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 atremtą siją (šarnyrinė atrama A, ritininė atrama B) veikia tiesiškai kintanti apkrova, mažėjanti nuo 12 kN/m ties A iki nulio ties B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RB.
L = 5 mw0 = 12 kN/m
RB = kN
2.Sijų atramų reakcijosSunkus
Gembinė sija taške A įtvirtinta sienoje. Ją veikia tiesiškai kintanti apkrova, kuri ties siena lygi nuliui ir didėja iki 8 kN/m laisvajame gale B, bei sutelktoji jėga P, esanti 4,5 m atstumu nuo sienos. Raskite reakcijos momento sienoje didumą MA.
tarpatramis = 4 maukštis = 2 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 45 kN
FAC = kN
4.Santvara: mazgų metodasSunkus
Mazgų metodu raskite jėgą FAB strype AB. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.
tarpatramis = 5 maukštis = 3 mB yra 4 m nuo Avertikalioji apkrova = 45 kNhorizontalioji apkrova = 30 kN →
FAB = kN
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
Laisvai atremta sija apkrauta dviem sutelktosiomis jėgomis. Raskite didžiausią sijos lenkimo momentą Mmax.
L = 8 mP1 = 60 kN ties 3 mP2 = 40 kN ties 5 m
Mmax = kN·m
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
Sija remiasi į šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B, o už B tęsiasi 1,5 m ilgio konsolė iki laisvojo galo C. Visą ilgį A–C veikia tolygiai išskirstyta apkrova w. Raskite didžiausią teigiamą lenkimo momentą Mmax tarp atramų.
L = 9,5 mw = 8 kN/m nuo 0 iki 9,5 matramos ties x = 0 ir x = 8 m
Mmax = kN·m
7.Sijos įlinkisVidutinis
Laisvai atremta sija visu tarpatramiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w. Raskite didžiausią įlinkį δmax tarpatramio viduryje.
w = 15 kN/mL = 2,5 mE = 70 GPa (aliuminis)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Sijos įlinkisSunkus
Laisvai atremta sija apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w ir sutelktąja jėga P tarpatramio viduryje. Taikydami superpoziciją, raskite įlinkį viduryje δmax.
P = 27 kNw = 4 kN/mL = 4 mE = 70 GPa (aliuminis)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Kolonų klupimasVidutinis
L ilgio kolona iš medžiagos (aliuminis) yra šarnyriškai atremta abiejuose galuose. Pagal Oilerio formulę raskite jos kritinę klupimo jėgą Pcr.
L = 4 mE = 70 GPa (aliuminis)d = 40 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 = 4 mE = 200 GPa (plienas)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
Lovinis skerspjūvis atvira puse į viršų: 240 mm pločio pagrindo plokštė su dviem vertikaliomis lentynomis, bendrasis aukštis 110 mm. Pagrindo ir lentynų storis vienodas – 8 mm. Raskite svorio centro aukštį ȳ virš apatinės kraštinės.
b = 240 mmh = 110 mmt = 8 mm
ȳ = mm
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
Suvirinto dvitėjo skerspjūvio viršutinė lentyna yra 170 × 12 mm, sienelė 190 mm aukščio ir 16 mm storio, o apatinė lentyna 250 × 12 mm (plotis × storis). Raskite jo inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies x, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.
viršutinė lentyna: 170 × 12 mmsienelė: 16 × 190 mmapatinė lentyna: 250 × 12 mm
6 m storio perkonsoliduoto molio sluoksnio Cc = 0,2, Cr = 0,04 ir e₀ = 0,7. Jo viduryje efektyvusis vertikalusis įtempis yra 115 kPa , o prieškonsolidacinis slėgis yra 215 kPa. Naujas pastatas sluoksnio viduryje padidina vertikalųjį įtempį 250 kPa. Raskite pirminės konsolidacijos nuosėdį S mm.
5 m storio molio sluoksnio konsolidacijos koeficientas cv = 0,5 m²/metus. Jis slūgso ant nelaidžios uolienos, virš jo – smėlis, todėl vanduo išteka tik viršuje. 70% vidutinei konsolidacijai laiko faktorius Tv = 0,403. Per kiek metų t sluoksnis pasieks 70% konsolidaciją?
Vertikali stačiakampė 2 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 2,5 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.
Vertikali stačiakampė 3 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (alyva) sienoje, jos viršutinis kraštas 0,5 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.
d = 0,5 mH = 2 mb = 3 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliaiVidutinis
Vanduo 20 L/s debitu teka 400 m ilgio vamzdžiu, kurio vidinis skersmuo 150 mm. Imkite Darsi trinties koeficientą f = 0,018 ir g = 9,81 m/s². Raskite trinties slėgio aukščio nuostolius hf.
Du atviri rezervuarai sujungti 300 m ilgio vamzdžiu, kurio vidinis skersmuo 300 mm, o Darsi trinties koeficientas f = 0,025. Vietiniai nuostoliai: aštriabriaunis įtekėjimas (K = 0,5), 2 alkūnės (K = 0,3 kiekviena), sklendė (K = 5) ir ištekėjimas į žemutinį rezervuarą (K = 1,0). Imkite g = 9,81 m/s². Koks vandens lygių skirtumas Δz tarp rezervuarų užtikrina 80 L/s debitą?
Trapecinio lygintas betonas kanalo dugno plotis 4,5 m, o šlaitų nuolydis 1:1 (horizontalusis:vertikalusis). Vanduo teka tolygiai 1,2 m gylyje. Manningo n = 0,012, dugno nuolydis S = 0,0005. Raskite debitą Q m³/s.
b = 4,5 my = 1,2 mz = 1n = 0,012S = 0,0005
Q = m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)Sunkus
Stačiakampis velėna išklotas gruntas kanalas, kurio plotis 5 m, turi praleisti 21 m³/s tolygiu tekėjimu 1,9 m gylyje. Manningo n = 0,03. Raskite reikiamą dugno nuolydį S (m/m).
Q = 21 m³/sb = 5 my = 1,9 mn = 0,03
S = m/m
23.Siurbliai ir siurblių galiaVidutinis
Siurblys, kurio naudingumo koeficientas 85%, tiekia 25 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³), įveikdamas 40 m slėgio aukštį. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite reikiamą veleno galią Pshaft kW.
Q = 25 L/sH = 40 mη = 85%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Siurbliai ir siurblių galiaSunkus
Siurblys perpumpuoja 20 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³) iš atviro žemutinio rezervuaro į viršutinį baką, kurio vandens paviršius 26 m aukščiau. Vamzdis yra 100 m ilgio, jo vidinis skersmuo 100 mm, o Darsi trinties koeficientas f = 0,02; vietinių nuostolių koeficientų suma ΣK = 6 (įskaitant įtekėjimą ir ištekėjimą). Imkite g = 9,81 m/s². Siurblio naudingumo koeficientas 85%. Raskite veleno galią Pshaft kW.
Investuojate €20 000 esant 3 % nominaliajai metinei palūkanų normai, palūkanas kapitalizuojant kas mėnesį. Raskite investicijos vertę FV po 6 metų.
PV = €20 0003% / 12n = 6
FV = €
26.Pinigų vertė laikeSunkus
Po 11 metų norite turėti €30 000. Kiekvieno mėnesio pabaigoje atidedate tą pačią sumą į sąskaitą, kuri moka 4,2% per metus, palūkanas kapitalizuojant kas mėnesį. Raskite mėnesio įnašą A.
FV = €30 0004,2% / 12N = 132
A = €
27.NPV ir IRRVidutinis
Mašina šiandien kainuoja €80 000, tarnauja 4 metų, o jos eksploatacija kasmet kainuoja €3 000 (mokama kiekvienų metų pabaigoje). Kapitalo kaina 5%. Raskite jos ekvivalentines metines sąnaudas EAC.
C0 = €80 000M = €3 000n = 4r = 5%
EAC = €
28.NPV ir IRRSunkus
Projektas A kainuoja €30 000 ir 1–3 metų pabaigoje grąžina po €17 500, €12 000, €6 500. Projektas B kainuoja €40 000 ir grąžina po €12 000, €15 500, €22 500. Raskite susikirtimo normą r*, kuriai esant abiejų projektų NPV vienoda, procentais.
X yra normalusis dydis, kurio vidurkis 12 min ir standartinis nuokrypis 1,5 min; Y yra nepriklausomas normalusis dydis, kurio vidurkis 20 min ir standartinis nuokrypis 2 min. Raskite tikimybę P, kad X + Y yra didesnė nei 37 min. Suapvalinkite z iki dviejų skaitmenų po kablelio.
μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 37 min
P =
30.Normalusis skirstinysSunkus
Tarkime, kad pristatymo trukmės pasiskirstę normaliai, vidurkis 32 min, standartinis nuokrypis 6 min. Raskite reikšmę x, už kurią mažesnės yra 10 % reikšmių (10-asis procentilis).
μ = 32σ = 6P = 10%
x = min
3Tirpalai
1.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RB = 10 kN
Statinė pusiausvyra: rimties būsenos kūnui ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0 bet kurio taško atžvilgiu. Kiekvieną išskirstytąją apkrovą pakeiskite jos atstojamąja (diagramos plotu), veikiančia apkrovos diagramos svorio centre, ir imkite momentus atramos atžvilgiu, kad tos atramos reakcija dingtų iš lygties.
Trikampės apkrovos atstojamoji
W = ½·12·5 = 30 kN
x̄ = L/3 = 1,667 m
Pusiausvyra
Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę. Tada vertikaliųjų jėgų pusiausvyra.
ΣMA = 0: RB·5 = 30·1,667
RB = 10 kN
RA = 30 − 10 = 20 kN
Atsakymas
RB = 10 kN
2.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: MA = 246,7 kN·m
Gembės pusiausvyra: įtvirtinimas gali stumti aukštyn ir priešintis posūkiui, todėl jame atsiranda vertikalioji reakcija RA ir reakcijos momentas MA. ΣFy = 0 duoda RA, o momentai sienos atžvilgiu duoda MA = Σ(apkrova × atstumas nuo sienos). Išskirstytoji apkrova veikia kaip jos atstojamoji apkrovos diagramos svorio centre.
Trikampės apkrovos atstojamoji
W = ½·8·5 = 20 kN
x̄ = 2L/3 = 3,333 m
Momentas sienos atžvilgiu
MA = W·x̄ + P·a = 20·3,333 + 40·4,5 = 246,7 kN·m
Atsakymas
MA = 246,7 kN·m
3.Santvara: mazgų metodas
Atsakymas: FAC = 16,88 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·4 = 45·1 → Cy = 11,25 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 11,25 = 33,75 kN
Mazgas C
Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.
sin γ = 2/3,606 = 0,5547, cos γ = 3/3,606 = 0,8321
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 = 45·4 + 30·3 → Cy = 54 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 54 = −9 kN
ΣFx = 0: Ax = −30 kN
Mazgas A
Tarkite, kad kiekvienas strypas tempiamas (traukia nuo mazgo). Tik AB turi vertikaliąją dedamąją mazge A.
sin α = 3/5 = 0,6
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −−9/0,6 = 15 kN
Atsakymas
FAB = 15 kN (tempimas)
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Mmax = 157,5 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. 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·8 = 60·3 + 40·5
RB = 380/8 = 47,5 kN
ΣFy = 0: RA = 100 − 47,5 = 52,5 kN
Momentas po kiekviena apkrova
Palikite dalį kairiau kiekvienos apkrovos.
po P1: M = RA·3 = 52,5·3 = 157,5 kN·m
po P2: M = RB·3 = 47,5·3 = 142,5 kN·m
Didžiausia reikšmė
Mmax = 157,5 kN·m (po P1)
Atsakymas
Mmax = 157,5 kN·m
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Mmax = 59,58 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, įskaitant konsolės apkrovą.
Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 8·9,5 = 76 kN, veikianti taške x̄ = 4,75 m
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 = 15 N/mm, L = 2500 mm
EI = 8,4 × 10¹¹ N·mm²
Įlinkis
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·2500⁴/(384·8,4 × 10¹¹) = 9,083 mm
Atsakymas
δmax = 9,083 mm
8.Sijos įlinkis
Atsakymas: δmax = 30,64 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 = 27000 N, w = 4 N/mm, L = 4000 mm, EI = 1,61 × 10¹² N·mm²
Kiekviena apkrova atskirai
δP = PL³/(48EI) = 27000·4000³/(48·1,61 × 10¹²) = 22,36 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·4·4000⁴/(384·1,61 × 10¹²) = 8,282 mm
Sudėkite
δmax = 22,36 + 8,282 = 30,64 mm
Atsakymas
δmax = 30,64 mm
9.Kolonų klupimas
Atsakymas: Pcr = 5,426 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 = 0,5·4000 = 2000 mm
KL/r = 2000/6,25 = 320
Kritinis įtempis
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/320² = 19,28 MPa
Atsakymas
σcr = 19,28 MPa
11.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: ȳ = 29,27 mm
Sudėtiniai skerspjūviai: padalykite skerspjūvį į stačiakampius. Svorio centras yra plotais svertinis vidurkis ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Inercijos momentas centrinės ašies atžvilgiu sumuoja kiekvienos dalies nuosavą bh³/12 ir Šteinerio narį A·d², kur d – atstumas nuo dalies svorio centro iki bendro svorio centro. Lenkimo įtempis σ = M·y/I.
Padalykite į stačiakampius
Pagrindą imkite viso pločio, o dvi lentynas virš jo (aukštis h − t), kad niekas nebūtų įskaičiuota du kartus.
bazė: A1 = 240·8 = 1920 mm², y1 = 4 mm
dvi lentynos: A2 = 2·8·102 = 1632 mm², y2 = 8 + 102/2 = 59 mm
Svorio centras
ȳ = (1920·4 + 1632·59)/3552 = 29,27 mm
Atsakymas
ȳ = 29,27 mm
12.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: Ix = 59,46 × 10⁶ mm⁴
Sudėtiniai skerspjūviai: padalykite skerspjūvį į stačiakampius. Svorio centras yra plotais svertinis vidurkis ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Inercijos momentas centrinės ašies atžvilgiu sumuoja kiekvienos dalies nuosavą bh³/12 ir Šteinerio narį A·d², kur d – atstumas nuo dalies svorio centro iki bendro svorio centro. Lenkimo įtempis σ = M·y/I.
Padalykite į tris stačiakampius
Kiekvieną y matuokite nuo apatinio krašto.
viršutinė lentyna: A = 2040 mm², y = 208 mm
sienelė: A = 3040 mm², y = 107 mm
apatinė lentyna: A = 3000 mm², y = 6 mm
Svorio centras
ȳ = (2040·208 + 3040·107 + 3000·6)/8080 = 95 mm
Šteinerio teorema
viršutinė lentyna: 170·12³/12 + 2040·113² = 2,607 × 10⁷ mm⁴
sienelė: 16·190³/12 + 3040·12² = 9,583 × 10⁶ mm⁴
apatinė lentyna: 250·12³/12 + 3000·89² = 2,38 × 10⁷ mm⁴
Ix = 2,607 × 10⁷ + 9,583 × 10⁶ + 2,38 × 10⁷
Ix = 5,946 × 10⁷ mm⁴ = 59,46 × 10⁶ mm⁴
Atsakymas
Ix = 59,46 × 10⁶ mm⁴
13.Efektinis įtempis grunte
Atsakymas: σ′ = 108,8 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·zw + γsat·(z − zw) = 17·4 + 20·4 = 148 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 = 148 − 39,24 = 108,8 kPa
Atsakymas
σ′ = 108,8 kPa
14.Efektinis įtempis grunte
Atsakymas: σ = 143,5 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·2 + γsat,sand·3 + γsat,clay·3
σ = 15,5·2 + 18,5·3 + 19·3 = 143,5 kPa
Atsakymas
σ = 143,5 kPa
15.Konsolidacinis nuosėdis
Atsakymas: S = 200,6 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 = 115 + 250 = 365 kPa > 215 kPa
Nuosėdis
Pakartotinis spaudimas iki σ′p, pirminis spaudimas už jo.
S = 0,04·6/(1 + 0,7)·log₁₀(215/115) + 0,2·6/(1 + 0,7)·log₁₀(365/215)
S = 38,36 + 162,3 = 200,6 mm
Atsakymas
S = 200,6 mm
16.Konsolidacinis nuosėdis
Atsakymas: t = 20,15 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 = 5 m
Laikas
t = Tv·Hdr²/cv = 0,403·5²/0,5 = 20,15 metai
Atsakymas
t = 20,15 metai
17.Hidrostatinė jėga
Atsakymas: F = 58,86 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 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
Atstojamoji jėga
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·2 = 58,86 kN
Atsakymas
F = 58,86 kN
18.Hidrostatinė jėga
Atsakymas: F = 77,7 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 = 0,5 + 2/2 = 1,5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
Atstojamoji jėga
F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·1,5·6 = 77,7 kN
Atsakymas
F = 77,7 kN
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai
Atsakymas: hf = 3,134 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.
Vidutinis greitis
A = π·0,15²/4 = 0,01767 m²
V = Q/A = 0,02/0,01767 = 1,132 m/s
Greitinis aukštis
V²/(2g) = 1,132²/(2·9,81) = 0,06529 m
Darsi–Veisbacho lygtis
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,018·(400/0,15)·1,132²/(2·9,81) = 3,134 m
Atsakymas
hf = 3,134 m
20.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai
Atsakymas: Δz = 2,096 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 = 0,08/0,07069 = 1,132 m/s
V²/(2g) = 0,06529 m
Nuostolių koeficientai
f·L/D = 0,025·300/0,3 = 25
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 + 1,0 = 7,1
Bendri slėgio aukščio nuostoliai
hf = 25·0,06529 = 1,632 m
hm = 7,1·0,06529 = 0,4635 m
Δz = hf + hm = 2,096 m
Atsakymas
Δz = 2,096 m
21.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)
Atsakymas: Q = 11,58 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 = (4,5 + 1·1,2)·1,2 = 6,84 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4,5 + 2·1,2·√(1 + 1²) = 7,894 m
R = A/P = 0,8665 m
Greitis
V = (1/0,012)·0,86652/3·0,00051/2 = 1,694 m/s
Debitas
Q = A·V = 6,84·1,694 = 11,58 m³/s
Atsakymas
Q = 11,58 m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)
Atsakymas: S = 0,003971 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.
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 = 1000·9,81·0,025·40 = 9,81 kW
Veleno galia
Pshaft = Ph/η = 9,81/0,85 = 11,54 kW
Atsakymas
Pshaft = 11,54 kW
24.Siurbliai ir siurblių galia
Atsakymas: Pshaft = 7,985 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.
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.
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.
Ekvivalentinės metinės sąnaudos: visų sąnaudų dabartinę vertę paskirstykite per tarnavimo laiką vienodomis metinėmis sumomis (anuitetu): EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). Taip galima palyginti skirtingo tarnavimo laiko mašinas.
Anuiteto koeficientas
(1 − 1,05−4)/0,05 = 3,546
Metinė pirkimo kainos dalis
80 000/3,546 = 22 560,95
EAC
EAC = 22 560,95 + 3 000 = €25 560,95
Atsakymas
EAC = €25 560,95
28.NPV ir IRR
Atsakymas: r* = 9,743 %
Susikirtimo norma: diskonto norma, kuriai esant dviejų projektų NPV vienoda. Tai jų pinigų srautų skirtumo (B − A) IRR. Žemiau jos didesnę NPV turi projektas su vėlesniais, didesniais pinigų srautais; virš jos laimi kitas.
Pinigų srautų skirtumas
ΔCF0 = −40 000 − (−30 000) = −10 000
ΔCF1 = 12 000 − 17 500 = −5 500
ΔCF2 = 15 500 − 12 000 = 3 500
ΔCF3 = 22 500 − 6 500 = 16 000
Skirtumo IRR
NPVΔ(9%) = 254,94
NPVΔ(10%) = −86,40
r* = 9,743%
Atsakymas
r* = 9,743%
Patikra: esant 9,743%, abi NPV lygios €828,00.
29.Normalusis skirstinys
Atsakymas: P = 0,02275
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 = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min
Standartizuokite
z = (37 − 32)/2,5 = 2
Viršutinė uodega
P = 1 − Φ(2) = 1 − 0,9772 = 0,02275
Atsakymas
P = 0,02275
30.Normalusis skirstinys
Atsakymas: x = 24,31 min
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.
Procentilio z
Φ(z) = 0,1 → z = −1,282
Atgal į x
x = 32 + −1,282·6 = 24,31 min
Atsakymas
x = 24,31 min
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.