اذكر كل التدفقات النقدية مع سنواتها؛ الاستثمار في السنة 0 سالب.
اخصم كل تدفق نقدي: CFt/(1 + r)t.
اجمعها لتحصل على NPV. القيمة الموجبة تعني أن المشروع يحقّق أكثر من r.
لإيجاد IRR، أوجد المعدل الذي يجعل NPV صفرًا بالتجربة أو بالاستيفاء.
التوزيع الطبيعي
الدرجة المعيارية z
z = (x − μ)/σ
أقل من x
P(X < x) = Φ(z)
أكبر من x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
بين قيمتين
Φ(z2) − Φ(z1)
المئين
x = μ + z·σ
الطريقة
حوّل القيمة إلى درجة معيارية: z = (x − μ)/σ.
ابحث عن Φ(z)، وهي المساحة على يسار z.
للمساحة على اليمين استخدم 1 − Φ(z)؛ ولفترة اطرح المساحتين اليساريتين.
للمئين اعمل بشكل عكسي: أوجد z للمساحة، ثم x = μ + z·σ.
2مسائل تدريبية
1.ردود أفعال ركائز الكمراتمتوسطة
الكمرة البسيطة الارتكاز (مسمار في A، بكرة في B) تحمل حملًا متغيّرًا خطيًا 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
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
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
عضو واحد بالضبط في هذا الجمالون لا يحمل قوة تحت هذه الأحمال. أي عضو هو عضو القوة الصفرية؟ انقر عليه في المخطط.
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
1A (x = 0 m)
2B (x = 2 m)
3C (x = 4 m)
4D (x = 6 m)
5E (x = 8 m)
6F (x = 10 m)
7G (x = 12 m)
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
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
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
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
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
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
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
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
لمقطع التربة الموضّح، أوجد الإجهاد الرأسي الفعّال σ′ عند النقطة X.
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.
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%؟
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.
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؟
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
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
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
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.
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
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
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.
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
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
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.
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.
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
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).
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
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.
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
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
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
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.
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.
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.
القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.
القيمة الزمنية للنقود: المال اليوم أثمن من المبلغ نفسه لاحقًا، لأنه يستطيع أن يكسب فائدة. بمعدل فائدة i لكل فترة، ينمو المبلغ وفق FV = PV·(1 + i)n. تُقيَّم سلسلة الدفعات المتساوية (الدفعات السنوية) بجمع كل دفعة، ومن هنا تأتي صيغ الدفعات.
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.