lamina di bawah Re ≈ 2000, gelora di atas Re ≈ 4000
Halaju min
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Kehilangan kecil
hm = ΣK·V²/(2g)
Nilai K lazim
masukan 0.5, keluaran 1.0, lengkuk 90° ≈ 0.3
Susutan tekanan
Δp = ρ·g·hf
Dua takungan terbuka
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Keluaran bebas
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Aliran saluran terbuka (Manning)
Persamaan Manning
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Kadar alir
Q = A·V
Jejari hidraulik
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Segi empat tepat
A = b·y, P = b + 2y
Trapezoid (cerun sisi z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Paip bulat, penuh atau separuh penuh
R = D/4
Cerun yang diperlukan
S = (n·Q/(A·R2/3))²
Pam & kuasa pam
Kuasa hidraulik
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Kuasa aci
Pshaft = Ph/ηpump
Kuasa elektrik
Pel = Pshaft/ηmotor
Turus pam
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Kehilangan sistem
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Nilai masa wang
Nilai masa hadapan
FV = PV·(1 + i)n
Nilai kini
PV = FV/(1 + i)n
Beberapa tempoh setahun
i = r/m, N = m·n
Anuiti, nilai kini
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Anuiti, nilai masa hadapan
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i
Kaedah
Lukis garis masa dengan setiap aliran tunai dan masanya.
Padankan kadar dengan tempoh: kadar bulanan untuk bayaran bulanan.
Gunakan FV = PV·(1 + i)ⁿ untuk jumlah tunggal dan formula anuiti untuk bayaran yang sama.
Semak tanda dan peringkat magnitud jawapan.
NPV & IRR
Nilai kini bersih
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Aliran tunai yang sama
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Kadar pulangan dalaman
r yang menjadikan NPV = 0
Keputusan
terima apabila NPV > 0 (atau IRR > pulangan yang diperlukan)
Kaedah
Senaraikan semua aliran tunai dengan tahunnya; pelaburan pada tahun 0 adalah negatif.
Diskaunkan setiap aliran tunai: CFt/(1 + r)t.
Jumlahkannya untuk mendapatkan NPV. Positif bermaksud projek memperoleh lebih daripada r.
Untuk IRR, cari kadar yang menjadikan NPV sifar melalui cuba-cuba atau interpolasi.
Taburan normal
Skor-z
z = (x − μ)/σ
Di bawah x
P(X < x) = Φ(z)
Di atas x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Antara
Φ(z2) − Φ(z1)
Persentil
x = μ + z·σ
Kaedah
Tukar nilai kepada skor-z: z = (x − μ)/σ.
Cari Φ(z), luas di sebelah kiri z.
Untuk luas di sebelah kanan gunakan 1 − Φ(z); untuk satu selang tolak dua luas sebelah kiri.
Untuk persentil, bekerja ke belakang: cari z untuk luas itu, kemudian x = μ + z·σ.
2Soalan latihan
1.Tindak balas penyokong rasukSederhana
Rasuk julur terikat pada dinding di A. Ia membawa beban teragih seragam w dari dinding hingga 2.5 m dan beban titik P pada 2.5 m dari dinding. Cari tindak balas menegak RA pada dinding.
L = 4 mP = 50 kN pada 2.5 mw = 6 kN/m dari 0 hingga 2.5 m
RA = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk majmuk terikat pada dinding di A, mempunyai engsel dalaman di C (3.5 m dari A) dan bertumpu pada penggelek di D (6 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 4 m dari A. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.
AC = 3.5 mAD = 6 mP = 50 kN pada 4 m
MA = kN·m
3.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAB dalam anggota AB. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 4 mtinggi = 4 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 55 kN
FAB = kN
4.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.
Julur itu terikat tetap pada A. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada 2.5 m dari A. Cari momen lentur MA pada penyokong tetap A. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.
L = 2.5 mP = 60 kN pada 2.5 mw = 10 kN/m dari 0 hingga 2.5 m
MA = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Tanda A hingga G membahagikan rasuk kepada enam bahagian yang sama. Pada tanda manakah momen lentur terbesar dari segi saiz, melendut (sagging) atau menjungkit (hogging)? Klik padanya dalam rajah.
15 kN @ 0 m45 kN @ 6 m12 kN/m, 1–4 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
7.Pesongan rasukSederhana
Rasuk disokong mudah membawa beban titik P pada a = 1.5 m dari penyokong A. Cari pesongan δP di bawah beban.
P = 27 kNa = 1.5 mL = 4 mE = 11 GPa (kayu balak)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Pesongan rasukSukar
Rasuk disokong mudah membawa beban titik P pada b = 2 m dari penyokong B. Cari pesongan maksimum δmax rasuk.
P = 17 kNb = 2 mL = 5 mE = 200 GPa (keluli)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Cari kelangsingannya dan tegasan lengkokan kritikal σcr daripada formula Euler.
L = 4 mE = 70 GPa (aluminium)d = 80 mm
σcr = MPa
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Plat 200 mm × 150 mm mempunyai lubang bulat berdiameter 50 mm pada garis tengah menegaknya, dengan pusatnya 105 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 200 mmh = 150 mmd = 50 mmpusat lubang: y = 105 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Plat 150 mm × 300 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 30 mm dan setinggi 50 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 180 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 150 mmh = 300 mmpotongan: 30 × 50 mmpusat lubang: y = 180 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanahSederhana
Bagi profil tanah yang ditunjukkan, cari tegasan jumlah menegak σ pada titik X.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 8 m mempunyai Cc = 0.4, Cr = 0.02 dan e₀ = 0.8. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 40 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 100 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 25 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 3 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 1.2 m²/tahun. Ia terletak di antara dua lapisan pasir, jadi air mengalir keluar di atas dan di bawah. Bagi pengukuhan purata 60% faktor masa ialah Tv = 0.287. Berapa tahun t yang diambil oleh lapisan itu untuk mencapai 60% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 2 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 2.5 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1.5 m terletak pada dinding tangki air laut, dengan tepi atasnya 3 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
Air mengalir pada 12 L/s melalui paip sepanjang 400 m dengan diameter dalam 75 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.03 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Q = 12 L/sL = 400 mD = 75 mmf = 0.03g = 9.81 m/s²
hf = m
20.Geseran paip & kehilangan turusSukar
Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 250 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.022. Permukaan air takungan atas berada 34 m di atas takungan bawah. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 4 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 10) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kadar alir Q dalam L/s.
Satu saluran konkrit siap trapezoid mempunyai lebar dasar 3 m dan cerun sisi 3:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 2 m. n Manning = 0.012 dan cerun dasar ialah S = 0.003. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 3 my = 2 mz = 3n = 0.012S = 0.003
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu pembetung konkrit dengan diameter dalam 250 mm (n Manning = 0.013) mesti mencapai halaju pembersihan sendiri 0.6 m/s apabila mengalir tepat penuh. Cari cerun minimum S (dalam m/m).
D = 250 mmn = 0.013V = 0.6 m/s
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 80 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 66 m. Kecekapan pam ialah 70% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 95%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik Pel yang diambil oleh motor, dalam kW.
Satu pam memindahkan 50 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 7 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 200 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.02; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 5 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Tangki atas tertutup dan udara di atas airnya berada pada tekanan tolok 300 kPa. Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Sebuah hartanah dijangka memperoleh sewa bersih €6 000 pada tahun depan. Sewa dijangka bertumbuh 1% setahun selama-lamanya. Pulangan yang diperlukan ialah 4% setahun. Cari nilai PV hartanah itu hari ini.
C1 = €6 000g = 1%r = 4%
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Satu pinjaman €8 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 5 tahun. Kadar faedah ialah 4.2% setahun, dikompaun setiap bulan. Cari bayaran bulanan A.
P = €8 0004.2% / 12N = 60
A = €
27.NPV & IRRSederhana
Satu pelaburan sebanyak €30 000 memberikan aliran tunai berikut pada akhir tahun 1 hingga 3: €8 000, €9 000, €14 000. Kos modal ialah 8%. Cari nilai kini bersih NPV.
Sebuah projek berkos €50 000 dan memulangkan €22 000, €20 500, €30 000, €20 500 pada hujung tahun 1 hingga 4. Aliran tunai boleh dilaburkan semula pada kos modal 12%. Cari kadar pulangan dalaman terubah suai MIRR dalam peratus.
berat beg bertaburan normal dengan min 250 g dan sisihan piawai 5 g. Berapakah pecahan yang terletak antara 240 dan 259.25 g? Berikan P sebagai perpuluhan.
μ = 250σ = 5x1 = 240x2 = 259.25
P =
30.Taburan normalSukar
ketinggian lelaki dewasa bertaburan normal dengan min 178 cm dan sisihan piawai 7 cm. Cari nilai x yang di bawahnya terletak 20% daripadanya (persentil ke-20).
μ = 178σ = 7P = 20%
x = cm
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 65 kN
Keseimbangan julur: penyokong tetap boleh menolak ke atas dan juga menentang putaran, maka ia memberikan tindak balas menegak RA dan momen tindak balas MA. ΣFy = 0 memberikan RA, dan momen pada dinding memberikan MA = Σ(beban × jarak dari dinding). Beban teragih bertindak sebagai daya paduannya pada sentroid gambar rajah beban.
Daya paduan beban teragih
W = 6·2.5 = 15 kN, x̄ = 1.25 m
Keseimbangan menegak
RA = P + W = 50 + 15 = 65 kN
Jawapan
RA = 65 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: MA = 140 kN·m
Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada mana-mana titik. Gantikan setiap beban teragih dengan daya paduannya (luasnya) yang bertindak pada sentroid gambar rajah beban, dan ambil momen pada satu penyokong untuk menghapuskan tindak balas penyokong itu daripada persamaan. Engsel dalaman tidak boleh menanggung momen lentur, yang memberikan satu persamaan tambahan: momen pada engsel bagi daya di kedua-dua sisi ialah sifar.
Bahagian CD
Engsel tiada momen, maka momen pada C bagi CD sahaja mesti seimbang.
ΣMC = 0: RD·2.5 = 50·0.5
RD = 10 kN
VC = 50 − 10 = 40 kN
Bahagian AC
Daya engsel VC bertindak ke bawah pada AC (sama besar dan berlawanan dengan tindakannya pada CD).
RA = 40 = 40 kN
MA = 40·3.5 = 140 kN·m
Jawapan
MA = 140 kN·m
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAB = −17.19 kN
Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.
ΣMA = 0: Cy·4 = 55·3 → Cy = 41.25 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 41.25 = 13.75 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 4/5 = 0.8
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −13.75/0.8 = −17.19 kN
Jawapan
FAB = −17.19 kN (mampatan)
4.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: anggota BF
Anggota daya sifar: pada sendi, daya mesti seimbang dalam setiap arah. Jika sendi tidak mempunyai beban dan tiada penyokong, dan dua daripada tiga anggotanya segaris, maka imbangan merentasi garisan itu hanya melibatkan anggota ketiga, jadi dayanya sifar. Jika hanya dua anggota bertemu pada sendi tanpa beban dan keduanya tidak segaris, kedua-duanya sifar.
Sendi B
AB dan BC terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya BF.
ΣF⊥ = 0 → FBF = 0
Semak dengan kaedah sendi
Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).
Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan.
Simpan bahagian hujung bebas
P: −60·2.5 = −150 kN·m
w: −10·2.5²/2 = −31.25 kN·m
MA = −150 − 31.25 = −181.3 kN·m
Jawapan
MA = −181.3 kN·m
Negatif bermaksud hogging: tegangan pada muka atas.
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: E (x = 4 m)
Momen lentur terbesar: M berubah kecerunan di mana sahaja daya ricih berubah, jadi puncaknya terletak di mana daya ricih melintasi sifar: di bawah beban titik, di dalam beban teragih, atau di atas penyokong bagi juluran. Pada penyokong tetap kantilever, momen adalah terbesar di dinding. Bandingkan saiz M di tempat-tempat itu, melendut (sagging) atau menjungkit (hogging).
Tindak balas penyokong
Ambil momen pada satu penyokong, kemudian gunakan imbangan daya mencancang.
R1 = 8 kN, R2 = 88 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = −15, MC = −28, MD = −53, ME = −90 kN·m, MF = −45, MG = 0
Jawapan
Tanda E: ME = −90 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δP = 50.46 mm
Pesongan rasuk: pesongan diperoleh daripada pengamiran kelengkungan M/(EI) dua kali. Kes piawai telah dijadualkan, contohnya PL³/(3EI) bagi julur dengan beban hujung dan 5wL⁴/(384EI) bagi rasuk disokong mudah di bawah beban seragam penuh. Pesongan daripada beban yang berasingan ditambah (superposisi).
Unit yang konsisten
Bekerja dalam N dan mm: P dalam N, w dalam N/mm (kN/m = N/mm), L dalam mm, E dalam N/mm² (GPa × 1000), I dalam mm⁴.
P = 27000 N, a = 1500 mm, b = 2500 mm, L = 4000 mm
EI = 6.27 × 10¹¹ N·mm²
Pesongan di bawah beban
δP = Pa²b²/(3EIL) = 27000·1500²·2500²/(3·6.27 × 10¹¹·4000) = 50.46 mm
Jawapan
δP = 50.46 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: δmax = 17.49 mm
Pesongan rasuk: pesongan diperoleh daripada pengamiran kelengkungan M/(EI) dua kali. Kes piawai telah dijadualkan, contohnya PL³/(3EI) bagi julur dengan beban hujung dan 5wL⁴/(384EI) bagi rasuk disokong mudah di bawah beban seragam penuh. Pesongan daripada beban yang berasingan ditambah (superposisi).
Unit yang konsisten
Bekerja dalam N dan mm: P dalam N, w dalam N/mm (kN/m = N/mm), L dalam mm, E dalam N/mm² (GPa × 1000), I dalam mm⁴.
P = 17000 N, b = 2000 mm, L = 5000 mm
EI = 2.4 × 10¹² N·mm²
Kedudukan maksimum
Menetapkan cerun dalam segmen yang lebih panjang kepada sifar memberikan kedudukannya.
x = √((L² − b²)/3) = √((5000² − 2000²)/3) = 2646 mm
Pesongan maksimum
δmax = Pb(L² − b²)3/2/(9√3·EIL) = 17.49 mm
Jawapan
δmax = 17.49 mm
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 24.92 kN
Lengkokan Euler: tiang langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL ialah panjang berkesan: K = 1 bagi pin–pin, 2 bagi tetap–bebas, 0.7 bagi tetap–pin dan 0.5 bagi tetap–tetap. Ia melengkok pada paksi yang mempunyai I terkecil. Formula ini sah bagi tiang langsing, yang tegasan kritikalnya kekal di bawah tegasan alah.
Momen luas kedua terkecil
Keratan bulat mempunyai I yang sama pada setiap paksi.
Lengkokan Euler: tiang langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL ialah panjang berkesan: K = 1 bagi pin–pin, 2 bagi tetap–bebas, 0.7 bagi tetap–pin dan 0.5 bagi tetap–tetap. Ia melengkok pada paksi yang mempunyai I terkecil. Formula ini sah bagi tiang langsing, yang tegasan kritikalnya kekal di bawah tegasan alah.
Momen luas kedua terkecil
Keratan bulat mempunyai I yang sama pada setiap paksi.
I = πd⁴/64 = π·80⁴/64 = 2.011 × 10⁶ mm⁴
Jejari legaran dan kelangsingan
A = 5027 mm²
r = √(I/A) = √(2.011 × 10⁶/5027) = 20 mm
KL = 0.7·4000 = 2800 mm
KL/r = 2800/20 = 140
Tegasan kritikal
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/140² = 35.25 MPa
Jawapan
σcr = 35.25 MPa
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 54.05 × 10⁶ mm⁴
Keratan dengan lubang: anggap lubang sebagai luas negatif. Sentroidnya ialah ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), dengan A₁, y₁ untuk plat penuh dan A₂, y₂ untuk lubang. Untuk momen luas kedua pada paksi sentroid, gunakan teorem paksi selari bagi setiap bahagian dan tolak lubang: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), dengan d jarak dari sentroid setiap bahagian ke paksi melalui ȳ. Segi empat tepat mempunyai Ic = bh³/12 dan bulatan Ic = πd⁴/64.
Sentroid
ȳ = (30000·75 − 1963·105)/(30000 − 1963) = 72.9 mm
Plat penuh pada ȳ
200·150³/12 + 30000·2.101² = 56.38 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
π·50⁴/64 + 1963·32.1² = 2.33 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 54.05 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 54.05 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 335.8 × 10⁶ mm⁴
Keratan dengan lubang: anggap lubang sebagai luas negatif. Sentroidnya ialah ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), dengan A₁, y₁ untuk plat penuh dan A₂, y₂ untuk lubang. Untuk momen luas kedua pada paksi sentroid, gunakan teorem paksi selari bagi setiap bahagian dan tolak lubang: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), dengan d jarak dari sentroid setiap bahagian ke paksi melalui ȳ. Segi empat tepat mempunyai Ic = bh³/12 dan bulatan Ic = πd⁴/64.
Sentroid
ȳ = (45000·150 − 1500·180)/(45000 − 1500) = 149 mm
Plat penuh pada ȳ
150·300³/12 + 45000·1.034² = 337.5 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
30·50³/12 + 1500·31.03² = 1.757 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 335.8 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 335.8 × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ = 220 kPa
Tegasan berkesan (Terzaghi): rangka tanah menanggung σ′ = σ − u. Tegasan jumlah σ ialah berat segala-galanya di atas titik itu, Σγ·h, menggunakan berat unit kering di atas paras air bumi dan berat unit tepu di bawahnya. Di bawah paras air bumi, tekanan air liang ialah hidrostatik: u = γw·(kedalaman di bawah paras air bumi).
Tegasan jumlah
Tambah berat setiap jalur tanah di atas X. Di atas paras air bumi gunakan berat unit kering, di bawahnya berat unit tepu.
Tegasan berkesan (Terzaghi): rangka tanah menanggung σ′ = σ − u. Tegasan jumlah σ ialah berat segala-galanya di atas titik itu, Σγ·h, menggunakan berat unit kering di atas paras air bumi dan berat unit tepu di bawahnya. Di bawah paras air bumi, tekanan air liang ialah hidrostatik: u = γw·(kedalaman di bawah paras air bumi).
Tegasan jumlah
Tambah berat setiap jalur tanah di atas X. Di atas paras air bumi gunakan berat unit kering, di bawahnya berat unit tepu.
σ = γd·2 + γsat,sand·2 + γsat,clay·4
σ = 16·2 + 18.5·2 + 17·4 = 137 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·6 = 58.86 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 137 − 58.86 = 78.14 kPa
Jawapan
σ′ = 78.14 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 18.74 mm
Pengukuhan primer lapisan lempung berketebalan H, menggunakan tegasan berkesan di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkukuh secara normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkukuh lebih memampat semula sepanjang Cr sehingga tekanan prapengukuhan σ′p dan hanya mengikut Cc selepas itu. Masa: t = Tv·Hdr²/cv, dengan laluan saliran Hdr ialah H/2 apabila air boleh keluar di atas dan bawah, dan H apabila hanya satu sisi yang mengalir.
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 40 + 25 = 65 kPa ≤ 100 kPa
Enapan
Lempung kekal pada garis pemampatan semulanya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.02·8/(1 + 0.8)·log₁₀(65/40) = 18.74 mm
Jawapan
S = 18.74 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 0.5381 tahun
Pengukuhan primer lapisan lempung berketebalan H, menggunakan tegasan berkesan di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkukuh secara normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkukuh lebih memampat semula sepanjang Cr sehingga tekanan prapengukuhan σ′p dan hanya mengikut Cc selepas itu. Masa: t = Tv·Hdr²/cv, dengan laluan saliran Hdr ialah H/2 apabila air boleh keluar di atas dan bawah, dan H apabila hanya satu sisi yang mengalir.
Laluan saliran
Hdr = H/2 = 3/2 = 1.5 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.287·1.5²/1.2 = 0.5381 tahun
Jawapan
t = 0.5381 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 58.86 kN
Daya hidrostatik pada permukaan satah: F = ρ·g·yc·A. Ia bertindak pada pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang sentiasa terletak di bawah sentroid.
Kedalaman sentroid dan luas
yc = d + H/2 = 2.5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3·2 = 58.86 kN
Jawapan
F = 58.86 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: ycp = 3.524 m
Daya hidrostatik pada permukaan satah: F = ρ·g·yc·A. Ia bertindak pada pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang sentiasa terletak di bawah sentroid.
Kedalaman sentroid dan luas
yc = d + H/2 = 3 + 1/2 = 3.5 m
A = H·b = 1·1.5 = 1.5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1025·9.81·3.5·1.5 = 52.79 kN
Pusat tekanan
Tekanan bertambah dengan kedalaman, jadi daya paduan bertindak di bawah sentroid.
Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil hm = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = hf + hm, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.
Halaju min
A = π·0.075²/4 = 0.004418 m²
V = Q/A = 0.012/0.004418 = 2.716 m/s
Turus halaju
V²/(2g) = 2.716²/(2·9.81) = 0.376 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.03·(400/0.075)·2.716²/(2·9.81) = 60.17 m
Jawapan
hf = 60.17 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Q = 230.3 L/s
Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil hm = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = hf + hm, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.022·200/0.25 = 17.6
ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 10 + 1.0 = 12.7
Persamaan tenaga
Kedua-dua permukaan terbuka kepada udara dan hampir pegun, jadi seluruh Δz hilang dalam paip.
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam dalam saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n pekali kekasaran, S cerun dasar (m/m) dan R = A/P jejari hidraulik: luas aliran dibahagi perimeter basah. Hanya sempadan yang bersentuhan dengan air dikira dalam P, bukan permukaan bebas. Segi empat tepat: A = b·y, P = b + 2y. Trapezoid dengan cerun sisi z:1 (mengufuk:menegak): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Paip bulat yang mengalir penuh atau separuh penuh mempunyai R = D/4.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (3 + 3·2)·2 = 18 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3 + 2·2·√(1 + 3²) = 15.65 m
R = A/P = 1.15 m
Halaju
V = (1/0.012)·1.152/3·0.0031/2 = 5.011 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 18·5.011 = 90.19 m³/s
Jawapan
Q = 90.19 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.002453 m/m
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam dalam saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n pekali kekasaran, S cerun dasar (m/m) dan R = A/P jejari hidraulik: luas aliran dibahagi perimeter basah. Hanya sempadan yang bersentuhan dengan air dikira dalam P, bukan permukaan bebas. Segi empat tepat: A = b·y, P = b + 2y. Trapezoid dengan cerun sisi z:1 (mengufuk:menegak): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Paip bulat yang mengalir penuh atau separuh penuh mempunyai R = D/4.
Jejari hidraulik
R = D/4 = 0.25/4 = 0.0625 m
Selesaikan Manning untuk S
S = (n·V/R2/3)² = (0.013·0.6/0.1575)² = 0.002453
Jawapan
S = 0.002453
Itu ialah penurunan 2.453 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pel = 77.89 kW
Kuasa pam: kuasa yang diberikan kepada air ialah kuasa hidraulik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Aci mesti menyalurkan lebih kerana pam kehilangan sebahagian: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor mengambil Pel = Pshaft/ηmotor. Turus pam H diperoleh daripada persamaan tenaga: ketinggian statik + turus tekanan + semua kehilangan geseran dan kehilangan kecil.
Kuasa hidraulik
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.08·66 = 51.8 kW
Kuasa aci
Pshaft = 51.8/0.7 = 74 kW
Kuasa elektrik
Pel = 74/0.95 = 77.89 kW
Jawapan
Pel = 77.89 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 40.81 m
Kuasa pam: kuasa yang diberikan kepada air ialah kuasa hidraulik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Aci mesti menyalurkan lebih kerana pam kehilangan sebahagian: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor mengambil Pel = Pshaft/ηmotor. Turus pam H diperoleh daripada persamaan tenaga: ketinggian statik + turus tekanan + semua kehilangan geseran dan kehilangan kecil.
Kedua-dua permukaan hampir pegun, jadi tiada sebutan turus halaju.
H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 7 + 30.58 + 3.228 = 40.81 m
Jawapan
H = 40.81 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 200000 €
Nilai masa wang: wang hari ini bernilai lebih daripada jumlah yang sama pada masa hadapan, kerana ia boleh memperoleh faedah. Dengan kadar faedah i bagi setiap tempoh, suatu jumlah bertambah sebagai FV = PV·(1 + i)n. Siri bayaran yang sama (anuiti) dinilai dengan menjumlahkan setiap bayaran, yang memberikan formula anuiti.
Nilai masa wang: wang hari ini bernilai lebih daripada jumlah yang sama pada masa hadapan, kerana ia boleh memperoleh faedah. Dengan kadar faedah i bagi setiap tempoh, suatu jumlah bertambah sebagai FV = PV·(1 + i)n. Siri bayaran yang sama (anuiti) dinilai dengan menjumlahkan setiap bayaran, yang memberikan formula anuiti.
Kadar bulanan dan bilangan bayaran
i = 0.042/12 = 0.0035
N = 12·5 = 60
Bayaran
Nilai kini N bayaran A yang sama ialah A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i. Samakannya dengan pinjaman dan selesaikan untuk A.
(1 + i)−N = 0.8109
A = 8 000·0.0035/(1 − 0.8109) = €148.06
Jawapan
A = €148.06
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = −3763 €
Nilai kini bersih: diskaunkan setiap aliran tunai kembali ke hari ini dengan kadar pulangan yang diperlukan r, kemudian jumlahkannya: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projek dengan NPV > 0 memperoleh lebih daripada r dan menambah nilai. Kadar pulangan dalaman (IRR) ialah kadar yang menjadikan NPV = 0.
Nilai kini setiap aliran tunai
CF0 = −30 000
CF1/(1 + 0.08)1 = 8 000/1.08 = 7 407.41
CF2/(1 + 0.08)2 = 9 000/1.166 = 7 716.05
CF3/(1 + 0.08)3 = 14 000/1.26 = 11 113.65
Jumlahkannya
NPV = €−3 762.89
Jawapan
NPV = €−3 762.89
NPV negatif, jadi projek itu memperoleh kurang daripada pulangan yang diperlukan.
28.NPV & IRR
Jawapan: MIRR = 21.99 %
IRR terubah suai: majmukkan setiap aliran masuk ke hadapan hingga hujung projek pada kadar pelaburan semula (biasanya kos modal) untuk mendapatkan nilai akhir TV. MIRR ialah kadar yang menukarkan pelaburan awal kepada TV: MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1.
Nilai akhir aliran masuk
22 000·1.123 = 30 908.42
20 500·1.122 = 25 715.20
30 000·1.121 = 33 600.00
20 500·1.120 = 20 500.00
TV = 110 723.62
MIRR
MIRR = (110 723.62/50 000)1/4 − 1 = 21.99%
Jawapan
MIRR = 21.99%
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.9451
Taburan normal: tukar nilai x kepada skor-z, z = (x − μ)/σ, yang mengira sisihan piawai daripada min. Jadual-z (atau Φ(z)) memberikan luas di sebelah kiri z, iaitu P(X < x). Luas di sebelah kanan ialah 1 − Φ(z), dan luas antara dua nilai ialah beza antara dua luas tersebut.
Skor-z
z₁ = (240 − 250)/5 = −2
z₂ = (259.25 − 250)/5 = 1.85
Luas antara
P = Φ(1.85) − Φ(−2) = 0.9678 − 0.02275 = 0.9451
Jawapan
P = 0.9451
30.Taburan normal
Jawapan: x = 172.1 cm
Taburan normal: tukar nilai x kepada skor-z, z = (x − μ)/σ, yang mengira sisihan piawai daripada min. Jadual-z (atau Φ(z)) memberikan luas di sebelah kiri z, iaitu P(X < x). Luas di sebelah kanan ialah 1 − Φ(z), dan luas antara dua nilai ialah beza antara dua luas tersebut.
z untuk persentil
Φ(z) = 0.2 → z = −0.8416
Kembali kepada x
x = 178 + −0.8416·7 = 172.11 cm
Jawapan
x = 172.11 cm
Ini ialah bahan latihan bebas. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau disokong oleh organisasi yang mengendalikan peperiksaan ini, dan nama peperiksaan hanya digunakan untuk menerangkan kandungannya. FE exam dikendalikan oleh NCEES, yang tidak bergabung dengan ExamProblems dan tidak menyokongnya.