priimti, kai NPV > 0 (arba IRR > reikalaujama grąža)
Metodas
Išvardykite visus pinigų srautus su jų metais; investicija 0 metais yra neigiama.
Diskontuokite kiekvieną pinigų srautą: CFt/(1 + r)t.
Sudėkite juos ir gausite NPV. Teigiama vertė reiškia, kad projektas uždirba daugiau nei r.
IRR raskite bandymų arba interpoliavimo būdu – tai norma, kuriai esant NPV lygi nuliui.
Normalusis skirstinys
z įvertis
z = (x − μ)/σ
Mažiau nei x
P(X < x) = Φ(z)
Daugiau nei x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tarp
Φ(z2) − Φ(z1)
Procentilis
x = μ + z·σ
Metodas
Reikšmę paverskite z įverčiu: z = (x − μ)/σ.
Lentelėje raskite Φ(z) – plotą į kairę nuo z.
Plotui į dešinę naudokite 1 − Φ(z); intervalui atimkite du plotus į kairę.
Procentiliui spręskite atvirkščiai: raskite plotą atitinkantį z, tada x = μ + z·σ.
2Uždaviniai
1.Sijų atramų reakcijosVidutinis
Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RB.
L = 8 mP1 = 60 kN ties 3 mP2 = 10 kN ties 7 m
RB = kN
2.Sijų atramų reakcijosSunkus
Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RA.
L = 8 mP = 40 kN ties 6 mw = 12 kN/m nuo 0 iki 7 m
RA = kN
3.Santvara: mazgų metodasVidutinis
Tiksliai vienas šios santvaros elementas neneša jėgos esant šioms apkrovoms. Kuris yra nulinės jėgos elementas? Spustelėkite jį diagramoje.
B: 25 kN ↓F: 20 kN ↓G: 35 kN ↓
1elementas AB
2elementas BC
3elementas CD
4elementas DE
5elementas FG
6elementas GH
7elementas AF
8elementas HE
9elementas BF
10elementas CG
11elementas DH
12elementas BG
13elementas DG
4.Santvara: mazgų metodasSunkus
Mazgų metodu raskite jėgą FAB strype AB. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.
tarpatramis = 5 maukštis = 4 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 25 kNhorizontalioji apkrova = 15 kN ←
FAB = kN
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
Laisvai atremta sija apkrauta dviem sutelktosiomis jėgomis. Raskite didžiausią sijos lenkimo momentą Mmax.
L = 6 mP1 = 70 kN ties 2,5 mP2 = 45 kN ties 3 m
Mmax = kN·m
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
Raskite lenkimo momentą Mx pjūvyje x = 3 m nuo atramos A. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.
L = 10 mP = 25 kN ties 3 mw = 6 kN/m nuo 0 iki 10 mx = 3 m
Mx = kN·m
7.Sijos įlinkisVidutinis
Laisvai atremta sija apkrauta sutelktąja jėga P, esančia a = 2,5 m atstumu nuo atramos A. Raskite įlinkį δP po apkrova.
P = 3 kNa = 2,5 mL = 6 mE = 11 GPa (konstrukcinė mediena)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Sijos įlinkisSunkus
Laisvai atremta stačiakampio skerspjūvio medinė sija, 100 mm pločio, visu tarpatramiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w. Jos įlinkis tarpatramio viduryje negali viršyti tarpatramis/250. Raskite mažiausią skerspjūvio aukštį hreq.
w = 1 kN/mL = 4,5 mE = 11 GPa (konstrukcinė mediena)b = 100 mm
hreq = mm
9.Kolonų klupimasVidutinis
L ilgio kolona iš medžiagos (aliuminis) yra įtvirtinta abiejuose galuose. Pagal Oilerio formulę raskite jos kritinę klupimo jėgą Pcr.
L = 3 mE = 70 GPa (aliuminis)d = 30 mm
Pcr = kN
10.Kolonų klupimasSunkus
L ilgio kolona iš medžiagos (plienas) yra įtvirtinta abiejuose galuose. Raskite jos liaunį ir kritinį klupimo įtempį σcr pagal Oilerio formulę.
L = 2,5 mE = 200 GPa (plienas)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
Simetriško dvitėjo skerspjūvio lentynos yra 230 mm pločio ir 16 mm storio, bendrasis aukštis 400 mm, o sienelės storis 6 mm. Raskite jo tamprųjį atsparumo momentą Sx lenkiant horizontaliosios centrinės ašies x atžvilgiu.
B = 230 mmH = 400 mmtf = 16 mmtw = 6 mm
Sx = × 10³ mm³
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
120 mm × 240 mm plokštė turi stačiakampį iškirpimą, 60 mm pločio ir 50 mm aukščio, vertikalioje simetrijos ašyje, kurio centras yra 168 mm virš apačios. Raskite ploto inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.
b = 120 mmh = 240 mmiškirpimas: 60 × 50 mmskylės centras: y = 168 mm
4 m storio perkonsoliduoto molio sluoksnio Cc = 0,5, Cr = 0,03 ir e₀ = 1,2. Jo viduryje efektyvusis vertikalusis įtempis yra 100 kPa , o perkonsolidavimo laipsnis OCR = 1,5. Naujas pastatas sluoksnio viduryje padidina vertikalųjį įtempį 50 kPa. Raskite pirminės konsolidacijos nuosėdį S mm.
5,5 m storio molio sluoksnio konsolidacijos koeficientas cv = 5 m²/metus. Jis yra tarp dviejų smėlio sluoksnių, todėl vanduo išteka viršuje ir apačioje. 80% vidutinei konsolidacijai laiko faktorius Tv = 0,567. Per kiek metų t sluoksnis pasieks 80% konsolidaciją?
Vertikali stačiakampė 2 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 2 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.
Vertikali stačiakampė 1 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 1,5 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliaiVidutinis
Vanduo 3 m/s vidutiniu greičiu teka 300 m ilgio vamzdžiu, kurio vidinis skersmuo 200 mm. Imkite Darsi trinties koeficientą f = 0,028 ir g = 9,81 m/s². Raskite trinties slėgio aukščio nuostolius hf.
150 m ilgio vamzdis, kurio vidinis skersmuo 250 mm (Darsi trinties koeficientas f = 0,015), išeina iš atviro rezervuaro ir laisva čiurkšle išteka į orą. Vietiniai nuostoliai: aštriabriaunis įtekėjimas (K = 0,5), 4 alkūnės (K = 0,3 kiekviena) ir sklendė (K = 5). Imkite g = 9,81 m/s². Kiek aukščiau H už vamzdžio galą turi būti rezervuaro paviršius, kad debitas būtų 80 L/s?
Stačiakampis lygintas betonas kanalas yra 2 m pločio. Vanduo teka tolygiai 0,8 m gylyje. Manningo n = 0,012, dugno nuolydis S = 0,002. Raskite debitą Q m³/s.
b = 2 my = 0,8 mn = 0,012S = 0,002
Q = m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)Sunkus
Trapecinis plytų mūras kanalas, kurio dugno plotis 4,5 m, o šlaitų nuolydis 1,5:1 (horizontalusis:vertikalusis), turi praleisti 13 m³/s tolygiu tekėjimu 1,2 m gylyje. Manningo n = 0,015. Raskite reikiamą dugno nuolydį S (m/m).
Q = 13 m³/sb = 4,5 my = 1,2 mz = 1,5n = 0,015
S = m/m
23.Siurbliai ir siurblių galiaVidutinis
Bandymo metu siurblys tiekia 10 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³), įveikdamas 22 m slėgio aukštį, o jo velenas naudoja 3,1 kW. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite siurblio naudingumo koeficientą η procentais.
Q = 10 L/sH = 22 mPshaft = 3,1 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Siurbliai ir siurblių galiaSunkus
Siurblys perpumpuoja 30 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³) iš atviro žemutinio rezervuaro į viršutinį baką, kurio vandens paviršius 15 m aukščiau. Vamzdis yra 400 m ilgio, jo vidinis skersmuo 150 mm, o Darsi trinties koeficientas f = 0,018; vietinių nuostolių koeficientų suma ΣK = 8 (įskaitant įtekėjimą ir ištekėjimą). Imkite g = 9,81 m/s². Raskite slėgio aukštį H, kurį turi sukurti siurblys.
Po 3 metų jums reikės €50 000. Sąskaita moka 4,8 % per metus, palūkanas kapitalizuojant kas ketvirtį. Kiek turite įnešti šiandien? Raskite dabartinę vertę PV.
FV = €50 0004,8% / 4n = 3
PV = €
26.Pinigų vertė laikeSunkus
Pasiskolinate €25 000 esant 5,4 % metinei normai, palūkanas kapitalizuojant kas mėnesį, ir kiekvieno mėnesio pabaigoje grąžinate €325. Per kiek mėnesių paskola bus grąžinta (paskutinė įmoka gali būti mažesnė)? Nurodykite įmokų skaičių N.
P = €25 000A = €3255,4% / 12
N = įmokos
27.NPV ir IRRVidutinis
Projektas šiandien kainuoja €250 000. Pirmųjų metų pabaigoje jis generuoja €16 000, o vėliau pinigų srautas amžinai auga 4% per metus. Kapitalo kaina 12%. Raskite grynąją dabartinę vertę NPV.
C0 = €250 000CF1 = €16 000g = 4%r = 12%
NPV = €
28.NPV ir IRRSunkus
Projektas kainuoja €20 000 ir 1–2 metų pabaigoje duoda €11 000, €11 000. Raskite jo vidinę grąžos normą IRR procentais.
CF0 = −20 000CF1 = 11 000CF2 = 11 000
IRR = %
29.Normalusis skirstinysVidutinis
Tarkime, kad pristatymo trukmės pasiskirstę normaliai, vidurkis 32 min, standartinis nuokrypis 6 min. Kokia dalis reikšmių yra tarp 20 ir 44,3 min? P pateikite dešimtaine trupmena.
μ = 32σ = 6x1 = 20x2 = 44,3
P =
30.Normalusis skirstinysSunkus
Skylių skersmenys D yra normalieji, jų vidurkis 25,04 mm ir standartinis nuokrypis 0,02 mm. Velenų skersmenys d yra nepriklausomi normalieji, jų vidurkis 25 mm ir standartinis nuokrypis 0,02 mm. Atsitiktinai pasirinktas velenas tinka, kai D − d > 0. Raskite tikimybę P, kad jis tinka. Suapvalinkite z iki dviejų skaitmenų po kablelio.
skylė: μ = 25,04 mm, σ = 0,02 mmvelenas: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =
3Tirpalai
1.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RB = 31,25 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 = 60·3 + 10·7
RB = 250/8 = 31,25 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 31,25 = 38,75 kN
Atsakymas
RB = 31,25 kN
2.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RA = 57,25 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 = 12·7 = 84 kN, veikianti taške x̄ = 3,5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 40·6 + 12·7·3,5
RB = 534/8 = 66,75 kN
ΣFy = 0: RA = 124 − 66,75 = 57,25 kN
Atsakymas
RA = 57,25 kN
3.Santvara: mazgų metodas
Atsakymas: elementas CG
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 C
BC ir CD yra vienoje tiesėje, o mazgas neapkrautas. Subalansavus jėgas skersai tos linijos lieka tik CG.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Patikrinkite mazgų metodu
Išsprendus visus mazgus gaunamos šios elementų jėgos (T = tempimas, C = gniuždymas).
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·5 = 25·1 − 15·4 → Cy = −7 kN
ΣFy = 0: Ay = 25 − −7 = 32 kN
ΣFx = 0: Ax = 15 kN
Mazgas A
Tarkite, kad kiekvienas strypas tempiamas (traukia nuo mazgo). Tik AB turi vertikaliąją dedamąją mazge A.
sin α = 4/4,123 = 0,9701
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −32/0,9701 = −32,98 kN
Atsakymas
FAB = −32,98 kN (gniuždymas)
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Mmax = 158,3 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.
ΣMA = 0: RB·6 = 70·2,5 + 45·3
RB = 310/6 = 51,67 kN
ΣFy = 0: RA = 115 − 51,67 = 63,33 kN
Momentas po kiekviena apkrova
Palikite dalį kairiau kiekvienos apkrovos.
po P1: M = RA·2,5 = 63,33·2,5 = 158,3 kN·m
po P2: M = RB·3 = 51,67·3 = 155 kN·m
Didžiausia reikšmė
Mmax = 158,3 kN·m (po P1)
Atsakymas
Mmax = 158,3 kN·m
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Mx = 115,5 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.
Atramų reakcijos
Visos sijos pusiausvyra.
Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 6·10 = 60 kN, veikianti taške x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 25·3 + 6·10·5
RB = 375/10 = 37,5 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 37,5 = 47,5 kN
Perpjaukite ties x = 3 m ir palikite kairiąją dalį
Įskaitomos tik jėgos kairiau pjūvio. Išskirstytosios apkrovos dalis veikia kaip viena jėga tos dalies viduryje.
M = RA·x − (kiekviena apkrova kairiau pjūvio × jos atstumas iki pjūvio)
Mx = 47,5·3 − 6·3·1,5 = 115,5 kN·m
Atsakymas
Mx = 115,5 kN·m
7.Sijos įlinkis
Atsakymas: δP = 9,667 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.
P = 3000 N, a = 2500 mm, b = 3500 mm, L = 6000 mm
EI = 1,32 × 10¹² N·mm²
Įlinkis po apkrova
δP = Pa²b²/(3EIL) = 3000·2500²·3500²/(3·1,32 × 10¹²·6000) = 9,667 mm
Atsakymas
δP = 9,667 mm
8.Sijos įlinkis
Atsakymas: hreq = 147,9 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.
bh³/12 = Ireq → h = (12·2,697 × 10⁷/100)1/3 = 147,9 mm
Atsakymas
hreq = 147,9 mm
Praktikoje parinkite artimiausią didesnį standartinį aukštį.
9.Kolonų klupimas
Atsakymas: Pcr = 12,21 kN
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
Apvalus skerspjūvis turi tą patį I bet kurios ašies atžvilgiu.
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
Apvalus skerspjūvis turi tą patį I bet kurios ašies atžvilgiu.
I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴
Inercijos spindulys ir liaunis
A = 490,9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490,9) = 6,25 mm
KL = 0,5·2500 = 1250 mm
KL/r = 1250/6,25 = 200
Kritinis įtempis
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/200² = 49,35 MPa
Atsakymas
σcr = 49,35 MPa
11.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: Sx = 1482 × 10³ mm³
Inercijos momentas: stačiakampio inercijos momentas jo centrinės ašies atžvilgiu I = bh³/12, o pagrindo atžvilgiu bh³/3 (Šteinerio teorema I = Ic + A·d²). Angą įskaitykite atimdami jos I, jei abi dalys turi tą pačią ašį. Tamprusis atsparumo momentas S = I/c, kur c – atstumas iki kraštinio sluoksnio.
Išorinis stačiakampis atėmus dvi šonines išpjovas
Abi išpjovos kartu yra (B − tw) pločio ir hw = H − 2tf aukščio, o jų ašis ta pati – x.
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 = (28800·120 − 3000·168)/(28800 − 3000) = 114,4 mm
Pilna plokštė ȳ atžvilgiu
120·240³/12 + 28800·5,581² = 139,1 × 10⁶ mm⁴
Skylė ȳ atžvilgiu
60·50³/12 + 3000·53,58² = 9,238 × 10⁶ mm⁴
Atimkite
Ix = 129,9 × 10⁶ mm⁴
Atsakymas
Ix = 129,9 × 10⁶ mm⁴
13.Efektinis įtempis grunte
Atsakymas: σ′ = 78,38 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.
σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15·4 + 19·2 = 98 kPa
Porų vandens slėgis
Vandens slėgis didėja su gyliu žemiau gruntinio vandens lygio.
u = γw·(z − zw) = 9,81·2 = 19,62 kPa
Efektinis įtempis
σ′ = σ − u = 98 − 19,62 = 78,38 kPa
Atsakymas
σ′ = 78,38 kPa
14.Efektinis įtempis grunte
Atsakymas: σ′ = 115,8 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.
σ = γd·5 + γsat,sand·1 + γsat,clay·3
σ = 16,5·5 + 18,5·1 + 18·3 = 155 kPa
Porų vandens slėgis
Vandens slėgis didėja su gyliu žemiau gruntinio vandens lygio.
u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa
Efektinis įtempis
σ′ = σ − u = 155 − 39,24 = 115,8 kPa
Atsakymas
σ′ = 115,8 kPa
15.Konsolidacinis nuosėdis
Atsakymas: S = 9,605 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.
Prieškonsolidacinis slėgis
σ′p = OCR·σ′0 = 1,5·100 = 150 kPa
Palyginkite su prieškonsolidaciniu slėgiu
σ′f = 100 + 50 = 150 kPa ≤ 150 kPa
Nuosėdis
Molis lieka ant pakartotinio spaudimo tiesės.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,03·4/(1 + 1,2)·log₁₀(150/100) = 9,605 mm
Atsakymas
S = 9,605 mm
16.Konsolidacinis nuosėdis
Atsakymas: t = 0,8576 metai
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 kelias
Hdr = H/2 = 5,5/2 = 2,75 m
Laikas
t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·2,75²/5 = 0,8576 metai
Atsakymas
t = 0,8576 metai
17.Hidrostatinė jėga
Atsakymas: F = 80,93 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 = 2 + 1,5/2 = 2,75 m
A = H·b = 1,5·2 = 3 m²
Atstojamoji jėga
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,75·3 = 80,93 kN
Atsakymas
F = 80,93 kN
18.Hidrostatinė jėga
Atsakymas: F = 67,44 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 = 1,5 + 2,5/2 = 2,75 m
A = H·b = 2,5·1 = 2,5 m²
Atstojamoji jėga
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,75·2,5 = 67,44 kN
Atsakymas
F = 67,44 kN
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai
Atsakymas: hf = 19,27 m
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.
Greitinis aukštis
V²/(2g) = 3²/(2·9,81) = 0,4587 m
Darsi–Veisbacho lygtis
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(300/0,2)·3²/(2·9,81) = 19,27 m
Atsakymas
hf = 19,27 m
20.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai
Atsakymas: H = 2,261 m
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 = 0,08/0,04909 = 1,63 m/s
V²/(2g) = 0,1354 m
Nuostolių koeficientai
f·L/D = 0,015·150/0,25 = 9
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 5 = 6,7
Energijos lygtis
Ištekanti čiurkšlė vis dar turi greitinį aukštį; tai ne nuostolis, bet jį reikia suteikti.
H = (1 + 9 + 6,7)·0,1354 = 2,261 m
Atsakymas
H = 2,261 m
21.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)
Atsakymas: Q = 3,473 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·y = 2·0,8 = 1,6 m²
P = b + 2y = 2 + 2·0,8 = 3,6 m
R = A/P = 0,4444 m
Greitis
V = (1/0,012)·0,44442/3·0,0021/2 = 2,17 m/s
Debitas
Q = A·V = 1,6·2,17 = 3,473 m³/s
Atsakymas
Q = 3,473 m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)
Atsakymas: S = 0,0008179 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.
Geometrija
A = (b + z·y)·y = (4,5 + 1,5·1,2)·1,2 = 7,56 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4,5 + 2·1,2·√(1 + 1,5²) = 8,827 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.
Hidraulinė galia
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,01·22 = 2,158 kW
Naudingumo koeficientas
η = Ph/Pshaft = 2,158/3,1 = 69,62%
Atsakymas
η = 69,62%
24.Siurbliai ir siurblių galia
Atsakymas: H = 23,23 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 = 15 + 8,226 = 23,23 m
Atsakymas
H = 23,23 m
25.Pinigų vertė laike
Atsakymas: PV = 43332 €
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.
Norma ir laikotarpių skaičius
i = 0,048/4 = 0,012
N = 4·3 = 12
Dabartinė vertė
PV = FV/(1 + i)N = 50 000/1,154 = €43 331,51
Atsakymas
PV = €43 331,51
26.Pinigų vertė laike
Atsakymas: N = 95 įmokos
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.
Pertvarkykite anuiteto formulę
i = 0,0045
(1 + i)−N = 1 − 25 000·0,0045/325 = 0,6538
Spręskite logaritmais
N = −ln(0,6538)/ln(1,004) = 94,63
Apvalinkite į didesnę pusę iki sveikų įmokų
Po 94 pilnų įmokų lieka nedidelis likutis, kurį padengia paskutinė, mažesnė įmoka.
N = 95
Atsakymas
N = 95 įmokos
27.NPV ir IRR
Atsakymas: NPV = −50000 €
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.
Pinigų srautų vertė
PV = 16 000/(0,12 − 0,04) = 200 000,00
NPV
NPV = 200 000,00 − 250 000 = −€50 000,00
Atsakymas
NPV = −€50 000,00
NPV neigiama, todėl projektas uždirba mažiau nei reikalaujama grąža.
28.NPV ir IRR
Atsakymas: IRR = 6,596 %
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.
Apribokite IRR iš abiejų pusių
Didėjant normai NPV mažėja, todėl IRR yra tarp normos su teigiama ir normos su neigiama NPV.
NPV(5%) = 453,51
NPV(10%) = −909,09
Siaurinkite
Tiesinė interpoliacija duoda pirmąjį įvertį; ją kartojant (arba naudojant skaičiuotuvo IRR funkciją) gaunama tiksli norma.
IRR ≈ 5 + 5·453,51/(453,51 − (−909,09)) = 6,664%
tiksliai: NPV(6,596%) = 0 → IRR = 6,596%
Atsakymas
IRR = 6,596%
29.Normalusis skirstinys
Atsakymas: P = 0,9571
Normalusis skirstinys: reikšmę x paverskite z įverčiu z = (x − μ)/σ, kuris parodo, per kiek standartinių nuokrypių reikšmė nutolusi nuo vidurkio. z lentelė (arba Φ(z)) duoda plotą į kairę nuo z, t. y. P(X < x). Plotas į dešinę lygus 1 − Φ(z), o plotas tarp dviejų reikšmių – jų plotų skirtumui.
z įverčiai
z₁ = (20 − 32)/6 = −2
z₂ = (44,3 − 32)/6 = 2,05
Plotas tarp
P = Φ(2,05) − Φ(−2) = 0,9798 − 0,02275 = 0,9571
Atsakymas
P = 0,9571
30.Normalusis skirstinys
Atsakymas: P = 0,9207
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).