحور الموازي

الشفة: 120·25³/12 + 3000·(312,5 − 231,3)² = 1,996 × 10⁷ mm⁴
الجذع: 10·300³/12 + 3000·(150 − 231,3)² = 4,23 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1,996 × 10⁷ + 4,23 × 10⁷ = 6,227 × 10⁷ mm⁴ = 62,27 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 62,27 × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 114,1 × 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 = (24000·120 − 800·156)/(24000 − 800) = 118,8 mm

اللوح الكامل حول ȳ

100·240³/12 + 24000·1,241² = 115,2 × 10⁶ mm⁴

الثقب حول ȳ

40·20³/12 + 800·37,24² = 1,136 × 10⁶ mm⁴

اطرح

Ix = 114,1 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 114,1 × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 109,3 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) = 15·3 + 19·7 = 178 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 = 178 − 68,67 = 109,3 kPa

الإجابة

σ′ = 109,3 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 58,95 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·3
σ = 17·1 + 20·2 + 17·3 = 108 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·5 = 49,05 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 108 − 49,05 = 58,95 kPa

الإجابة

σ′ = 58,95 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 137 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 = 1,5·110 = 165 kPa

قارن بضغط التصلّب المسبق

σ′f = 110 + 130 = 240 kPa > 165 kPa

الهبوط

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

S = 0,06·4,5/(1 + 0,95)·log₁₀(165/110) + 0,3·4,5/(1 + 0,95)·log₁₀(240/165)
S = 24,38 + 112,7 = 137 mm

الإجابة

S = 137 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 3,816 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 = 6/2 = 3 m

الزمن

t = Tv·Hdr²/cv = 0,848·3²/2 = 3,816 سنوات

الإجابة

t = 3,816 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 206 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 + 3/2 = 3,5 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
بوابةd = 2 mH = 3 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·6 = 206 kN

الإجابة

F = 206 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 = 2·1,5 = 3 m²
بوابةd = 1,5 mH = 2 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·3 = 73,58 kN

مركز الضغط

يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.

Ic = b·H³/12 = 1,5·2³/12 = 1 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 2,5 + 1/(2,5·3) = 2,633 m

الإجابة

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

الإجابة: Δp = 30,25 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) = 0,025·(100/0,2)·2,2²/(2·9,81) = 3,084 m

هبوط الضغط

الأنبوب أفقي والسرعة لا تتغيّر، لذا تختزل معادلة الطاقة إلى Δp = ρ·g·hf.

Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·3,084 = 30250 Pa = 30,25 kPa

الإجابة

Δp = 30,25 kPa
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: H = 1,552 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 = 0,02/0,01767 = 1,132 m/s
V²/(2g) = 0,06529 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,025·100/0,15 = 16,67
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 = 6,1

معادلة الطاقة

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

H = (1 + 16,67 + 6,1)·0,06529 = 1,552 m

الإجابة

H = 1,552 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 7,364 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 = (2 + 1·1,1)·1,1 = 3,41 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·1,1·√(1 + 1²) = 5,111 m
R = A/P = 0,6672 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,025)·0,66722/3·0,0051/2 = 2,16 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 3,41·2,16 = 7,364 m³/s

الإجابة

Q = 7,364 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,0004815 m/m

معادلة مانينغ (SI): للجريان المنتظم في قناة مفتوحة V = (1/n)·R2/3·S1/2 و Q = A·V، حيث n معامل الخشونة، و S ميل القاع (m/m)، و R = A/P نصف القطر الهيدروليكي: مساحة الجريان مقسومة على المحيط المبلَّل. لا يُحسب في P إلا الحدّ الملامس للماء، لا السطح الحر. المستطيل: A = b·y، P = b + 2y. شبه المنحرف بميول جانبية z:1 (أفقي:رأسي): A = (b + z·y)·y، P = b + 2y·√(1 + z²). الأنبوب الدائري الممتلئ أو نصف الممتلئ له R = D/4.

الهندسة

A = b·y = 2·1,3 = 2,6 m²
P = b + 2y = 2 + 2·1,3 = 4,6 m
R = A/P = 0,5652 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,015·2,6/(2,6·0,6836) = 0,02194
S = 0,02194² = 0,0004815

الإجابة

S = 0,0004815

هذا انخفاض قدره 0,4815 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pshaft = 15,09 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 = 1000·9,81·0,025·48 = 11,77 kW

قدرة العمود

Pshaft = Ph/η = 11,77/0,78 = 15,09 kW

الإجابة

Pshaft = 15,09 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pshaft = 5,932 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 = 0,02/0,007854 = 2,546 m/s
V²/(2g) = 0,3305 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (25 + 4)·0,3305 = 9,585 m

سمت المضخة

H = Δz + hL = 14 + 9,585 = 23,58 m

قدرة العمود

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,02·23,58/0,78 = 5,932 kW

الإجابة

Pshaft = 5,932 kW
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 166667 €

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.

الدفعات الدائمة النامية

PV = C1/(r − g) = 10 000/(0,075 − 0,015) = 10 000/0,06 = €166 666,67

الإجابة

PV = €166 666,67
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: A = 36,62 €

القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.

المعدل الشهري وعدد الإيداعات

i = 0,042/12 = 0,0035
N = 12·16 = 192

الإيداع

A = FV·i/((1 + i)N − 1) = 10 000·0,0035/(1,956 − 1) = €36,62

الإجابة

A = €36,62
27.NPV و IRR

الإجابة: DPB = 3,586 سنوات

فترة الاسترداد: الزمن حتى تسترد التدفقات النقدية التراكمية الاستثمار الأولي. يُفترض أن النقد يدخل بانتظام خلال كل سنة، لذا يكون الجزء الأخير كسرًا من سنة. الاسترداد البسيط يتجاهل القيمة الزمنية للنقود؛ أما فترة الاسترداد المخصومة فتستخدم التدفقات النقدية المخصومة بدلًا من ذلك.

التدفقات النقدية المخصومة والتراكمية

السنة 1: 17 000/1,05 = 16 190,48 → Σ = 16 190,48
السنة 2: 12 000/1,103 = 10 884,35 → Σ = 27 074,83
السنة 3: 16 500/1,158 = 14 253,32 → Σ = 41 328,15
السنة 4: 18 000/1,216 = 14 808,64 → Σ = 56 136,79

كسر السنة الأخيرة

DPB = 3 + 8 671,85/14 808,64 = 3,586

الإجابة

DPB = 3,586 سنوات

الاسترداد المخصوم دائمًا أطول من الاسترداد البسيط (3,25 سنوات).

28.NPV و IRR

الإجابة: NPV = −7842 €

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 لسلسلة الدفعات النامية

((1,03)/(1,1))7 = 0,6311
PV = 8 000/(0,1 − 0,03)·(1 − 0,6311) = 42 157,74

NPV

NPV = 42 157,74 − 50 000 = −€7 842,26

الإجابة

NPV = −€7 842,26

NPV سالبة، لذا يكسب المشروع أقل من العائد المطلوب.

29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,7281

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.

الدرجات المعيارية

z₁ = (53,5 − 65)/10 = −1,15
z₂ = (75,5 − 65)/10 = 1,05

المساحة بين القيمتين

P = Φ(1,05) − Φ(−1,15) = 0,8531 − 0,1251 = 0,7281

الإجابة

P = 0,7281
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