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
w = 12 kN/mP = 55 kNABRA​ = ?4 m6 m

الكمرة الكابولية مثبَّتة في الجدار عند A. تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w من الجدار حتى 4 m وحملًا مركّزًا P على بعد 4 m من الجدار. أوجد ردّ الفعل الرأسي RA عند الجدار.

L = 10 mP = 55 kN عند 4 mw = 12 kN/m من 0 إلى 4 m
RA = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
w = 8 kN/mP = 25 kNABRA​ = ?RB​1 m3 m1 m1 m

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

L = 6 mP = 25 kN عند 1 mw = 8 kN/m من 4 إلى 5 m
RA = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABCDEFGH40 kN35 kN15 kN40 kN25 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.

B: 40 kN ↓D: 35 kN ↓F: 15 kN ↓G: 40 kN ↓H: 25 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 kN40 kN35 kN10 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: 20 kN ↓F: 40 kN ↓G: 35 kN ↓H: 10 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
w = 5 kN/mP = 10 kNAB2 m

الكابولي مثبَّت عند A. يحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على طوله كله وحملًا مركّزًا P على بعد 2 m من A. أوجد عزم الانحناء MA عند الركيزة المثبَّتة A. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 2 mP = 10 kN عند 2 mw = 5 kN/m من 0 إلى 2 m
MA = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
15 kN/m20 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 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.

20 kN @ 6 m15 kN/m, 0–4 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
7.ترخيم الكمرةمتوسطة
w = 5 kN/mABθ4 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا موزّعًا بانتظام w على البحر كله. أوجد ميل الكمرة θA عند الركيزة A، بالراديان.

w = 5 kN/mL = 4 mE = 70 GPa (الألومنيوم)I = 57 × 10⁶ mm⁴
θA = rad
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 20 kN/mδL = 3 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 = 20 kN/mL = 3 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 2 m20 × 60 mmالمقطع العرضي

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

L = 2 mE = 200 GPa (الفولاذ)b × h = 20 × 60 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
PL = 2,5 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 = 2,5 mE = 200 GPa (الفولاذ)d = 50 mm
σcr = MPa
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
240152608xالأبعاد بالـ mm

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

bf = 240 mmtf = 15 mmtw = 8 mmhw = 260 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
1904401210xM = 30 kN·mالأبعاد بالـ mm

مقطع I متماثل له شفتان عرض كلٍّ منهما 190 mm وسُمكها 12 mm، وعمق كلي 440 mm، وجذع سُمكه 10 mm. يحمل عزم انحناء مقداره 30 kN·m حول المحور x. أوجد مقدار إجهاد الانحناء σj عند ملتقى الجذع والشفة العلوية.

B = 190 mmH = 440 mmtf = 12 mmtw = 10 mmM = 30 kN·m
σj = MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³13 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 7 m

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

z = 7 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 17 kN/m³رمل: γsat = 19,5 kN/m³
σ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³4 mطينγsat​ = 18 kN/m³5 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 6,5 m

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

z = 6,5 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15,5 kN/m³رمل: γsat = 19,5 kN/m³طين: γsat = 18 kN/m³
σ′ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 55 kPaرملطينCc​ = 0,5, Cr​ = 0,06e0​ = 0,6σ′0​ = 100 kPaσ′p​ = 200 kPa5 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 5 m لها Cc = 0,5، و Cr = 0,06 و e₀ = 0,6. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 100 kPa وضغط التصلّب المسبق 200 kPa. يضيف مبنى جديد 55 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 5 mCc = 0,5Cr = 0,06e0 = 0,6σ′0 = 100 kPaσ′p = 200 kPaΔσ = 55 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 7,5 mcv​ = 2 m²/السنة7,5 mرملمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين سُمكها 7,5 m معامل تصلّبها cv = 2 m²/year. تقع بين طبقتي رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى والأسفل. لتصلّب متوسط بنسبة 80% يكون معامل الزمن Tv = 0,567. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 80%؟

H = 7,5 mcv = 2 m²/السنةU = 80%Tv = 0,567تصريف مزدوج
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 2 mH = 2,5 m

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

d = 2 mH = 2,5 mb = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابةd = 1 mH = 3 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 3 m في جدار خزان يحتوي ماء البحر، وحافتها العليا على عمق 1 m تحت السطح. أوجد القوة الهيدروستاتيكية المحصّلة F على البوابة.

d = 1 mH = 3 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
Q = 6 L/sD = 50 mmL = 500 mf = 0,03

يجري ماء بمعدل 6 L/s في أنبوب طوله 500 m وقطره الداخلي 50 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,03 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

Q = 6 L/sL = 500 mD = 50 mmf = 0,03g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 10مخرج حرH = ?L = 150 m, D = 250 mm, f = 0,0152× كوع (K = 0,3)

أنبوب طوله 150 m وقطره الداخلي 250 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 2 أكواع (K = 0,3 لكل منها) وصمام (K = 10). 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 = 150 mD = 250 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 10
H = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 6 my = 0,7 m1 : 1n = 0,012, S = 0,005

قناة شبه منحرفة خرسانة مشطّبة عرض قاعها 6 m وميولها الجانبية 1:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 0,7 m. معامل مانينغ n = 0,012 وميل القاع S = 0,005. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 6 my = 0,7 mz = 1n = 0,012S = 0,005
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
D = 200 mmn = 0,013, V = 0,75 m/s

مجرى صرف خرساني قطره الداخلي 200 mm (معامل مانينغ n = 0,013) يجب أن يبلغ سرعة التنظيف الذاتي 0,75 m/s عندما يجري ممتلئًا. أوجد أدنى ميل S (بالـ m/m).

D = 200 mmn = 0,013V = 0,75 m/s
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 80 L/sH = 18 m

مضخة تدفع 80 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 18 m. كفاءة المضخة 60% وكفاءة المحرّك الكهربائي الذي يشغّلها 90%. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد القدرة الكهربائية Pel التي يسحبها المحرّك، بالـ kW.

Q = 80 L/sH = 18 mηpump = 60%ηmotor = 90%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
PQ = 50 L/sΔz = 6 mL = 150 m, D = 150 mm, f = 0,025, ΣK = 4

مضخة تنقل 50 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 6 m. طول الأنبوب 150 m وقطره الداخلي 150 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,025؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 4 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². أوجد السمت H الذي يجب أن تضيفه المضخة.

Q = 50 L/sΔz = 6 mL = 150 mD = 150 mmf = 0,025ΣK = 4
H = m
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات0123…9PV = ?€1 000€1 000€1 000€1 000

تدفع سلسلة دفعات €1 000 في نهاية كل سنة لمدة 9 سنوات. معدّل الفائدة 8% سنويًا. أوجد القيمة الحالية PV لسلسلة الدفعات.

A = €1 000i = 8%n = 9
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…180€500€500€500FV = ?

تدّخر €500 في نهاية كل شهر لمدة 15 سنوات. يدفع الحساب 2,4% سنويًا تُركَّب شهريًا. كم ستدّخر في النهاية؟ أوجد FV.

A = €5002,4% / 12N = 180
FV = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات0123…9−400 00036 000+2%+2%…r = 12%, NPV = ?

تبلغ تكلفة مشروع €400 000 اليوم. يولّد €36 000 في نهاية السنة الأولى، ثم ينمو التدفق النقدي بنسبة 2% سنويًا إلى الأبد. تكلفة رأس المال 12%. أوجد صافي القيمة الحالية NPV.

C0 = €400 000CF1 = €36 000g = 2%r = 12%
NPV = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123−25 00010 50013 0007 500

تبلغ تكلفة مشروع €25 000 ويعود بـ €10 500, €13 000, €7 500 في نهاية السنوات من 1 إلى 3. يمكن إعادة استثمار التدفقات النقدية بتكلفة رأس المال 8%. أوجد معدّل العائد الداخلي المعدَّل MIRR بالنسبة المئوية.

r = 8%CF0 = −25 000CF1 = 10 500CF2 = 13 000CF3 = 7 500
MIRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
−3−2−10123zالمساحة المظللة بين −z وz = 0,9328

اسحب z بحيث تكون المساحة المظللة بين −z وz تحت المنحنى الطبيعي القياسي مساوية 0,9328. أوجد z بمنزلتين عشريتين.

A = 0,9328
z =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
0,02 mm0D − d?

أقطار الثقوب D طبيعية بمتوسط 25,02 mm وانحراف معياري 0,01 mm. وأقطار الأعمدة d مستقلة وطبيعية بمتوسط 25 mm وانحراف معياري 0,01 mm. يناسب العمود المختار عشوائيًا حين D − d > 0. أوجد الاحتمال P بأن يناسب. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.

الثقب: μ = 25,02 mm, σ = 0,01 mmالعمود: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RA = 103 kN

اتزان الكابولي: الركيزة المثبَّتة تستطيع الدفع إلى الأعلى ومقاومة الدوران أيضًا، لذا تعطي ردّ فعل رأسيًا RA وعزم ردّ فعل MA. ΣFy = 0 يعطي RA، والعزوم حول الجدار تعطي MA = Σ(الحمل × البعد عن الجدار). الحمل الموزّع يؤثّر كمحصّلته في مركز مخطط الحمل.

محصّلة الحمل الموزّع

W = 12·4 = 48 kN, x̄ = 2 m

الاتزان الرأسي

RA = P + W = 55 + 48 = 103 kN

الإجابة

RA = 103 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RA = 22,83 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 = 25 kNABRA​RB​1 m3 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 = 8·1 = 8 kN، تؤثّر عند x̄ = 4,5 m
ΣMA = 0: RB·6 = 25·1 + 8·1·4,5
RB = 61/6 = 10,17 kN
ΣFy = 0: RA = 33 − 10,17 = 22,83 kN

الإجابة

RA = 22,83 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: 101,7 kN (T), BC: 130 kN (T), CD: 130 kN (T), DE: 105 kN (T), FG: 101,7 kN (C), GH: 105 kN (C), AF: 127,1 kN (C), HE: 131,2 kN (C), BF: 61,25 kN (T), CG: 0, DH: 53,75 kN (T), BG: 35,42 kN (C), DG: 31,25 kN (C)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: CG
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: 53,75 kN (T), BC: 53,75 kN (T), CD: 36,25 kN (T), DE: 36,25 kN (T), FG: 77,5 kN (C), GH: 77,5 kN (C), AF: 97,23 kN (C), HE: 51,27 kN (C), BF: 20 kN (T), CG: 35 kN (C), DH: 0, FC: 12,37 kN (T), HC: 37,12 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: DH
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: MA = −30 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: −10·2 = −20 kN·m
w: −5·2²/2 = −10 kN·m
MA = −20 − 10 = −30 kN·m

الإجابة

MA = −30 kN·m

الإشارة السالبة تعني التحدّب: شدّ على الوجه العلوي.

6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: E (x = 4 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 = 20 kN, R2 = 60 kN

عزم الانحناء عند كل علامة

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

MA = 0, MB = 12,5, MC = 10, MD = −7,5, ME = −40 kN·m, MF = −20, MG = 0

الإجابة

علامة E: ME = −40 kN·m
7.ترخيم الكمرة

الإجابة: θA = 0,003342 rad

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). الميل θ = dv/dx هو التكامل الأول لـ M/(EI)؛ وبوحدات متّسقة يخرج بالراديان.

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 = 5 N/mm, L = 4000 mm
EI = 3,99 × 10¹² N·mm²

ميل الطرف

θA = wL³/(24EI) = 5·4000³/(24·3,99 × 10¹²) = 0,003342 rad

الإجابة

θA = 0,003342 rad

أي 0,1915°.

8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 230,1 × 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 = 3000/360 = 8,333 mm

عزم القصور الذاتي المطلوب

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·20·3000⁴/(384·11000·8,333) = 2,301 × 10⁸ mm⁴
Ireq = 230,1 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 230,1 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 40,28 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

ينبعج المستطيل حول محوره الضعيف، باستخدام مكعّب البُعد الأصغر.

Imin = h·b³/12 = 60·20³/12 = 40000 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,7·2000 = 1400 mm

الحمل الحرج

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·40000/1400² = 40284 N = 40,28 kN

الإجابة

Pcr = 40,28 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: σcr = 100,7 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 = 0,7·2500 = 1750 mm
KL/r = 1750/12,5 = 140

الإجهاد الحرج

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/140² = 100,7 MPa

الإجابة

σcr = 100,7 MPa
11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 36,71 × 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 = 240·15 = 3600 mm², yf = 260 + 15/2 = 267,5 mm
الجذع: Aw = 8·260 = 2080 mm², yw = 260/2 = 130 mm

المركز

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3600·267,5 + 2080·130)/5680 = 217,1 mm

نظرية المحور الموازي

الشفة: 240·15³/12 + 3600·(267,5 − 217,1)² = 9,195 × 10⁶ mm⁴
الجذع: 8·260³/12 + 2080·(130 − 217,1)² = 2,751 × 10⁷ mm⁴
Ix = 9,195 × 10⁶ + 2,751 × 10⁷ = 3,671 × 10⁷ mm⁴ = 36,71 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 36,71 × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: σj = 23,21 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 = 440 − 2·12 = 416 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (190·440³ − 180·416³)/12
Ix = 2,689 × 10⁸ mm⁴

إجهاد الانحناء

y = 220 − 12 = 208 mm
σ = M·y/I = 3 × 10⁷·208/2,689 × 10⁸ = 23,21 MPa

الإجابة

σj = 23,21 MPa
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ = 134 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 + 19,5·6 = 134 kPa

الإجابة

σ = 134 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 70,85 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·2 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2,5
σ = 15,5·2 + 19,5·2 + 18·2,5 = 115 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4,5 = 44,15 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 115 − 44,15 = 70,85 kPa

الإجابة

σ′ = 70,85 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 35,69 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 = 100 + 55 = 155 kPa ≤ 200 kPa

الهبوط

يبقى الطين على خط إعادة الضغط.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,06·5/(1 + 0,6)·log₁₀(155/100) = 35,69 mm

الإجابة

S = 35,69 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 3,987 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 = 7,5/2 = 3,75 m

الزمن

t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·3,75²/2 = 3,987 سنوات

الإجابة

t = 3,987 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 79,71 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 + 2,5/2 = 3,25 m
A = H·b = 2,5·1 = 2,5 m²
بوابةd = 2 mH = 2,5 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,25·2,5 = 79,71 kN

الإجابة

F = 79,71 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 226,2 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 + 3/2 = 2,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
بوابةd = 1 mH = 3 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·2,5·9 = 226,2 kN

الإجابة

F = 226,2 kN
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 142,8 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 المتوسطة

A = π·0,05²/4 = 0,001963 m²
V = Q/A = 0,006/0,001963 = 3,056 m/s

سمت السرعة

V²/(2g) = 3,056²/(2·9,81) = 0,4759 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,03·(500/0,05)·3,056²/(2·9,81) = 142,8 m

الإجابة

hf = 142,8 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: H = 10,04 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 = 0,15/0,04909 = 3,056 m/s
V²/(2g) = 0,4759 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,015·150/0,25 = 9
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 10 = 11,1

معادلة الطاقة

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

H = (1 + 9 + 11,1)·0,4759 = 10,04 m

الإجابة

H = 10,04 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 19,39 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 = (6 + 1·0,7)·0,7 = 4,69 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·0,7·√(1 + 1²) = 7,98 m
R = A/P = 0,5877 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,012)·0,58772/3·0,0051/2 = 4,134 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 4,69·4,134 = 19,39 m³/s

الإجابة

Q = 19,39 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,005161 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 = 0,2/4 = 0,05 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,75/0,1357)² = 0,005161

الإجابة

S = 0,005161

هذا انخفاض قدره 5,161 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pel = 26,16 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.

القدرة الهيدروليكية

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,08·18 = 14,13 kW

قدرة العمود

Pshaft = 14,13/0,6 = 23,54 kW

القدرة الكهربائية

Pel = 23,54/0,9 = 26,16 kW

الإجابة

Pel = 26,16 kW
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: H = 17,83 m

قدرة المضخة: القدرة المعطاة للماء هي القدرة الهيدروليكية Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. يجب أن يقدّم العمود أكثر من ذلك لأن المضخة تفقد جزءًا: Pshaft = Ph/ηpump، ويسحب المحرّك Pel = Pshaft/ηmotor. يُستنتج سمت المضخة H من معادلة الطاقة: الرفع الاستاتيكي + سمت الضغط + كل فواقد الاحتكاك والفواقد الثانوية.

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) = (25 + 4)·0,408 = 11,83 m

سمت المضخة

السطحان مفتوحان وساكنان عمليًا، لذا تسقط حدود الضغط والسرعة.

H = Δz + hL = 6 + 11,83 = 17,83 m

الإجابة

H = 17,83 m
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 6247 €

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

(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0,5002)/0,08 = 6,247

القيمة الحالية

PV = 1 000·6,247 = €6 246,89

الإجابة

PV = €6 246,89
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 108204 €

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 = 0,024/12 = 0,002
N = 12·15 = 180

القيمة المستقبلية للإيداعات

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 500·(1,433 − 1)/0,002 = €108 203,55

الإجابة

FV = €108 203,55

دفعتَ بنفسك €90 000؛ والباقي فائدة.

27.NPV و IRR

الإجابة: NPV = −40000 €

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.

قيمة التدفقات النقدية

PV = 36 000/(0,12 − 0,02) = 360 000,00

NPV

NPV = 360 000,00 − 400 000 = −€40 000,00

الإجابة

NPV = −€40 000,00

NPV سالبة، لذا يكسب المشروع أقل من العائد المطلوب.

28.NPV و IRR

الإجابة: MIRR = 10,56 %

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

10 500·1,082 = 12 247,20
13 000·1,081 = 14 040,00
7 500·1,080 = 7 500,00
TV = 33 787,20

MIRR

MIRR = (33 787,20/25 000)1/3 − 1 = 10,56%

الإجابة

MIRR = 10,56%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: z = 1,83

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 + 0,9328)/2 = 0,9664

اقرأ جدول z بالعكس

ابحث عن 0,9664 داخل الجدول واقرأ z.

z = 1,83

الإجابة

z = 1,83
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,9207

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 = 25,02 − 25 = 0,02 mm, σ = 0,01414 mm

حوّل إلى الصيغة المعيارية

z = (0 − 0,02)/0,01414 = −1,41

الاحتمال

P = 1 − Φ(−1,41) = 0,9207

الإجابة

P = 0,9207

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