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
P1​ = 20 kNP2​ = 50 kNABRA​ = ?RB​2,5 m1,5 m1 m

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

L = 5 mP1 = 20 kN عند 2,5 mP2 = 50 kN عند 4 m
RA = kN
2.ردود أفعال ركائز الكمراتصعبة
P = 50 kN, 30°Q = 50 kNABRA​ = ?1 m2 m2 m

للكمرة البسيطة الارتكاز مسمار في A وبكرة في B. يؤثّر حمل P على بعد 1 m من A، مائلًا بزاوية 30° عن الأفق، ويؤثّر حمل رأسي Q على بعد 3 m من A. أوجد مقدار قوة ردّ الفعل الكلية RA عند المسمار A.

L = 5 mP = 50 kN عند 1 m, θ = 30°Q = 50 kN عند 3 m
RA = kN
3.الجملون: طريقة العقدمتوسطة
ABCDEFGH30 kN20 kN25 kN15 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.

D: 30 kN ↓F: 20 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
4.الجملون: طريقة العقدصعبة
ABBCACACB55 kN30 kN4 m3 m3 m

استخدم طريقة العقد لإيجاد القوة FAC في العضو AC. اجعل الشدّ موجبًا والضغط سالبًا.

البحر = 4 mالارتفاع = 3 mتبعد B مسافة 3 m عن Aالحمل الرأسي = 55 kNالحمل الأفقي = 30 kN →
FAC = kN
5.قوة القص وعزم الانحناءمتوسطة
M0​ = 55 kN·mAB5 m5 m

الكمرة البسيطة الارتكاز تحمل ازدواجًا باتجاه عقارب الساعة M0 = 55 kN·m عند x = 5 m من A، ولا يوجد حمل آخر. أوجد عزم الانحناء Mx يمين الازدواج مباشرةً. اعتبر العزوم التي تشدّ الألياف السفلية (التقعّر) موجبة، وقوة القص إلى الأعلى على الوجه الأيسر موجبة.

L = 10 mM0 = 55 kN·m باتجاه عقارب الساعة، عند 5 m
Mx = kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناءصعبة
6 kN/m40 kN45 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.

40 kN @ 6 m45 kN @ 2 m6 kN/m, 0–5 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
P = 7 kNABδ3 m1 m

كمرة بسيطة الارتكاز تحمل حملًا مركّزًا P على بعد a = 3 m من الركيزة A. أوجد الترخيم δP تحت الحمل.

P = 7 kNa = 3 mL = 4 mE = 70 GPa (الألومنيوم)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.ترخيم الكمرةصعبة
w = 2 kN/mδL = 2,5 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 = 2 kN/mL = 2,5 mE = 11 GPa (خشب إنشائي)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدةمتوسطة
PL = 3 md = 40 mmالمقطع العرضي

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

L = 3 mE = 70 GPa (الألومنيوم)d = 40 mm
Pcr = kN
10.انبعاج الأعمدةصعبة
P = 140 kNL = 2,5 md = ?المقطع العرضي

عمود دائري مصمت طوله L من الفولاذ مثبَّت عند القاعدة ومفصلي عند القمة. يجب أن يحمل 140 kN بمعامل أمان 2,5 ضد الانبعاج. أوجد أصغر قطر d.

P = 140 kNn = 2,5L = 2,5 mE = 200 GPa (الفولاذ)
d = mm
11.المركز وعزم القصور الذاتيمتوسطة
1403022020xالأبعاد بالـ mm

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

bf = 140 mmtf = 30 mmtw = 20 mmhw = 220 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتيصعبة
200 mm200 mm130 mm40 × 20xIx​ = ?

لوح أبعاده 200 mm × 200 mm فيه فتحة مستطيلة عرضها 40 mm وارتفاعها 20 mm، متمركزة على الخط الرأسي المنصِّف ومركزها على ارتفاع 130 mm فوق القاع. أوجد عزم القصور الذاتي للمساحة Ix حول المحور الأفقي المار بالمركز الهندسي.

b = 200 mmh = 200 mmالفتحة: 40 × 20 mmمركز الثقب: y = 130 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربةمتوسطة
رملγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³10 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 = 17 kN/m³رمل: γsat = 20 kN/m³
σ′ = kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربةصعبة
رملγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³6 mطينγsat​ = 18 kN/m³7 mمنسوب المياه الجوفيةXz = 9,5 m

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

z = 9,5 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³رمل: γd = 15 kN/m³رمل: γsat = 18,5 kN/m³طين: γsat = 18 kN/m³
σ′ = kPa
15.هبوط التصلّبمتوسطة
Δσ = 80 kPaرملطينCc​ = 0,45, Cr​ = 0,06e0​ = 1,1σ′0​ = 45 kPaOCR = 2,52,5 mمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين مفرطة التصلّب سُمكها 2,5 m لها Cc = 0,45، و Cr = 0,06 و e₀ = 1,1. في منتصف عمقها يكون الإجهاد الرأسي الفعّال 45 kPa ونسبة فرط التصلّب OCR = 2,5. يضيف مبنى جديد 80 kPa من الإجهاد الرأسي في منتصف العمق. أوجد هبوط التصلّب الابتدائي S بالـ mm.

H = 2,5 mCc = 0,45Cr = 0,06e0 = 1,1σ′0 = 45 kPaOCR = 2,5Δσ = 80 kPa
S = mm
16.هبوط التصلّبصعبة
رملطينH = 2 mcv​ = 1,2 m²/السنة2 mرملمنسوب المياه الجوفية

طبقة طين سُمكها 2 m معامل تصلّبها cv = 1,2 m²/year. تقع بين طبقتي رمل، لذا يُصرَّف الماء من الأعلى والأسفل. لتصلّب متوسط بنسبة 70% يكون معامل الزمن Tv = 0,403. كم سنة t تستغرق الطبقة لتبلغ تصلّبًا بنسبة 70%؟

H = 2 mcv = 1,2 m²/السنةU = 70%Tv = 0,403تصريف مزدوج
t = سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكيةمتوسطة
بوابةd = 1,5 mH = 3 m

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

d = 1,5 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.القوة الهيدروستاتيكيةصعبة
بوابةd = 0,5 mH = 2 m

بوابة مستطيلة رأسية عرضها 1 m في جدار خزان يحتوي ماء البحر، وحافتها العليا على عمق 0,5 m تحت السطح. أوجد عمق ycp مركز الضغط تحت السطح.

d = 0,5 mH = 2 mb = 1 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتمتوسطة
V = 2,9 m/sD = 150 mmL = 1000 mf = 0,028

يجري ماء بسرعة متوسطة 2,9 m/s في أنبوب طوله 1000 m وقطره الداخلي 150 mm. استخدم معامل احتكاك دارسي f = 0,028 و g = 9,81 m/s². أوجد فاقد السمت بالاحتكاك hf.

V = 2,9 m/sL = 1000 mD = 150 mmf = 0,028g = 9,81 m/s²
hf = m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمتصعبة
K = 0,2Δz = ?L = 150 m, D = 250 mm, f = 0,0224× كوع (K = 0,3)

خزانان مفتوحان يصل بينهما أنبوب طوله 150 m وقطره الداخلي 250 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,022. الفواقد الثانوية هي: مدخل حاد الحافة (K = 0,5)، و 4 أكواع (K = 0,3 لكل منها)، وصمام (K = 0,2) والمخرج إلى الخزان السفلي (K = 1,0). استخدم g = 9,81 m/s². ما فرق منسوب الماء Δz بين الخزانين الذي يعطي معدل تدفق 75 L/s؟

Q = 75 L/sL = 150 mD = 250 mmf = 0,022Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 0,2Kexit = 1,0
Δz = m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)متوسطة
b = 6 my = 1,9 m2 : 1n = 0,015, S = 0,001

قناة شبه منحرفة طوب عرض قاعها 6 m وميولها الجانبية 2:1 (أفقي:رأسي). يجري الماء جريانًا منتظمًا بعمق 1,9 m. معامل مانينغ n = 0,015 وميل القاع S = 0,001. أوجد معدل التدفق Q بالـ m³/s.

b = 6 my = 1,9 mz = 2n = 0,015S = 0,001
Q = m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)صعبة
b = 5 my = 1,7 m3 : 1n = 0,03, Q = 17 m³/s

قناة شبه منحرفة تربة مبطّنة بالعشب عرض قاعها 5 m وميولها الجانبية 3:1 (أفقي:رأسي) يجب أن تنقل 17 m³/s بجريان منتظم عند عمق 1,7 m. معامل مانينغ n = 0,03. أوجد ميل القاع المطلوب S (بالـ m/m).

Q = 17 m³/sb = 5 my = 1,7 mz = 3n = 0,03
S = m/m
23.المضخات وقدرة المضخاتمتوسطة
PQ = 30 L/sH = 54 m

في اختبار، تدفع مضخة 30 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) ضد سمت 54 m بينما يأخذ عمودها 19,4 kW. استخدم g = 9,81 m/s². أوجد كفاءة المضخة η بالنسبة المئوية.

Q = 30 L/sH = 54 mPshaft = 19,4 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.المضخات وقدرة المضخاتصعبة
PQ = 40 L/sΔz = 8 mL = 100 m, D = 150 mm, f = 0,02, ΣK = 2,5

مضخة تنقل 40 L/s من الماء (ρ = 1000 kg/m³) من خزان سفلي مفتوح إلى خزان علوي سطح مائه أعلى بـ 8 m. طول الأنبوب 100 m وقطره الداخلي 150 mm ومعامل احتكاك دارسي f = 0,02؛ ومجموع معاملات الفواقد الثانوية ΣK = 2,5 (بما فيها المدخل والمخرج). استخدم g = 9,81 m/s². كفاءة المضخة 65%. أوجد قدرة العمود Pshaft بالـ kW.

Q = 40 L/sΔz = 8 mL = 100 mD = 150 mmf = 0,02ΣK = 2,5η = 65%
Pshaft = kW
25.القيمة الزمنية للنقودمتوسطة
سنوات0123PV = ?€20 000

تحتاج إلى €20 000 بعد 3 سنوات. يدفع حساب 5% سنويًا، تُركَّب الفائدة شهريًا. كم يجب أن تودع اليوم؟ أوجد القيمة الحالية PV.

FV = €20 0005% / 12n = 3
PV = €
26.القيمة الزمنية للنقودصعبة
أشهر0123…108€50€50€50FV = ?

تدّخر €50 في نهاية كل شهر لمدة 9 سنوات. يدفع الحساب 3% سنويًا تُركَّب شهريًا. كم ستدّخر في النهاية؟ أوجد FV.

A = €503% / 12N = 108
FV = €
27.NPV و IRRمتوسطة
سنوات0123456€40 000€3 000€3 000€3 000€3 000€3 000€3 000r = 6%, EAC = ?

تبلغ تكلفة آلة €40 000 اليوم، وتعمل 6 سنوات وتكلّف €3 000 سنويًا للتشغيل (تُدفع في نهاية كل سنة). تكلفة رأس المال 6%. أوجد تكلفتها السنوية المكافئة EAC.

C0 = €40 000M = €3 000n = 6r = 6%
EAC = €
28.NPV و IRRصعبة
سنوات0123−40 00022 00028 00014 000

تبلغ تكلفة مشروع €40 000 ويعود بـ €22 000, €28 000, €14 000 في نهاية السنوات من 1 إلى 3. أوجد معدل العائد الداخلي IRR بالنسبة المئوية.

CF0 = −40 000CF1 = 22 000CF2 = 28 000CF3 = 14 000
IRR = %
29.التوزيع الطبيعيمتوسطة
5780P = ?

درجات الامتحان موزعة توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 65 درجة وانحراف معياري 10 درجة. ما النسبة التي تقع بين 57 و 80 درجة؟ أعطِ P كعدد عشري.

μ = 65σ = 10x1 = 57x2 = 80
P =
30.التوزيع الطبيعيصعبة
0,04 mm0D − d?

أقطار الثقوب D طبيعية بمتوسط 25,04 mm وانحراف معياري 0,015 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 = 25,04 mm, σ = 0,015 mmالعمود: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =

3المحاليل

1.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RA = 20 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.

P1​ = 20 kNP2​ = 50 kNABRA​RB​2,5 m1,5 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.

ΣMA = 0: RB·5 = 20·2,5 + 50·4
RB = 250/5 = 50 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 50 = 20 kN

الإجابة

RA = 20 kN
2.ردود أفعال ركائز الكمرات

الإجابة: RA = 58,95 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.

مركّبتا P

Pv = 50·sin 30° = 25 kN
Ph = 50·cos 30° = 43,3 kN

ردود الأفعال

ΣMA = 0: RB·5 = 25·1 + 50·3 → RB = 35 kN
Ay = 25 + 50 − 35 = 40 kN
Ax = Ph = 43,3 kN

المحصّلة عند A

RA = √(43,3² + 40²) = 58,95 kN

الإجابة

RA = 58,95 kN
3.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: العضو BF

أعضاء القوة الصفرية: عند عقدة يجب أن تتزن القوى في كل اتجاه. إذا لم يكن على العقدة حمل ولا مسند، وكان عضوان من أعضائها الثلاثة على استقامة واحدة، فإن الاتزان في الاتجاه المتعامد مع ذلك الخط لا يشمل إلا العضو الثالث، فتكون قوته صفرًا. وإذا التقى عضوان فقط عند عقدة غير محملة ولم يكونا على استقامة واحدة فكلاهما صفر.

العقدة B

يقع AB وBC على خط مستقيم واحد ولا تحمل العقدة حملًا. اتزان القوى عبر ذلك الخط لا يُبقي إلا BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

تحقق بطريقة العقد

حل كل العقد يعطي قوى الأعضاء هذه (T = شد، C = ضغط).

AB: 51,67 kN (T), BC: 51,67 kN (T), CD: 68,33 kN (T), DE: 68,33 kN (T), FG: 76,67 kN (C), GH: 76,67 kN (C), AF: 64,58 kN (C), HE: 85,42 kN (C), BF: 0, CG: 25 kN (C), DH: 30 kN (T), FC: 31,25 kN (T), HC: 10,42 kN (T)

الإجابة

عضو القوة الصفرية: BF
4.الجملون: طريقة العقد

الإجابة: FAC = 21,25 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.

ABBCACACB55 kN30 kNAy​Cy​Ax​

ردود أفعال الركائز

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

ΣMA = 0: Cy·4 = 55·3 + 30·3 → Cy = 63,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 63,75 = −8,75 kN
ΣFx = 0: Ax = −30 kN

العقدة C

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

sin γ = 3/3,162 = 0,9487, cos γ = 1/3,162 = 0,3162
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −63,75/0,9487 = −67,2 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−67,2)·0,3162 = 21,25 kN

الإجابة

FAC = 21,25 kN (شدّ)
5.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: Mx = 27,5 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. الازدواج المؤثّر يجعل مخطط عزم الانحناء يقفز بمقدار الازدواج.

ردود أفعال الركائز

العزوم حول A، عكس عقارب الساعة موجب: RB·L − M0 = 0. الاتزان الرأسي: RA + RB = 0.

RB = M0/L = 55/10 = 5,5 kN (إلى الأعلى)
RA = −RB = −5,5 kN (إلى الأسفل)

اقطع يمين الازدواج مباشرةً

يحتوي الجزء الأيسر الآن على RA والازدواج.

Mx = RA·a + M0 = −5,5·5 + 55 = 27,5 kN·m

الإجابة

Mx = 27,5 kN·m
6.قوة القص وعزم الانحناء

الإجابة: C (x = 2 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 = 34 kN, R2 = 81 kN

عزم الانحناء عند كل علامة

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

MA = 0, MB = 31, MC = 56 kN·m, MD = 30, ME = −2, MF = −40, MG = 0

الإجابة

علامة C: MC = 56 kN·m
7.ترخيم الكمرة

الإجابة: δP = 1,316 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 = 7000 N, a = 3000 mm, b = 1000 mm, L = 4000 mm
EI = 3,99 × 10¹² N·mm²

الترخيم تحت الحمل

δP = Pa²b²/(3EIL) = 7000·3000²·1000²/(3·3,99 × 10¹²·4000) = 1,316 mm

الإجابة

δP = 1,316 mm
8.ترخيم الكمرة

الإجابة: Ireq = 13,32 × 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 = 2500/360 = 6,944 mm

عزم القصور الذاتي المطلوب

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·2500⁴/(384·11000·6,944) = 1,332 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 13,32 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ireq = 13,32 × 10⁶ mm⁴
9.انبعاج الأعمدة

الإجابة: Pcr = 38,59 kN

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

أصغر عزم قصور ذاتي

للمقطع الدائري I نفسه حول أي محور.

I = πd⁴/64 = π·40⁴/64 = 125664 mm⁴

الطول الفعّال

KL = 0,5·3000 = 1500 mm

الحمل الحرج

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

الإجابة

Pcr = 38,59 kN
10.انبعاج الأعمدة

الإجابة: d = 57,67 mm

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

الحمل الحرج المطلوب

Pcr = n·P = 2,5·140000 = 350000 N
KL = 0,7·2500 = 1750 mm

حلّ لإيجاد القطر

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·350000·1750²/(π³·200000))^(1/4) = 57,67 mm

الإجابة

d = 57,67 mm

تحقّق: النحافة KL/r تساوي 121,4، لذا العمود نحيف وتنطبق صيغة أويلر.

11.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 51,64 × 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 = 140·30 = 4200 mm², yf = 220 + 30/2 = 235 mm
الجذع: Aw = 20·220 = 4400 mm², yw = 220/2 = 110 mm

المركز

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (4200·235 + 4400·110)/8600 = 171 mm

نظرية المحور الموازي

الشفة: 140·30³/12 + 4200·(235 − 171)² = 1,749 × 10⁷ mm⁴
الجذع: 20·220³/12 + 4400·(110 − 171)² = 3,414 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1,749 × 10⁷ + 3,414 × 10⁷ = 5,164 × 10⁷ mm⁴ = 51,64 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 51,64 × 10⁶ mm⁴
12.المركز وعزم القصور الذاتي

الإجابة: Ix = 132,6 × 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 = (40000·100 − 800·130)/(40000 − 800) = 99,39 mm

اللوح الكامل حول ȳ

200·200³/12 + 40000·0,6122² = 133,3 × 10⁶ mm⁴

الثقب حول ȳ

40·20³/12 + 800·30,61² = 0,7764 × 10⁶ mm⁴

اطرح

Ix = 132,6 × 10⁶ mm⁴

الإجابة

Ix = 132,6 × 10⁶ mm⁴
13.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 122,3 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) = 17·3 + 20·7 = 191 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 = 191 − 68,67 = 122,3 kPa

الإجابة

σ′ = 122,3 kPa
14.الإجهاد الفعّال في التربة

الإجابة: σ′ = 87,11 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·5 + γsat,clay·3,5
σ = 15·1 + 18,5·5 + 18·3,5 = 170,5 kPa

ضغط الماء المسامي

يزداد ضغط الماء مع العمق أسفل منسوب المياه.

u = γw·(z − zw) = 9,81·8,5 = 83,39 kPa

الإجهاد الفعّال

σ′ = σ − u = 170,5 − 83,39 = 87,11 kPa

الإجابة

σ′ = 87,11 kPa
15.هبوط التصلّب

الإجابة: S = 52,94 mm

التصلّب الابتدائي لطبقة طين سُمكها H، باستخدام الإجهاد الفعّال في منتصف الطبقة: σ′f = σ′0 + Δσ. الطين المتصلّب طبيعيًا: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). الطين مفرط التصلّب يُعاد ضغطه على امتداد Cr حتى ضغط التصلّب المسبق σ′p ولا يتبع Cc إلا بعده. الزمن: t = Tv·Hdr²/cv، حيث مسار التصريف Hdr يساوي H/2 عندما يستطيع الماء الخروج من الأعلى والأسفل، و H عندما يصرّف جانب واحد فقط.

ضغط التصلّب المسبق

σ′p = OCR·σ′0 = 2,5·45 = 112,5 kPa

قارن بضغط التصلّب المسبق

σ′f = 45 + 80 = 125 kPa > 112,5 kPa

الهبوط

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

S = 0,06·2,5/(1 + 1,1)·log₁₀(112,5/45) + 0,45·2,5/(1 + 1,1)·log₁₀(125/112,5)
S = 28,42 + 24,51 = 52,94 mm

الإجابة

S = 52,94 mm
16.هبوط التصلّب

الإجابة: t = 0,3358 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 = 2/2 = 1 m

الزمن

t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·1²/1,2 = 0,3358 سنوات

الإجابة

t = 0,3358 سنوات
17.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: F = 176,6 kN

القوة الهيدروستاتيكية على سطح مستوٍ: F = ρ·g·yc·A. وتؤثّر عند مركز الضغط، ycp = yc + Ic/(ycA)، الذي يقع دائمًا أسفل المركز.

عمق المركز والمساحة

yc = d + H/2 = 1,5 + 3/2 = 3 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
بوابةd = 1,5 mH = 3 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·6 = 176,6 kN

الإجابة

F = 176,6 kN
18.القوة الهيدروستاتيكية

الإجابة: ycp = 1,722 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 = 0,5 + 2/2 = 1,5 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
بوابةd = 0,5 mH = 2 mF

القوة المحصّلة

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·1,5·2 = 30,17 kN

مركز الضغط

يزداد الضغط مع العمق، لذا تؤثّر المحصّلة أسفل المركز.

Ic = b·H³/12 = 1·2³/12 = 0,6667 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 1,5 + 0,6667/(1,5·2) = 1,722 m

الإجابة

ycp = 1,722 m
19.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: hf = 80,01 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) = 2,9²/(2·9,81) = 0,4286 m

دارسي–فايسباخ

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(1000/0,15)·2,9²/(2·9,81) = 80,01 m

الإجابة

hf = 80,01 m
20.احتكاك الأنابيب وفاقد السمت

الإجابة: Δz = 1,916 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 = 0,075/0,04909 = 1,528 m/s
V²/(2g) = 0,119 m

معاملات الفاقد

f·L/D = 0,022·150/0,25 = 13,2
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 0,2 + 1,0 = 2,9

فاقد السمت الكلي

hf = 13,2·0,119 = 1,571 m
hm = 2,9·0,119 = 0,345 m
Δz = hf + hm = 1,916 m

الإجابة

Δz = 1,916 m
21.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: Q = 46,38 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 + 2·1,9)·1,9 = 18,62 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·1,9·√(1 + 2²) = 14,5 m
R = A/P = 1,284 m

السرعة المتجهة

V = (1/0,015)·1,2842/3·0,0011/2 = 2,491 m/s

معدّل التدفّق

Q = A·V = 18,62·2,491 = 46,38 m³/s

الإجابة

Q = 46,38 m³/s
22.الجريان في القنوات المفتوحة (مانينغ)

الإجابة: S = 0,0007865 m/m

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

الهندسة

A = (b + z·y)·y = (5 + 3·1,7)·1,7 = 17,17 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5 + 2·1,7·√(1 + 3²) = 15,75 m
R = A/P = 1,09 m

حلّ معادلة مانينغ لإيجاد S

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,03·17/(17,17·1,059) = 0,02804
S = 0,02804² = 0,0007865

الإجابة

S = 0,0007865

هذا انخفاض قدره 0,7865 m لكل كيلومتر.

23.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: η = 81,92 %

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 = 1000·9,81·0,03·54 = 15,89 kW

الكفاءة

η = Ph/Pshaft = 15,89/19,4 = 81,92%

الإجابة

η = 81,92%
24.المضخات وقدرة المضخات

الإجابة: Pshaft = 7,326 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 = 0,04/0,01767 = 2,264 m/s
V²/(2g) = 0,2611 m

فواقد السمت

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (13,33 + 2,5)·0,2611 = 4,135 m

سمت المضخة

H = Δz + hL = 8 + 4,135 = 12,13 m

قدرة العمود

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,04·12,13/0,65 = 7,326 kW

الإجابة

Pshaft = 7,326 kW
25.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: PV = 17220 €

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 = 0,05/12 = 0,004167
N = 12·3 = 36

القيمة الحالية

PV = FV/(1 + i)N = 20 000/1,161 = €17 219,52

الإجابة

PV = €17 219,52
26.القيمة الزمنية للنقود

الإجابة: FV = 6190 €

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 = 0,03/12 = 0,0025
N = 12·9 = 108

القيمة المستقبلية للإيداعات

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 50·(1,31 − 1)/0,0025 = €6 190,46

الإجابة

FV = €6 190,46

دفعتَ بنفسك €5 400؛ والباقي فائدة.

27.NPV و IRR

الإجابة: EAC = 11135 €

التكلفة السنوية المكافئة: وزّع القيمة الحالية لكل التكاليف على العمر كمبلغ سنوي متساوٍ (سلسلة دفعات): EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). وهي تتيح مقارنة آلات بأعمار مختلفة.

معامل سلسلة الدفعات

(1 − 1,06−6)/0,06 = 4,917

سعر الشراء المحوَّل إلى قيمة سنوية

40 000/4,917 = 8 134,51

EAC

EAC = 8 134,51 + 3 000 = €11 134,51

الإجابة

EAC = €11 134,51
28.NPV و IRR

الإجابة: IRR = 29,74 %

صافي القيمة الحالية: اخصم كل تدفق نقدي إلى اليوم بمعدل العائد المطلوب r، ثم اجمعها: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. المشروع الذي NPV > 0 يكسب أكثر من r ويضيف قيمة. معدل العائد الداخلي (IRR) هو المعدل الذي يجعل NPV = 0.

احصر IRR بين قيمتين

تنخفض NPV كلما ارتفع المعدل، لذا يقع IRR بين معدل يعطي NPV موجبة ومعدل يعطي NPV سالبة.

NPV(25%) = 2 688,00
NPV(30%) = −136,55

ضيّق النطاق

يعطي الاستكمال الخطي تقديرًا أوليًا؛ وتكراره (أو دالة IRR في الآلة الحاسبة) يعطي المعدل الدقيق.

IRR ≈ 25 + 5·2 688,00/(2 688,00 − (−136,55)) = 29,76%
بالضبط: NPV(29,74%) = 0 → IRR = 29,74%

الإجابة

IRR = 29,74%
29.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,7213

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 = (57 − 65)/10 = −0,8
z₂ = (80 − 65)/10 = 1,5

المساحة بين القيمتين

P = Φ(1,5) − Φ(−0,8) = 0,9332 − 0,2119 = 0,7213

الإجابة

P = 0,7213
30.التوزيع الطبيعي

الإجابة: P = 0,9868

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 = 25,04 − 25 = 0,04 mm, σ = 0,01803 mm

حوّل إلى الصيغة المعيارية

z = (0 − 0,04)/0,01803 = −2,22

الاحتمال

P = 1 − Φ(−2,22) = 0,9868

الإجابة

P = 0,9868

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