tarpatramis = 6 maukštis = 3 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 10 kN
FBC = kN
4.Santvara: mazgų metodasSunkus
Tiksliai vienas šios santvaros elementas neneša jėgos esant šioms apkrovoms. Kuris yra nulinės jėgos elementas? Spustelėkite jį diagramoje.
B: 20 kN ↓F: 15 kN →G: 15 kN ↓H: 30 kN ↓
1elementas AB
2elementas BC
3elementas CD
4elementas DE
5elementas FG
6elementas GH
7elementas AF
8elementas HE
9elementas BF
10elementas CG
11elementas DH
12elementas FC
13elementas HC
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
Raskite skersinę jėgą Vx pjūvyje x = 2,5 m nuo atramos A. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.
L = 4 mw = 10 kN/m nuo 0 iki 4 mx = 2,5 m
Vx = kN
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
Laisvai atremta sija visu tarpatramiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w ir sutelktąja jėga P. Raskite didžiausią sijos lenkimo momentą Mmax.
L = 10 mP = 40 kN ties 6 mw = 12 kN/m nuo 0 iki 10 m
Mmax = kN·m
7.Sijos įlinkisVidutinis
Gembė visu ilgiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w. Raskite laisvojo galo įlinkį δ.
w = 10 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aliuminis)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Sijos įlinkisSunkus
Papildomai atremta gembė įtvirtinta taške A ir laisvai atremta taške B. Tarpatramio viduryje ją veikia sutelktoji jėga P. EI pastovus. Raskite papildomos atramos reakciją RB.
L = 5 mP = 65 kN ties 2,5 m
RB = kN
9.Kolonų klupimasVidutinis
L ilgio kolona iš medžiagos (plienas) yra šarnyriškai atremta abiejuose galuose. Pagal Oilerio formulę raskite jos kritinę klupimo jėgą Pcr.
L = 2 mE = 200 GPa (plienas)b × h = 50 × 60 mm
Pcr = kN
10.Kolonų klupimasSunkus
Pilnavidurė apvali L ilgio kolona iš medžiagos (plienas) yra įtvirtinta apačioje ir šarnyriškai atremta viršuje. Ji turi atlaikyti 60 kN su 2,5 atsargos koeficientu klupimui. Raskite mažiausią skersmenį d.
P = 60 kNn = 2,5L = 5 mE = 200 GPa (plienas)
d = mm
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
200 mm × 300 mm plokštė turi apvalią 40 mm skersmens skylę vertikalioje simetrijos ašyje, kurios centras yra 105 mm virš apačios. Raskite ploto inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.
b = 200 mmh = 300 mmd = 40 mmskylės centras: y = 105 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
150 mm × 300 mm plokštė turi stačiakampį iškirpimą, 50 mm pločio ir 40 mm aukščio, vertikalioje simetrijos ašyje, kurio centras yra 105 mm virš apačios. Raskite ploto inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.
b = 150 mmh = 300 mmiškirpimas: 50 × 40 mmskylės centras: y = 105 mm
2 m storio perkonsoliduoto molio sluoksnio Cc = 0,2, Cr = 0,05 ir e₀ = 0,6. Jo viduryje efektyvusis vertikalusis įtempis yra 60 kPa , o prieškonsolidacinis slėgis yra 100 kPa. Naujas pastatas sluoksnio viduryje padidina vertikalųjį įtempį 25 kPa. Raskite pirminės konsolidacijos nuosėdį S mm.
Laboratoriniame odometriniame bandyme 19 mm storio molio bandinys, drenuojamas viršuje ir apačioje, 50% konsolidaciją pasiekia per 6 min. Natūroje tas pats molis sudaro 4 m storio sluoksnį. Jis yra tarp dviejų smėlio sluoksnių, todėl vanduo išteka viršuje ir apačioje. Per kiek dienų t natūrinis sluoksnis pasieks 50% konsolidaciją?
Vertikali stačiakampė 3 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 1 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.
d = 1 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Hidrostatinė jėgaSunkus
Vertikali stačiakampė 1 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (jūros vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 0,5 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliaiVidutinis
Vanduo (ρ = 1000 kg/m³) teka 2,4 m/s greičiu horizontaliu 800 m ilgio vamzdžiu, kurio vidinis skersmuo 100 mm. Imkite Darsi trinties koeficientą f = 0,025 ir g = 9,81 m/s². Raskite slėgio kritimą Δp vamzdyje, kPa.
100 m ilgio vamzdis, kurio vidinis skersmuo 200 mm (Darsi trinties koeficientas f = 0,02), išeina iš atviro rezervuaro ir laisva čiurkšle išteka į orą. Vietiniai nuostoliai: aštriabriaunis įtekėjimas (K = 0,5), 3 alkūnės (K = 0,3 kiekviena) ir sklendė (K = 10). Imkite g = 9,81 m/s². Kiek aukščiau H už vamzdžio galą turi būti rezervuaro paviršius, kad debitas būtų 50 L/s?
Trapecinio plytų mūras kanalo dugno plotis 3 m, o šlaitų nuolydis 2:1 (horizontalusis:vertikalusis). Vanduo teka tolygiai 2,1 m gylyje. Manningo n = 0,015, dugno nuolydis S = 0,0015. Raskite debitą Q m³/s.
b = 3 my = 2,1 mz = 2n = 0,015S = 0,0015
Q = m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)Sunkus
Betoninis nuotekų kolektorius, kurio vidinis skersmuo 375 mm (Manningo n = 0,013), tekėdamas vos pilnas turi pasiekti 1,2 m/s savaiminio išsivalymo greitį. Raskite mažiausią nuolydį S (m/m).
D = 375 mmn = 0,013V = 1,2 m/s
S = m/m
23.Siurbliai ir siurblių galiaVidutinis
Siurblys tiekia 50 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³), įveikdamas 24 m slėgio aukštį. Siurblio naudingumo koeficientas 82%, o jį sukančio elektros variklio – 92%. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite variklio naudojamą elektrinę galią Pel kW.
Siurblys perpumpuoja 12 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³) iš atviro žemutinio rezervuaro į viršutinį baką, kurio vandens paviršius 12 m aukščiau. Vamzdis yra 150 m ilgio, jo vidinis skersmuo 100 mm, o Darsi trinties koeficientas f = 0,022; vietinių nuostolių koeficientų suma ΣK = 8 (įskaitant įtekėjimą ir ištekėjimą). Imkite g = 9,81 m/s². Raskite slėgio aukštį H, kurį turi sukurti siurblys.
Kredito kortelės nominalioji palūkanų norma 21% per metus, palūkanas kapitalizuojant kas ketvirtį. Raskite efektyviąją metinę normą EAR procentais.
r = 21%m = 4
EAR = %
26.Pinigų vertė laikeSunkus
€250 000 paskola grąžinama lygiomis mėnesio įmokomis per 25 metus. Palūkanų norma – 4,8 % per metus, kapitalizuojama kas mėnesį. Raskite mėnesio įmoką A.
P = €250 0004,8% / 12N = 300
A = €
27.NPV ir IRRVidutinis
€30 000 investicija 1–3 metų pabaigoje duoda tokius pinigų srautus: €14 000, €13 000, €13 000. Kapitalo kaina – 9 %. Raskite grynąją dabartinę vertę NPV.
Projektas šiandien kainuoja €100 000. Jo pinigų srautas 1-ųjų metų pabaigoje yra €15 000 ir auga 5 % per metus iki paskutinio pinigų srauto 6-ųjų metų pabaigoje. Kapitalo kaina 8 %. Raskite grynąją dabartinę vertę NPV.
C0 = €100 000CF1 = €15 000g = 5%n = 6r = 8%
NPV = €
29.Normalusis skirstinysVidutinis
X yra normalusis dydis, kurio vidurkis 60 s ir standartinis nuokrypis 5 s; Y yra nepriklausomas normalusis dydis, kurio vidurkis 45 s ir standartinis nuokrypis 4 s. Raskite tikimybę P, kad X + Y yra didesnė nei 95,4 s. Suapvalinkite z iki dviejų skaitmenų po kablelio.
μX = 60, σX = 5μY = 45, σY = 4X + Y > 95,4 s
P =
30.Normalusis skirstinysSunkus
suaugusių vyrų ūgiai pasiskirstę normaliai, vidurkis 178 cm, standartinis nuokrypis 7 cm. Nuvilkite ribą taip, kad nuspalvinti apatiniai 70 % būtų kairėje nuo jos. Raskite ribą x.
μ = 178 cmσ = 7 cm70%
x = cm
3Tirpalai
1.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RB = 35 kN
Statinė pusiausvyra: rimties būsenos kūnui ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0 bet kurio taško atžvilgiu. Imant momentus vienos atramos atžvilgiu, tos atramos reakcija dingsta iš lygties.
Laisvojo kūno diagrama
Atramas pakeiskite reakcijos jėgomis. Ritininė atrama duoda vieną vertikaliąją reakciją; kai apkrovos tik vertikalios, šarnyrinė atrama taip pat duoda vieną vertikaliąją reakciją.
Pusiausvyra
Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę. Tada vertikaliųjų jėgų pusiausvyra.
ΣMA = 0: RB·8 = 15·2 + 50·5
RB = 280/8 = 35 kN
ΣFy = 0: RA = 65 − 35 = 30 kN
Atsakymas
RB = 35 kN
2.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RA = 21,75 kN
Statinė pusiausvyra: rimties būsenos kūnui ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0 bet kurio taško atžvilgiu. Imant momentus vienos atramos atžvilgiu, tos atramos reakcija dingsta iš lygties.
Laisvojo kūno diagrama
Atramas pakeiskite reakcijos jėgomis. Ritininė atrama duoda vieną vertikaliąją reakciją; kai apkrovos tik vertikalios, šarnyrinė atrama taip pat duoda vieną vertikaliąją reakciją.
Pusiausvyra
Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę. Tada vertikaliųjų jėgų pusiausvyra.
Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 3·1 = 3 kN, veikianti taške x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·6 = 40·3 + 3·1·2,5
RB = 127,5/6 = 21,25 kN
ΣFy = 0: RA = 43 − 21,25 = 21,75 kN
Atsakymas
RA = 21,75 kN
3.Santvara: mazgų metodas
Atsakymas: FBC = −3,239 kN
Mazgų metodas: kiekvienas santvaros mazgas yra pusiausvyroje, todėl kiekviename mazge ΣFx = 0 ir ΣFy = 0. Pradėkite nuo mazgo, kuriame ne daugiau kaip dvi nežinomos strypų jėgos. Neigiamas rezultatas reiškia, kad strypas gniuždomas.
Atramų reakcijos
Visos santvaros pusiausvyra. Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę.
ΣMA = 0: Cy·6 = 10·1 → Cy = 1,667 kN
ΣFy = 0: Ay = 10 − 1,667 = 8,333 kN
Mazgas C
Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.
sin γ = 3/5,831 = 0,5145, cos γ = 5/5,831 = 0,8575
Nulinės jėgos elementai: mazge jėgos turi atsvirti visomis kryptimis. Jei mazgas neturi apkrovos ir atramos, o du iš trijų jo elementų yra vienoje linijoje, tai pusiausvyra skersai tos linijos apima tik trečiąjį elementą, todėl jo jėga lygi nuliui. Jei neapkrautame mazge susitinka tik du elementai ir jie nėra vienoje linijoje, abu yra nulis.
Mazgas D
CD ir DE yra vienoje tiesėje, o mazgas neapkrautas. Subalansavus jėgas skersai tos linijos lieka tik DH.
ΣF⊥ = 0 → FDH = 0
Patikrinkite mazgų metodu
Išsprendus visus mazgus gaunamos šios elementų jėgos (T = tempimas, C = gniuždymas).
Pjūvių metodas: perpjaukite siją ten, kur norite rasti vidines jėgas, ir palikite vieną pusę. Skersinė jėga V atsveria tos pusės vertikaliąsias jėgas, o lenkimo momentas M – jų momentus pjūvio atžvilgiu.
Atramų reakcijos
Visos sijos pusiausvyra.
Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 10·4 = 40 kN, veikianti taške x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 10·4·2
RB = 80/4 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 20 = 20 kN
Perpjaukite ties x = 2,5 m ir palikite kairiąją dalį
Įskaitomos tik jėgos kairiau pjūvio. Išskirstytosios apkrovos dalis veikia kaip viena jėga tos dalies viduryje.
V = RA − (visos žemyn nukreiptos apkrovos kairiau pjūvio)
Vx = 20 − 10·2,5 = −5 kN
Atsakymas
Vx = −5 kN
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Mmax = 240 kN·m
Pjūvių metodas: perpjaukite siją ten, kur norite rasti vidines jėgas, ir palikite vieną pusę. Skersinė jėga V atsveria tos pusės vertikaliąsias jėgas, o lenkimo momentas M – jų momentus pjūvio atžvilgiu. Didžiausias momentas: kadangi dM/dx = V, lenkimo momentas didžiausias ten, kur skersinė jėga eina per nulį – sutelktosios jėgos vietoje arba išskirstytosios apkrovos ruože.
Atramų reakcijos
Visos sijos pusiausvyra.
Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 12·10 = 120 kN, veikianti taške x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 40·6 + 12·10·5
RB = 840/10 = 84 kN
ΣFy = 0: RA = 160 − 84 = 76 kN
Kur V = 0?
V(6⁻) = RA − w·6 = 4 kN
V(6⁺) = 4 − 40 = −36 kN
Skersinė jėga keičia ženklą ties apkrova, todėl maksimumas yra po apkrova.
Didžiausias momentas
Mmax = RA·6 − w·6²/2 = 76·6 − 12·6²/2 = 240 kN·m
Atsakymas
Mmax = 240 kN·m
Tai yra taške x = 6 m nuo A.
7.Sijos įlinkis
Atsakymas: δ = 12,05 mm
Sijų įlinkis: įlinkiai gaunami du kartus integruojant kreivį M/(EI). Tipiniai atvejai pateikti lentelėse, pavyzdžiui, PL³/(3EI) gembei su jėga gale ir 5wL⁴/(384EI) laisvai atremtai sijai su tolygia apkrova visame tarpatramyje. Atskirų apkrovų įlinkiai sumuojami (superpozicija).
Suderinti vienetai
Skaičiuokite N ir mm: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
w = 10 N/mm, L = 3000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²
Įlinkis
δ = wL⁴/(8EI) = 10·3000⁴/(8·8,4 × 10¹²) = 12,05 mm
Atsakymas
δ = 12,05 mm
8.Sijos įlinkis
Atsakymas: RB = 20,31 kN
Sijų įlinkis: įlinkiai gaunami du kartus integruojant kreivį M/(EI). Tipiniai atvejai pateikti lentelėse, pavyzdžiui, PL³/(3EI) gembei su jėga gale ir 5wL⁴/(384EI) laisvai atremtai sijai su tolygia apkrova visame tarpatramyje. Atskirų apkrovų įlinkiai sumuojami (superpozicija). Statiškai neišsprendžiamoje sijoje pašalinkite perteklinę atramą ir pareikalaukite, kad įlinkis toje vietoje būtų lygus nuliui (suderinamumas).
Pašalinkite papildomą atramą
Be papildomos atramos sija yra gembė. Jos laisvasis galas įlinktų nuo apkrovos.
δload = P(L/2)²(3L − L/2)/(6EI) = 5PL³/(48EI)
Suderinamumas ties papildoma atrama
Vien papildomos atramos jėga RB pakelia laisvąjį galą dydžiu RBL³/(3EI). Atrama išlaiko B nulinį įlinkį, todėl abu dydžiai turi vienas kitą panaikinti. EI susiprastina.
Oilerio klupimas: liauna kolona netenka pastovumo, kai Pcr = π²EI/(KL)², kur KL – skaičiuojamasis ilgis: K = 1 šarnyras–šarnyras, 2 įtvirtinimas–laisvas galas, 0,7 įtvirtinimas–šarnyras ir 0,5 įtvirtinimas–įtvirtinimas. Kolona klumpa ašies su mažiausiu I atžvilgiu. Formulė galioja liaunoms kolonoms, kurių kritinis įtempis mažesnis už takumo ribą.
Mažiausias inercijos momentas
Stačiakampis klumpa silpnosios ašies atžvilgiu, naudojant mažesnio matmens kubą.
Oilerio klupimas: liauna kolona netenka pastovumo, kai Pcr = π²EI/(KL)², kur KL – skaičiuojamasis ilgis: K = 1 šarnyras–šarnyras, 2 įtvirtinimas–laisvas galas, 0,7 įtvirtinimas–šarnyras ir 0,5 įtvirtinimas–įtvirtinimas. Kolona klumpa ašies su mažiausiu I atžvilgiu. Formulė galioja liaunoms kolonoms, kurių kritinis įtempis mažesnis už takumo ribą.
Reikiama kritinė jėga
Pcr = n·P = 2,5·60000 = 150000 N
KL = 0,7·5000 = 3500 mm
Išreiškite skersmenį
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·150000·3500²/(π³·200000))^(1/4) = 65,99 mm
Atsakymas
d = 65,99 mm
Patikra: liaunis KL/r yra 212,2, todėl kolona liauna ir Oilerio formulė galioja.
11.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: Ix = 447,3 × 10⁶ mm⁴
Pjūviai su skylėmis: skylę traktuokite kaip neigiamą plotą. Svorio centras yra ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), kai A₁, y₁ – pilnos plokštės, o A₂, y₂ – skylės. Ploto inercijos momentui centrinės ašies atžvilgiu kiekvienai daliai taikykite lygiagrečiųjų ašių (Šteinerio) teoremą ir skylę atimkite: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), kur d yra atstumas nuo kiekvienos dalies savojo svorio centro iki ašies, einančios per ȳ. Stačiakampio Ic = bh³/12, o skritulio Ic = πd⁴/64.
Svorio centras
ȳ = (60000·150 − 1257·105)/(60000 − 1257) = 151 mm
Pilna plokštė ȳ atžvilgiu
200·300³/12 + 60000·−0,9626² = 450,1 × 10⁶ mm⁴
Skylė ȳ atžvilgiu
π·40⁴/64 + 1257·−45,96² = 2,78 × 10⁶ mm⁴
Atimkite
Ix = 447,3 × 10⁶ mm⁴
Atsakymas
Ix = 447,3 × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: Ix = 333 × 10⁶ mm⁴
Pjūviai su skylėmis: skylę traktuokite kaip neigiamą plotą. Svorio centras yra ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), kai A₁, y₁ – pilnos plokštės, o A₂, y₂ – skylės. Ploto inercijos momentui centrinės ašies atžvilgiu kiekvienai daliai taikykite lygiagrečiųjų ašių (Šteinerio) teoremą ir skylę atimkite: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), kur d yra atstumas nuo kiekvienos dalies savojo svorio centro iki ašies, einančios per ȳ. Stačiakampio Ic = bh³/12, o skritulio Ic = πd⁴/64.
Svorio centras
ȳ = (45000·150 − 2000·105)/(45000 − 2000) = 152,1 mm
Pilna plokštė ȳ atžvilgiu
150·300³/12 + 45000·−2,093² = 337,7 × 10⁶ mm⁴
Skylė ȳ atžvilgiu
50·40³/12 + 2000·−47,09² = 4,702 × 10⁶ mm⁴
Atimkite
Ix = 333 × 10⁶ mm⁴
Atsakymas
Ix = 333 × 10⁶ mm⁴
13.Efektinis įtempis grunte
Atsakymas: σ = 87 kPa
Efektinis įtempis (Terzaghi): grunto skeletas perima σ′ = σ − u. Bendrasis įtempis σ yra visko, kas yra virš taško, svoris Σγ·h, virš gruntinio vandens lygio naudojant sauso, o žemiau – vandens prisotinto grunto savitąjį svorį. Žemiau gruntinio vandens lygio porų vandens slėgis hidrostatinis: u = γw·(gylis žemiau gruntinio vandens lygio).
Bendrasis įtempis
Sudėkite kiekvieno grunto sluoksnio virš X svorį. Virš gruntinio vandens lygio naudokite sauso, žemiau – prisotinto grunto savitąjį svorį.
Efektinis įtempis (Terzaghi): grunto skeletas perima σ′ = σ − u. Bendrasis įtempis σ yra visko, kas yra virš taško, svoris Σγ·h, virš gruntinio vandens lygio naudojant sauso, o žemiau – vandens prisotinto grunto savitąjį svorį. Žemiau gruntinio vandens lygio porų vandens slėgis hidrostatinis: u = γw·(gylis žemiau gruntinio vandens lygio).
Bendrasis įtempis
Sudėkite kiekvieno grunto sluoksnio virš X svorį. Virš gruntinio vandens lygio naudokite sauso, žemiau – prisotinto grunto savitąjį svorį.
σ = γd·2 + γsat,sand·1 + γsat,clay·2
σ = 16·2 + 20·1 + 18,5·2 = 89 kPa
Porų vandens slėgis
Vandens slėgis didėja su gyliu žemiau gruntinio vandens lygio.
u = γw·(z − zw) = 9,81·3 = 29,43 kPa
Efektinis įtempis
σ′ = σ − u = 89 − 29,43 = 59,57 kPa
Atsakymas
σ′ = 59,57 kPa
15.Konsolidacinis nuosėdis
Atsakymas: S = 9,454 mm
Pirminė konsolidacija H storio molio sluoksnio, naudojant efektyvųjį įtempį sluoksnio viduryje: σ′f = σ′0 + Δσ. Normaliai konsoliduotas molis: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Perkonsoliduotas molis iki prieškonsolidacinio slėgio σ′p pakartotinai spaudžiamas pagal Cr, o Cc tiese seka tik už jo. Laikas: t = Tv·Hdr²/cv, kur drenavimo kelias Hdr yra H/2, kai vanduo gali ištekėti viršuje ir apačioje, ir H, kai drenuojama tik viena pusė.
Palyginkite su prieškonsolidaciniu slėgiu
σ′f = 60 + 25 = 85 kPa ≤ 100 kPa
Nuosėdis
Molis lieka ant pakartotinio spaudimo tiesės.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,05·2/(1 + 0,6)·log₁₀(85/60) = 9,454 mm
Atsakymas
S = 9,454 mm
16.Konsolidacinis nuosėdis
Atsakymas: t = 184,7 dienos
Pirminė konsolidacija H storio molio sluoksnio, naudojant efektyvųjį įtempį sluoksnio viduryje: σ′f = σ′0 + Δσ. Normaliai konsoliduotas molis: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Perkonsoliduotas molis iki prieškonsolidacinio slėgio σ′p pakartotinai spaudžiamas pagal Cr, o Cc tiese seka tik už jo. Laikas: t = Tv·Hdr²/cv, kur drenavimo kelias Hdr yra H/2, kai vanduo gali ištekėti viršuje ir apačioje, ir H, kai drenuojama tik viena pusė.
Drenavimo keliai
Hdr,lab = 19/2 = 9,5 mm = 0,0095 m
Hdr,field = 4/2 = 2 m
Perskaičiuokite laiką
t = Tv·Hdr²/cv, kai T_v ir cv laboratorijoje ir natūroje vienodi.
tfield = 6·(2/0,0095)² = 265928 min
tfield = 265928/1440 = 184,7 dienos
Atsakymas
t = 184,7 dienos
17.Hidrostatinė jėga
Atsakymas: F = 117,7 kN
Hidrostatinė jėga plokščiam paviršiui: F = ρ·g·yc·A. Ji veikia slėgio centre, ycp = yc + Ic/(ycA), kuris visada yra žemiau svorio centro.
Svorio centro gylis ir plotas
yc = d + H/2 = 1 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
Atstojamoji jėga
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·6 = 117,7 kN
Atsakymas
F = 117,7 kN
18.Hidrostatinė jėga
Atsakymas: F = 30,17 kN
Hidrostatinė jėga plokščiam paviršiui: F = ρ·g·yc·A. Ji veikia slėgio centre, ycp = yc + Ic/(ycA), kuris visada yra žemiau svorio centro.
Svorio centro gylis ir plotas
yc = d + H/2 = 0,5 + 2/2 = 1,5 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
Atstojamoji jėga
F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·1,5·2 = 30,17 kN
Atsakymas
F = 30,17 kN
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai
Atsakymas: Δp = 576 kPa
Tekėjimas vamzdžiais: Reinoldso skaičius Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ leidžia atskirti laminarinį tekėjimą (Re mažesnis nei apie 2000) nuo turbulentinio (didesnis nei apie 4000). Trintis išilgai vamzdžio sukelia Darsi–Veisbacho slėgio aukščio nuostolius hf = f·(L/D)·V²/(2g). Jungiamosios detalės, sklendės, įtekėjimas ir ištekėjimas prideda vietinius nuostolius hm = ΣK·V²/(2g). Tarp dviejų atvirų rezervuarų paviršių energijos lygtis duoda Δz = hf + hm, įskaitant ištekėjimo nuostolį K = 1.
Slėgio aukščio nuostoliai
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(800/0,1)·2,4²/(2·9,81) = 58,72 m
Slėgio kritimas
Vamzdis horizontalus, o greitis nekinta, todėl energijos lygtis supaprastėja iki Δp = ρ·g·hf.
Tekėjimas vamzdžiais: Reinoldso skaičius Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ leidžia atskirti laminarinį tekėjimą (Re mažesnis nei apie 2000) nuo turbulentinio (didesnis nei apie 4000). Trintis išilgai vamzdžio sukelia Darsi–Veisbacho slėgio aukščio nuostolius hf = f·(L/D)·V²/(2g). Jungiamosios detalės, sklendės, įtekėjimas ir ištekėjimas prideda vietinius nuostolius hm = ΣK·V²/(2g). Tarp dviejų atvirų rezervuarų paviršių energijos lygtis duoda Δz = hf + hm, įskaitant ištekėjimo nuostolį K = 1.
Greitis
V = Q/A = 0,05/0,03142 = 1,592 m/s
V²/(2g) = 0,1291 m
Nuostolių koeficientai
f·L/D = 0,02·100/0,2 = 10
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 10 = 11,4
Energijos lygtis
Ištekanti čiurkšlė vis dar turi greitinį aukštį; tai ne nuostolis, bet jį reikia suteikti.
H = (1 + 10 + 11,4)·0,1291 = 2,892 m
Atsakymas
H = 2,892 m
21.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)
Atsakymas: Q = 44,58 m³/s
Manningo lygtis (SI): tolygiam tekėjimui atvirame kanale V = (1/n)·R2/3·S1/2 ir Q = A·V, kur n – šiurkštumo koeficientas, S – dugno nuolydis (m/m), o R = A/P – hidraulinis spindulys: pratekėjimo plotas, padalytas iš drėkinamojo perimetro. P įskaitoma tik su vandeniu besiliečianti riba, o ne laisvasis paviršius. Stačiakampis: A = b·y, P = b + 2y. Trapecija su šlaitų nuolydžiu z:1 (horizontalusis:vertikalusis): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Pilno arba pusiau pilno apvalaus vamzdžio R = D/4.
Geometrija
A = (b + z·y)·y = (3 + 2·2,1)·2,1 = 15,12 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3 + 2·2,1·√(1 + 2²) = 12,39 m
R = A/P = 1,22 m
Greitis
V = (1/0,015)·1,222/3·0,00151/2 = 2,948 m/s
Debitas
Q = A·V = 15,12·2,948 = 44,58 m³/s
Atsakymas
Q = 44,58 m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)
Atsakymas: S = 0,005714 m/m
Manningo lygtis (SI): tolygiam tekėjimui atvirame kanale V = (1/n)·R2/3·S1/2 ir Q = A·V, kur n – šiurkštumo koeficientas, S – dugno nuolydis (m/m), o R = A/P – hidraulinis spindulys: pratekėjimo plotas, padalytas iš drėkinamojo perimetro. P įskaitoma tik su vandeniu besiliečianti riba, o ne laisvasis paviršius. Stačiakampis: A = b·y, P = b + 2y. Trapecija su šlaitų nuolydžiu z:1 (horizontalusis:vertikalusis): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Pilno arba pusiau pilno apvalaus vamzdžio R = D/4.
Hidraulinis spindulys
R = D/4 = 0,375/4 = 0,09375 m
Išspręskite Manningo lygtį S atžvilgiu
S = (n·V/R2/3)² = (0,013·1,2/0,2064)² = 0,005714
Atsakymas
S = 0,005714
Tai 5,714 m kritimas kiekviename kilometre.
23.Siurbliai ir siurblių galia
Atsakymas: Pel = 15,6 kW
Siurblio galia: vandeniui perduodama galia yra hidraulinė galia Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Velenas turi perduoti daugiau, nes siurblyje dalis galios prarandama: Pshaft = Ph/ηpump, o variklis ima Pel = Pshaft/ηmotor. Siurblio slėgio aukštis H gaunamas iš energijos lygties: geometrinis pakėlimo aukštis + pjezometrinis aukštis + visi trinties ir vietiniai nuostoliai.
Hidraulinė galia
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,05·24 = 11,77 kW
Veleno galia
Pshaft = 11,77/0,82 = 14,36 kW
Elektrinė galia
Pel = 14,36/0,92 = 15,6 kW
Atsakymas
Pel = 15,6 kW
24.Siurbliai ir siurblių galia
Atsakymas: H = 16,88 m
Siurblio galia: vandeniui perduodama galia yra hidraulinė galia Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Velenas turi perduoti daugiau, nes siurblyje dalis galios prarandama: Pshaft = Ph/ηpump, o variklis ima Pel = Pshaft/ηmotor. Siurblio slėgio aukštis H gaunamas iš energijos lygties: geometrinis pakėlimo aukštis + pjezometrinis aukštis + visi trinties ir vietiniai nuostoliai.
Abu paviršiai atviri ir praktiškai nejuda, todėl slėgio ir greičio nariai išnyksta.
H = Δz + hL = 12 + 4,878 = 16,88 m
Atsakymas
H = 16,88 m
25.Pinigų vertė laike
Atsakymas: EAR = 22,71 %
Pinigų vertė laike: pinigai šiandien vertesni už tą pačią sumą vėliau, nes gali uždirbti palūkanų. Esant palūkanų normai i per laikotarpį, suma auga pagal FV = PV·(1 + i)n. Lygių įmokų seka (anuitetas) vertinama sudedant kiekvieną įmoką, iš to gaunamos anuiteto formulės.
Laikotarpio norma
r/m = 0,21/4 = 0,0525
Kapitalizuokite per vienus metus
EAR = (1 + 0,0525)4 − 1 = 1,227 − 1 = 22,71%
Atsakymas
EAR = 22,71%
Kai palūkanos kapitalizuojamos dažniau nei kartą per metus, EAR visada didesnė už nominaliąją normą.
26.Pinigų vertė laike
Atsakymas: A = 1432 €
Pinigų vertė laike: pinigai šiandien vertesni už tą pačią sumą vėliau, nes gali uždirbti palūkanų. Esant palūkanų normai i per laikotarpį, suma auga pagal FV = PV·(1 + i)n. Lygių įmokų seka (anuitetas) vertinama sudedant kiekvieną įmoką, iš to gaunamos anuiteto formulės.
Mėnesio norma ir įmokų skaičius
i = 0,048/12 = 0,004
N = 12·25 = 300
Įmoka
N lygių įmokų A dabartinė vertė yra A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. Prilyginkite ją paskolai ir išreikškite A.
(1 + i)−N = 0,3019
A = 250 000·0,004/(1 − 0,3019) = €1 432,49
Atsakymas
A = €1 432,49
27.NPV ir IRR
Atsakymas: NPV = 3824 €
Grynoji dabartinė vertė: kiekvieną pinigų srautą diskontuokite iki šiandien taikydami reikalaujamą grąžos normą r ir sudėkite: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projektas, kurio NPV > 0, uždirba daugiau nei r ir kuria vertę. Vidinė grąžos norma (IRR) – norma, kuriai esant NPV = 0.
Kiekvieno pinigų srauto dabartinė vertė
CF0 = −30 000
CF1/(1 + 0,09)1 = 14 000/1,09 = 12 844,04
CF2/(1 + 0,09)2 = 13 000/1,188 = 10 941,84
CF3/(1 + 0,09)3 = 13 000/1,295 = 10 038,39
Sudėkite
NPV = €3 824,26
Atsakymas
NPV = €3 824,26
NPV teigiama, todėl projektas uždirba daugiau nei reikalaujama grąža.
28.NPV ir IRR
Atsakymas: NPV = −22244 €
Grynoji dabartinė vertė: kiekvieną pinigų srautą diskontuokite iki šiandien taikydami reikalaujamą grąžos normą r ir sudėkite: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projektas, kurio NPV > 0, uždirba daugiau nei r ir kuria vertę. Vidinė grąžos norma (IRR) – norma, kuriai esant NPV = 0.
NPV neigiama, todėl projektas uždirba mažiau nei reikalaujama grąža.
29.Normalusis skirstinys
Atsakymas: P = 0,9332
Normaliųjų dydžių sumos ir skirtumai: jei X ir Y yra nepriklausomi ir normalieji, tai X + Y ir X − Y taip pat normalieji. Vidurkiai sudedami arba atimami: E(X ± Y) = μX ± μY. Dispersijos visada sudedamos, net ir skirtumui: Var(X ± Y) = σX² + σY², todėl σ = √(σX² + σY²). Standartiniai nuokrypiai tiesiogiai niekada nesudedami. n nepriklausomų vienodai pasiskirsčiusių elementų sumos vidurkis yra n·μ, o standartinis nuokrypis σ·√n. Tada standartizuokite kaip įprasta: z = (x − vidurkis)/σ ir raskite Φ(z).
Sumos skirstinys
μ = 105 s, σ = √(5² + 4²) = 6,403 s
Standartizuokite
z = (95,4 − 105)/6,403 = −1,5
Viršutinė uodega
P = 1 − Φ(−1,5) = 1 − 0,06681 = 0,9332
Atsakymas
P = 0,9332
30.Normalusis skirstinys
Atsakymas: x = 181,6 cm
Nuo ploto atgal prie z: Φ(z) yra plotas kairėje nuo z. Kairiosios uodegos plotui A lentelėje raskite z, kai Φ(z) = A. Dešiniosios uodegos plotas A reiškia Φ(z) = 1 − A. Centrinis plotas A tarp −z ir z palieka (1 − A)/2 kiekvienoje uodegoje, taigi Φ(z) = (1 + A)/2. Reikšmei x naudokite x = μ + zσ.
Plotas kairėje
Φ(z) = 0,7
z iš lentelės
z ≈ 0,52
Atgal į pradinius vienetus
x = 178 + 0,52·7 = 181,6 cm
Atsakymas
x = 181,6 cm
Tai savarankiška mokymosi medžiaga. ExamProblems nėra susijusi su šį egzaminą organizuojančia institucija ir jos nėra patvirtinta, o egzamino pavadinimas naudojamas tik turiniui apibūdinti. FE exam egzaminą rengia NCEES, kuri nėra susijusi su ExamProblems ir jo neremia.