FE Civil egzamino praktika: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 30 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Sijų atramų reakcijos

Pusiausvyra
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Tolygi apkrova
atstojamoji w·L apkrovos viduryje
Momentas
M = F·d

Metodas

  1. Nubraižykite laisvojo kūno diagramą ir kiekvieną atramą pakeiskite jos reakcijomis.
  2. Kiekvieną išskirstytąją apkrovą pakeiskite viena jėga, veikiančia jos svorio centre.
  3. Momentų lygtį užrašykite vienos atramos atžvilgiu ir raskite kitos atramos reakciją.
  4. Likusiai reakcijai rasti naudokite ΣFy = 0 ir patikrinkite antrąja momentų lygtimi.

Santvara: mazgų metodas

Mazgų metodas
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Pjūvių metodas
ΣM = 0 about a cut point
Strypo jėga
teigiama = tempimas, neigiama = gniuždymas

Metodas

  1. Raskite visos santvaros atramų reakcijas.
  2. Mazgų metodas: pradėkite nuo mazgo, kuriame ne daugiau kaip dvi nežinomos strypų jėgos, ir naudokite ΣFx = 0 ir ΣFy = 0.
  3. Pjūvių metodas: perpjaukite per reikiamą strypą ir užrašykite momentų lygtį taško, kuriame susikerta kiti nežinomi strypai, atžvilgiu.
  4. Tarkite, kad strypas tempiamas; neigiamas atsakymas reiškia gniuždymą.

Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Skersinė jėga ir momentas
V = ΣF vienoje pusėje, M = ΣF·d vienoje pusėje
Lenkimo įtempis
σ = M·y/I
Stačiakampis
I = bh³/12
Atsparumo momentas
W = I/ymax
Laisvai atremta, tolygi apkrova
Mmax = wL²/8

Metodas

  1. Atramų reakcijas raskite iš visos sijos pusiausvyros.
  2. Perpjaukite siją reikiamame pjūvyje ir palikite vieną pusę.
  3. Skersinė jėga: tos pusės vertikaliųjų jėgų suma. Lenkimo momentas: jų momentų pjūvio atžvilgiu suma.
  4. Didžiausiam momentui rasti nustatykite, kur skersinė jėga lygi nuliui.

Sijos įlinkis

Sutelktoji jėga tarpatramio viduryje
δ = PL³/(48EI)
Tolygi apkrova, laisvai atremta sija
δ = 5wL⁴/(384EI)
Gembė, jėga gale
δ = PL³/(3EI)
Gembė, tolygi apkrova
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozicija
δ = δ1 + δ2

Kolonų klupimas

Oilerio kritinė jėga
Pcr = π²EI/(KL)²
Skaičiuojamojo ilgio koeficientas
K = 1 šarnyras–šarnyras, 0,5 įtvirtinimas–įtvirtinimas, 0,7 įtvirtinimas–šarnyras, 2 įtvirtinimas–laisvas galas
Kritinis įtempis
σcr = Pcr/A
Liaunis
λ = KL/r, r = √(I/A)

Svorio centras ir inercijos momentas

Svorio centras
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Stačiakampis
I = bh³/12
Šteinerio teorema
I = Ic + A·d²
Sudėtinis skerspjūvis
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Efektinis įtempis grunte

Bendrasis įtempis
σ = Σγi·hi
Porų vandens slėgis
u = γw·(z − zw)
Efektinis įtempis
σ′ = σ − u
Vanduo
γw = 9,81 kN/m³

Konsolidacinis nuosėdis

Normaliai konsoliduotas
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Galutinis įtempis
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Perkonsoliduotas, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Perkonsoliduotas, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Perkonsolidavimo laipsnis
OCR = σ′p/σ′0
Konsolidacijos trukmė
t = Tv·Hdr²/cv
Drenavimo kelias
Hdr = H/2 (dvipusis drenavimas), H (vienpusis drenavimas)
Laiko faktoriai
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Hidrostatinė jėga

Slėgis gylyje
p = ρgh
Jėga į vertikalią sieną
F = ρg·hc·A
Slėgio centras
yp = yc + Ic/(ycA)
Stačiakampis
Ic = bH³/12

Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai

Reinoldso skaičius
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Tekėjimo režimas
laminarinis, kai Re mažesnis nei ≈ 2000, turbulentinis, kai Re didesnis nei ≈ 4000
Vidutinis greitis
V = Q/A, A = π·D²/4
Darsi–Veisbacho lygtis
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Vietiniai nuostoliai
hm = ΣK·V²/(2g)
Tipinės K vertės
įtekėjimas 0,5, ištekėjimas 1,0, 90° alkūnė ≈ 0,3
Slėgio kritimas
Δp = ρ·g·hf
Du atviri rezervuarai
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Laisvas ištekėjimas
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)

Manningo lygtis
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Debitas
Q = A·V
Hidraulinis spindulys
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Stačiakampis
A = b·y, P = b + 2y
Trapecija (šlaito nuolydis z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Apvalus vamzdis, pilnas arba pusiau pilnas
R = D/4
Reikiamas nuolydis
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Siurbliai ir siurblių galia

Hidraulinė galia
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Veleno galia
Pshaft = Ph/ηpump
Elektrinė galia
Pel = Pshaft/ηmotor
Siurblio slėgio aukštis
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Sistemos nuostoliai
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Pinigų vertė laike

Būsimoji vertė
FV = PV·(1 + i)n
Dabartinė vertė
PV = FV/(1 + i)n
Keli periodai per metus
i = r/m, N = m·n
Anuitetas, dabartinė vertė
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Anuitetas, būsimoji vertė
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Metodas

  1. Nubraižykite laiko ašį su kiekvienu pinigų srautu ir jo laiku.
  2. Palūkanų normą derinkite su laikotarpiu: mėnesinėms įmokoms – mėnesinę normą.
  3. Pavienėms sumoms naudokite FV = PV·(1 + i)ⁿ, o vienodoms įmokoms – anuiteto formules.
  4. Patikrinkite atsakymo ženklą ir eilę.

NPV ir IRR

Grynoji dabartinė vertė
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Vienodi pinigų srautai
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Vidinė grąžos norma
r, kuriai esant NPV = 0
Sprendimas
priimti, kai NPV > 0 (arba IRR > reikalaujama grąža)

Metodas

  1. Išvardykite visus pinigų srautus su jų metais; investicija 0 metais yra neigiama.
  2. Diskontuokite kiekvieną pinigų srautą: CFt/(1 + r)t.
  3. Sudėkite juos ir gausite NPV. Teigiama vertė reiškia, kad projektas uždirba daugiau nei r.
  4. 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

  1. Reikšmę paverskite z įverčiu: z = (x − μ)/σ.
  2. Lentelėje raskite Φ(z) – plotą į kairę nuo z.
  3. Plotui į dešinę naudokite 1 − Φ(z); intervalui atimkite du plotus į kairę.
  4. Procentiliui spręskite atvirkščiai: raskite plotą atitinkantį z, tada x = μ + z·σ.

2Uždaviniai

1.Sijų atramų reakcijosVidutinis
P1​ = 10 kNP2​ = 25 kNABRA​ = ?RB​2,5 m0,5 m3 m

Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RA.

L = 6 mP1 = 10 kN ties 2,5 mP2 = 25 kN ties 3 m
RA = kN
2.Sijų atramų reakcijosSunkus
P = 55 kNADCMA​ = ?3,5 m1 m1,5 m

Sudėtinė sija taške A įtvirtinta sienoje, turi vidinį šarnyrą C (3,5 m nuo A) ir remiasi į ritininę atramą D (6 m nuo A). Ją veikia sutelktoji jėga P, esanti 4,5 m atstumu nuo A. Raskite reakcijos momento sienoje didumą MA.

AC = 3,5 mAD = 6 mP = 55 kN ties 4,5 m
MA = kN·m
3.Santvara: mazgų metodasVidutinis
ABBCACACB35 kN4 m1 m4 m

Mazgų metodu raskite jėgą FAC strype AC. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.

tarpatramis = 4 maukštis = 4 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 35 kN
FAC = kN
4.Santvara: mazgų metodasSunkus
ABCDEFGH40 kN25 kN30 kN40 kN4 × 3 m4 m

Tiksliai vienas šios santvaros elementas neneša jėgos esant šioms apkrovoms. Kuris yra nulinės jėgos elementas? Spustelėkite jį diagramoje.

B: 40 kN ↓F: 25 kN ↓G: 30 kN ↓H: 40 kN ←
  1. 1elementas AB
  2. 2elementas BC
  3. 3elementas CD
  4. 4elementas DE
  5. 5elementas FG
  6. 6elementas GH
  7. 7elementas AF
  8. 8elementas HE
  9. 9elementas BF
  10. 10elementas CG
  11. 11elementas DH
  12. 12elementas FC
  13. 13elementas HC
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
15 kN/m60 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 m

Žymės nuo A iki G padalija siją į šešias lygias dalis. Ties kuria žyme lenkimo momentas yra didžiausias dydžiu, įlenkiantis ar išlenkiantis? Spustelėkite ją diagramoje.

60 kN @ 6 m15 kN/m, 4–8 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
w = 5 kN/mP = 45 kNABpjūvis1,5 m4 m0,5 m

Raskite lenkimo momentą Mx pjūvyje x = 5,5 m nuo atramos A. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.

L = 6 mP = 45 kN ties 1,5 mw = 5 kN/m nuo 0 iki 6 mx = 5,5 m
Mx = kN·m
7.Sijos įlinkisVidutinis
w = 2 kN/mABθ6 m

Laisvai atremta sija visu tarpatramiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w. Raskite sijos posūkio kampą θA ties atrama A, radianais.

w = 2 kN/mL = 6 mE = 11 GPa (konstrukcinė mediena)I = 57 × 10⁶ mm⁴
θA = rad
8.Sijos įlinkisSunkus
P = 50 kNAB2,5 m2,5 m

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 = 50 kN ties 2,5 m
RB = kN
9.Kolonų klupimasVidutinis
PL = 3 md = 40 mmskerspjūvis

L ilgio kolona iš medžiagos (plienas) yra šarnyriškai atremta abiejuose galuose. Pagal Oilerio formulę raskite jos kritinę klupimo jėgą Pcr.

L = 3 mE = 200 GPa (plienas)d = 40 mm
Pcr = kN
10.Kolonų klupimasSunkus
PL = 4 md = 50 mmskerspjūvis

L ilgio kolona iš medžiagos (plienas) yra įtvirtinta apačioje ir šarnyriškai atremta viršuje. Raskite jos liaunį ir kritinį klupimo įtempį σcr pagal Oilerio formulę.

L = 4 mE = 200 GPa (plienas)d = 50 mm
σcr = MPa
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
1402016014xmatmenys mm

Raskite tėjinio skerspjūvio inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies x, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.

bf = 140 mmtf = 20 mmtw = 14 mmhw = 160 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
140240188xM = 80 kN·mmatmenys mm

Simetriško dvitėjo skerspjūvio lentynos yra 140 mm pločio ir 18 mm storio, bendrasis aukštis 240 mm, o sienelės storis 8 mm. Jį veikia 80 kN·m lenkimo momentas ašies x atžvilgiu. Raskite lenkimo įtempio didumą σj sienelės ir viršutinės lentynos sandūroje.

B = 140 mmH = 240 mmtf = 18 mmtw = 8 mmM = 80 kN·m
σj = MPa
13.Efektinis įtempis grunteVidutinis
smėlisγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³12 mgruntinio vandens lygisXz = 9 m

Pateiktam grunto pjūviui raskite bendrąjį vertikalųjį įtempį σ taške X.

z = 9 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³smėlis: γd = 16,5 kN/m³smėlis: γsat = 18,5 kN/m³
σ = kPa
14.Efektinis įtempis grunteSunkus
smėlisγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³5 mmolisγsat​ = 19 kN/m³7 mgruntinio vandens lygisXz = 8,5 m

Pateiktam grunto pjūviui raskite vertikalųjį efektinį įtempį σ′ taške X.

z = 8,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³smėlis: γd = 17 kN/m³smėlis: γsat = 20,5 kN/m³molis: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
15.Konsolidacinis nuosėdisVidutinis
Δσ = 200 kPasmėlismolisCc​ = 0,25, Cr​ = 0,04e0​ = 1,2σ′0​ = 70 kPaOCR = 1,58 mgruntinio vandens lygis

8 m storio perkonsoliduoto molio sluoksnio Cc = 0,25, Cr = 0,04 ir e₀ = 1,2. Jo viduryje efektyvusis vertikalusis įtempis yra 70 kPa , o perkonsolidavimo laipsnis OCR = 1,5. Naujas pastatas sluoksnio viduryje padidina vertikalųjį įtempį 200 kPa. Raskite pirminės konsolidacijos nuosėdį S mm.

H = 8 mCc = 0,25Cr = 0,04e0 = 1,2σ′0 = 70 kPaOCR = 1,5Δσ = 200 kPa
S = mm
16.Konsolidacinis nuosėdisSunkus
smėlismolisH = 4 mcv​ = 1,5 m²/metai4 mnelaidi uolienagruntinio vandens lygis

4 m storio molio sluoksnio konsolidacijos koeficientas cv = 1,5 m²/metus. Jis slūgso ant nelaidžios uolienos, virš jo – smėlis, todėl vanduo išteka tik viršuje. 80% vidutinei konsolidacijai laiko faktorius Tv = 0,567. Per kiek metų t sluoksnis pasieks 80% konsolidaciją?

H = 4 mcv = 1,5 m²/metaiU = 80%Tv = 0,567vienpusis drenavimas
t = metai
17.Hidrostatinė jėgaVidutinis
sklendėd = 0,5 mH = 2 m

Vertikali stačiakampė 1,5 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 0,5 m žemiau paviršiaus. Raskite atstojamąją hidrostatinę jėgą F, veikiančią sklendę.

d = 0,5 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Hidrostatinė jėgaSunkus
sklendėd = 3 mH = 2,5 m

Vertikali stačiakampė 1,5 m pločio sklendė yra rezervuaro su skysčiu (vanduo) sienoje, jos viršutinis kraštas 3 m žemiau paviršiaus. Raskite slėgio centro gylį ycp žemiau paviršiaus.

d = 3 mH = 2,5 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliaiVidutinis
V = 1,9 m/sD = 100 mmL = 150 mf = 0,025

Vanduo (ρ = 1000 kg/m³) teka 1,9 m/s greičiu horizontaliu 150 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.

V = 1,9 m/sL = 150 mD = 100 mmf = 0,025ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliaiSunkus
K = 0,2Δz = 19 mL = 150 m, D = 200 mm, f = 0,0254× alkūnė (K = 0,3)

Du atviri rezervuarai sujungti 150 m ilgio vamzdžiu, kurio vidinis skersmuo 200 mm, o Darsi trinties koeficientas f = 0,025. Viršutinio rezervuaro vandens paviršius yra 19 m aukščiau nei žemutinio. Vietiniai nuostoliai: aštriabriaunis įtekėjimas (K = 0,5), 4 alkūnės (K = 0,3 kiekviena), sklendė (K = 0,2) ir ištekėjimas į žemutinį rezervuarą (K = 1,0). Imkite g = 9,81 m/s². Raskite debitą Q L/s.

Δz = 19 mL = 150 mD = 200 mmf = 0,025Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 0,2Kexit = 1,0
Q = L/s
21.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)Vidutinis
b = 1,5 my = 0,6 m1,5 : 1n = 0,012, S = 0,004

Trapecinio lygintas betonas kanalo dugno plotis 1,5 m, o šlaitų nuolydis 1,5:1 (horizontalusis:vertikalusis). Vanduo teka tolygiai 0,6 m gylyje. Manningo n = 0,012, dugno nuolydis S = 0,004. Raskite debitą Q m³/s.

b = 1,5 my = 0,6 mz = 1,5n = 0,012S = 0,004
Q = m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)Sunkus
b = 5 my = 1,5 m1 : 1n = 0,025, Q = 13 m³/s

Trapecinis žvyras kanalas, kurio dugno plotis 5 m, o šlaitų nuolydis 1:1 (horizontalusis:vertikalusis), turi praleisti 13 m³/s tolygiu tekėjimu 1,5 m gylyje. Manningo n = 0,025. Raskite reikiamą dugno nuolydį S (m/m).

Q = 13 m³/sb = 5 my = 1,5 mz = 1n = 0,025
S = m/m
23.Siurbliai ir siurblių galiaVidutinis
PQ = 15 L/sH = 40 m

Siurblys tiekia 15 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³), įveikdamas 40 m slėgio aukštį. Siurblio naudingumo koeficientas 75%, o jį sukančio elektros variklio – 95%. Imkite g = 9,81 m/s². Raskite variklio naudojamą elektrinę galią Pel kW.

Q = 15 L/sH = 40 mηpump = 75%ηmotor = 95%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Siurbliai ir siurblių galiaSunkus
PQ = 75 L/sΔz = 20 mL = 200 m, D = 200 mm, f = 0,015, ΣK = 8

Siurblys perpumpuoja 75 L/s vandens (ρ = 1000 kg/m³) iš atviro žemutinio rezervuaro į viršutinį baką, kurio vandens paviršius 20 m aukščiau. Vamzdis yra 200 m ilgio, jo vidinis skersmuo 200 mm, o Darsi trinties koeficientas f = 0,015; vietinių nuostolių koeficientų suma ΣK = 8 (įskaitant įtekėjimą ir ištekėjimą). Imkite g = 9,81 m/s². Siurblio naudingumo koeficientas 80%. Raskite veleno galią Pshaft kW.

Q = 75 L/sΔz = 20 mL = 200 mD = 200 mmf = 0,015ΣK = 8η = 80%
Pshaft = kW
25.Pinigų vertė laikeVidutinis
metai0123…18€20 000FV = ?

Investuojate €20 000 esant 3% metinei normai su tolydžiuoju kapitalizavimu. Raskite vertę FV po 18 metų.

PV = €20 000r = 3%t = 18
FV = €
26.Pinigų vertė laikeSunkus
mėnesiai0123…N = ?€15 000€275€275€275€2753% / 12

Pasiskolinate €15 000 esant 3 % metinei normai, palūkanas kapitalizuojant kas mėnesį, ir kiekvieno mėnesio pabaigoje grąžinate €275. Per kiek mėnesių paskola bus grąžinta (paskutinė įmoka gali būti mažesnė)? Nurodykite įmokų skaičių N.

P = €15 000A = €2753% / 12
N = įmokos
27.NPV ir IRRVidutinis
metai0123…9−200 00022 000+3%+3%…r = 12%, NPV = ?

Projektas šiandien kainuoja €200 000. Pirmųjų metų pabaigoje jis generuoja €22 000, o vėliau pinigų srautas amžinai auga 3% per metus. Kapitalo kaina 12%. Raskite grynąją dabartinę vertę NPV.

C0 = €200 000CF1 = €22 000g = 3%r = 12%
NPV = €
28.NPV ir IRRSunkus
metai0123−25 00018 50010 50014 500

Projektas kainuoja €25 000 ir 1–3 metų pabaigoje duoda €18 500, €10 500, €14 500. Raskite jo vidinę grąžos normą IRR procentais.

CF0 = −25 000CF1 = 18 500CF2 = 10 500CF3 = 14 500
IRR = %
29.Normalusis skirstinysVidutinis
850 kg925,9 kgT = X₁ + … + X₁₀?

keleiviai su bagažu masės yra nepriklausomos ir normaliosios, jų vidurkis 85 kg, standartinis nuokrypis 12 kg. Raskite tikimybę P, kad 10 iš jų bendra masė viršija 925,9 kg. Suapvalinkite z iki dviejų skaitmenų po kablelio.

μ = 85 kgσ = 12 kgn = 10> 925,9 kg
P =
30.Normalusis skirstinysSunkus
380420460500540580620hviršus 25%

baterijų veikimo trukmės pasiskirstę normaliai, vidurkis 500 h, standartinis nuokrypis 40 h. Nuvilkite ribą taip, kad nuspalvinti viršutiniai 25 % būtų dešinėje nuo jos. Raskite ribą x.

μ = 500 hσ = 40 h25%
x = h

3Tirpalai

1.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: RA = 18,33 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.

P1​ = 10 kNP2​ = 25 kNABRA​RB​2,5 m0,5 m3 m

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·6 = 10·2,5 + 25·3
RB = 100/6 = 16,67 kN
ΣFy = 0: RA = 35 − 16,67 = 18,33 kN

Atsakymas

RA = 18,33 kN
2.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: MA = 115,5 kN·m

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. Vidinis šarnyras negali perduoti lenkimo momento, todėl gaunama viena papildoma lygtis: bet kurios pusės jėgų momentas šarnyro atžvilgiu lygus nuliui.

Dalis CD

Šarnyre momento nėra, todėl vien dalies CD momentai taško C atžvilgiu turi būti pusiausviri.

ΣMC = 0: RD·2,5 = 55·1
RD = 22 kN
VC = 55 − 22 = 33 kN

Dalis AC

Šarnyro jėga VC dalį AC veikia žemyn (lygi ir priešinga jos poveikiui daliai CD).

RA = 33 = 33 kN
MA = 33·3,5 = 115,5 kN·m

Atsakymas

MA = 115,5 kN·m
3.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: FAC = 6,563 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.

ABBCACACB35 kNAy​Cy​

Atramų reakcijos

Visos santvaros pusiausvyra. Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę.

ΣMA = 0: Cy·4 = 35·1 → Cy = 8,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 8,75 = 26,25 kN

Mazgas C

Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.

sin γ = 4/5 = 0,8, cos γ = 3/5 = 0,6
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −8,75/0,8 = −10,94 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−10,94)·0,6 = 6,563 kN

Atsakymas

FAC = 6,563 kN (tempimas)
4.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: elementas DH

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).

AB: 17,81 kN (T), BC: 17,81 kN (T), CD: 13,44 kN (T), DE: 13,44 kN (T), FG: 66,88 kN (C), GH: 66,88 kN (C), AF: 96,35 kN (C), HE: 22,4 kN (C), BF: 40 kN (T), CG: 30 kN (C), DH: 0, FC: 15,1 kN (T), HC: 22,4 kN (T)

Atsakymas

Nulinės jėgos elementas: DH
5.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: D (x = 6 m)

Didžiausias lenkimo momentas: M nuolydis keičiasi ten, kur keičiasi skersinė jėga, todėl jo viršūnės yra ten, kur skersinė jėga kerta nulį: po koncentruota apkrova, paskirstytos apkrovos viduje arba virš gembės atramos. Įtvirtintoje gembės atramoje momentas didžiausias prie sienos. Palyginkite M dydį tose vietose, įlenkiantį ar išlenkiantį.

Atramų reakcijos

Paimkite momentus apie vieną atramą, tada naudokite vertikalių jėgų balansą.

R1 = 60 kN, R2 = 60 kN

Lenkimo momentas ties kiekviena žyme

Susumuokite visų vienoje pjūvio pusėje esančių jėgų momentus. Įlenkiantis teigiamas, išlenkiantis neigiamas.

MA = 0, MB = 120, MC = 240, MD = 330 kN·m, ME = 240, MF = 120, MG = 0

Atsakymas

Žymė D: MD = 330 kN·m
6.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: Mx = 12,5 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 = 5·6 = 30 kN, veikianti taške x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 45·1,5 + 5·6·3
RB = 157,5/6 = 26,25 kN
ΣFy = 0: RA = 75 − 26,25 = 48,75 kN
w = 5 kN/mP = 45 kNABRA​ = 48,75RB​ = 26,25pjūvis1,5 m4 m0,5 m

Perpjaukite ties x = 5,5 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 = 48,75·5,5 − 45·(5,5 − 1,5) − 5·5,5·2,75 = 12,5 kN·m

Atsakymas

Mx = 12,5 kN·m
7.Sijos įlinkis

Atsakymas: θA = 0,02871 rad

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). Posūkio kampas θ = dv/dx yra pirmasis M/(EI) integralas; suderintais vienetais jis gaunamas radianais.

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 = 2 N/mm, L = 6000 mm
EI = 6,27 × 10¹¹ N·mm²

Galo posūkio kampas

θA = wL³/(24EI) = 2·6000³/(24·6,27 × 10¹¹) = 0,02871 rad

Atsakymas

θA = 0,02871 rad

Tai yra 1,645°.

8.Sijos įlinkis

Atsakymas: RB = 15,63 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.

RB·L³/(3EI) = 5PL³/(48EI) → RB = 5P/16 = 5·50/16 = 15,63 kN

Atsakymas

RB = 15,63 kN
9.Kolonų klupimas

Atsakymas: Pcr = 27,56 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.

I = πd⁴/64 = π·40⁴/64 = 125664 mm⁴

Skaičiuojamasis ilgis

KL = 1·3000 = 3000 mm

Kritinė jėga

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·125664/3000² = 27561 N = 27,56 kN

Atsakymas

Pcr = 27,56 kN
10.Kolonų klupimas

Atsakymas: σcr = 39,34 MPa

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·50⁴/64 = 306796 mm⁴

Inercijos spindulys ir liaunis

A = 1963 mm²
r = √(I/A) = √(306796/1963) = 12,5 mm
KL = 0,7·4000 = 2800 mm
KL/r = 2800/12,5 = 224

Kritinis įtempis

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/224² = 39,34 MPa

Atsakymas

σcr = 39,34 MPa
11.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: Ix = 14,95 × 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 du stačiakampius

Kiekvieną y matuokite nuo apatinio krašto.

lentyna: Af = 140·20 = 2800 mm², yf = 160 + 20/2 = 170 mm
sienelė: Aw = 14·160 = 2240 mm², yw = 160/2 = 80 mm

Svorio centras

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2800·170 + 2240·80)/5040 = 130 mm

Šteinerio teorema

lentyna: 140·20³/12 + 2800·(170 − 130)² = 4,573 × 10⁶ mm⁴
sienelė: 14·160³/12 + 2240·(80 − 130)² = 1,038 × 10⁷ mm⁴
Ix = 4,573 × 10⁶ + 1,038 × 10⁷ = 1,495 × 10⁷ mm⁴ = 14,95 × 10⁶ mm⁴

Atsakymas

Ix = 14,95 × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: σj = 120,2 MPa

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.

Išorinis stačiakampis atėmus dvi šonines išpjovas

Abi išpjovos kartu yra (B − tw) pločio ir hw = H − 2tf aukščio, o jų ašis ta pati – x.

hw = 240 − 2·18 = 204 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (140·240³ − 132·204³)/12
Ix = 6,789 × 10⁷ mm⁴

Lenkimo įtempis

y = 120 − 18 = 102 mm
σ = M·y/I = 8 × 10⁷·102/6,789 × 10⁷ = 120,2 MPa

Atsakymas

σj = 120,2 MPa
13.Efektinis įtempis grunte

Atsakymas: σ = 158,5 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·zw + γsat·(z − zw) = 16,5·4 + 18,5·5 = 158,5 kPa

Atsakymas

σ = 158,5 kPa
14.Efektinis įtempis grunte

Atsakymas: σ′ = 104,5 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·3 + γsat,sand·2 + γsat,clay·3,5
σ = 17·3 + 20,5·2 + 19·3,5 = 158,5 kPa

Porų vandens slėgis

Vandens slėgis didėja su gyliu žemiau gruntinio vandens lygio.

u = γw·(z − zw) = 9,81·5,5 = 53,96 kPa

Efektinis įtempis

σ′ = σ − u = 158,5 − 53,96 = 104,5 kPa

Atsakymas

σ′ = 104,5 kPa
15.Konsolidacinis nuosėdis

Atsakymas: S = 398,5 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 = 1,5·70 = 105 kPa

Palyginkite su prieškonsolidaciniu slėgiu

σ′f = 70 + 200 = 270 kPa > 105 kPa

Nuosėdis

Pakartotinis spaudimas iki σ′p, pirminis spaudimas už jo.

S = 0,04·8/(1 + 1,2)·log₁₀(105/70) + 0,25·8/(1 + 1,2)·log₁₀(270/105)
S = 25,61 + 372,9 = 398,5 mm

Atsakymas

S = 398,5 mm
16.Konsolidacinis nuosėdis

Atsakymas: t = 6,048 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 = 4 m

Laikas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·4²/1,5 = 6,048 metai

Atsakymas

t = 6,048 metai
17.Hidrostatinė jėga

Atsakymas: F = 44,15 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 = 2·1,5 = 3 m²
sklendėd = 0,5 mH = 2 mF

Atstojamoji jėga

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,5·3 = 44,15 kN

Atsakymas

F = 44,15 kN
18.Hidrostatinė jėga

Atsakymas: ycp = 4,373 m

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 = 3 + 2,5/2 = 4,25 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
sklendėd = 3 mH = 2,5 mF

Atstojamoji jėga

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4,25·3,75 = 156,3 kN

Slėgio centras

Slėgis didėja su gyliu, todėl atstojamoji veikia žemiau svorio centro.

Ic = b·H³/12 = 1,5·2,5³/12 = 1,953 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4,25 + 1,953/(4,25·3,75) = 4,373 m

Atsakymas

ycp = 4,373 m
19.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai

Atsakymas: Δp = 67,69 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·(150/0,1)·1,9²/(2·9,81) = 6,9 m

Slėgio kritimas

Vamzdis horizontalus, o greitis nekinta, todėl energijos lygtis supaprastėja iki Δp = ρ·g·hf.

Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·6,9 = 67687 Pa = 67,69 kPa

Atsakymas

Δp = 67,69 kPa
20.Trintis vamzdžiuose ir slėgio nuostoliai

Atsakymas: Q = 130,4 L/s

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.

Nuostolių koeficientai

f·L/D = 0,025·150/0,2 = 18,75
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 0,2 + 1,0 = 2,9

Energijos lygtis

Abu paviršiai atviri orui ir praktiškai nejuda, todėl visas Δz prarandamas vamzdyje.

19 = (18,75 + 2,9)·V²/(2·9,81)
V = √(2·9,81·19/21,65) = 4,15 m/s

Debitas

Q = V·π·D²/4 = 4,15·0,03142 = 0,1304 m³/s = 130,4 L/s

Atsakymas

Q = 130,4 L/s
21.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)

Atsakymas: Q = 4,073 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 = (1,5 + 1,5·0,6)·0,6 = 1,44 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 1,5 + 2·0,6·√(1 + 1,5²) = 3,663 m
R = A/P = 0,3931 m

Greitis

V = (1/0,012)·0,39312/3·0,0041/2 = 2,828 m/s

Debitas

Q = A·V = 1,44·2,828 = 4,073 m³/s

Atsakymas

Q = 4,073 m³/s
22.Tekėjimas atvirais kanalais (Manningas)

Atsakymas: S = 0,001035 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 = (5 + 1·1,5)·1,5 = 9,75 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5 + 2·1,5·√(1 + 1²) = 9,243 m
R = A/P = 1,055 m

Išspręskite Manningo lygtį S atžvilgiu

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,025·13/(9,75·1,036) = 0,03217
S = 0,03217² = 0,001035

Atsakymas

S = 0,001035

Tai 1,035 m kritimas kiekviename kilometre.

23.Siurbliai ir siurblių galia

Atsakymas: Pel = 8,261 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 = 1000·9,81·0,015·40 = 5,886 kW

Veleno galia

Pshaft = 5,886/0,75 = 7,848 kW

Elektrinė galia

Pel = 7,848/0,95 = 8,261 kW

Atsakymas

Pel = 8,261 kW
24.Siurbliai ir siurblių galia

Atsakymas: Pshaft = 24,54 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.

Greitis

V = Q/A = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Slėgio aukščio nuostoliai

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (15 + 8)·0,2905 = 6,681 m

Siurblio slėgio aukštis

H = Δz + hL = 20 + 6,681 = 26,68 m

Veleno galia

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9,81·0,075·26,68/0,8 = 24,54 kW

Atsakymas

Pshaft = 24,54 kW
25.Pinigų vertė laike

Atsakymas: FV = 34320 €

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.

Laipsnio rodiklis

r·t = 0,03·18 = 0,54
e0,54 = 1,716

Būsimoji vertė

FV = 20 000·1,716 = €34 320,14

Atsakymas

FV = €34 320,14
26.Pinigų vertė laike

Atsakymas: N = 59 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 = 0,0025
(1 + i)−N = 1 − 15 000·0,0025/275 = 0,8636

Spręskite logaritmais

N = −ln(0,8636)/ln(1,002) = 58,71

Apvalinkite į didesnę pusę iki sveikų įmokų

Po 58 pilnų įmokų lieka nedidelis likutis, kurį padengia paskutinė, mažesnė įmoka.

N = 59

Atsakymas

N = 59 įmokos
27.NPV ir IRR

Atsakymas: NPV = 44444 €

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 = 22 000/(0,12 − 0,03) = 244 444,44

NPV

NPV = 244 444,44 − 200 000 = €44 444,44

Atsakymas

NPV = €44 444,44

NPV teigiama, todėl projektas uždirba daugiau nei reikalaujama grąža.

28.NPV ir IRR

Atsakymas: IRR = 36,14 %

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(35%) = 358,43
NPV(40%) = −1 144,31

Siaurinkite

Tiesinė interpoliacija duoda pirmąjį įvertį; ją kartojant (arba naudojant skaičiuotuvo IRR funkciją) gaunama tiksli norma.

IRR ≈ 35 + 5·358,43/(358,43 − (−1 144,31)) = 36,19%
tiksliai: NPV(36,14%) = 0 → IRR = 36,14%

Atsakymas

IRR = 36,14%
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

μT = 850 kg, σT = 12·√10 = 37,95 kg

Standartizuokite

z = (925,9 − 850)/37,95 = 2

Tikimybė

P = 1 − Φ(2) = 0,02275

Atsakymas

P = 0,02275
30.Normalusis skirstinys

Atsakymas: x = 527 h

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) = 0,75

z iš lentelės

z ≈ 0,67

Atgal į pradinius vienetus

x = 500 + 0,67·40 = 527 h

Atsakymas

x = 527 h

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil