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 disokong mudah (pin di A, penggelek di B) membawa beban yang berubah secara linear, naik daripada sifar di A kepada 4 kN/m di B. Beban titik P juga bertindak pada 2.5 m dari A. Cari tindak balas penyokong menegak RA.
L = 5 mw0 = 4 kN/mP = 80 kN pada 2.5 m
RA = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk majmuk terikat pada dinding di A, mempunyai engsel dalaman di C (3 m dari A) dan bertumpu pada penggelek di D (6 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 4 m dari A. Cari tindak balas RD pada penggelek.
AC = 3 mAD = 6 mP = 45 kN pada 4 m
RD = kN
3.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.
B: 10 kN ↓C: 40 kN ↓F: 40 kN ↓G: 30 kN ↓
1anggota AB
2anggota BC
3anggota CD
4anggota DE
5anggota FG
6anggota GH
7anggota AF
8anggota HE
9anggota BF
10anggota CG
11anggota DH
12anggota FC
13anggota HC
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 1 m dari A. Cari momen lentur Mx pada keratan x = 0.5 m dari penyokong tetap A. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.
L = 2 mP = 75 kN pada 1 mw = 3 kN/m dari 0 hingga 2 mx = 0.5 m
Mx = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Rasuk disokong mudah itu membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan rentangnya dan beban titik P. Cari momen lentur maksimum Mmax dalam rasuk.
L = 5 mP = 60 kN pada 4 mw = 5 kN/m dari 0 hingga 5 m
Mmax = kN·m
7.Pesongan rasukSederhana
Rasuk disokong mudah membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan rentangnya. Cari cerun θA rasuk pada penyokong A, dalam radian.
w = 8 kN/mL = 2.5 mE = 11 GPa (kayu balak)I = 23 × 10⁶ mm⁴
θA = rad
8.Pesongan rasukSukar
Julur bertopang terikat tetap pada A dan disokong mudah (ditopang) pada B. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya. EI adalah malar. Cari tindak balas RB pada topang.
L = 6 mw = 5 kN/m
RB = kN
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 2 mE = 200 GPa (keluli)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan tetap pada kedua-dua hujung. Cari kelangsingannya dan tegasan lengkokan kritikal σcr daripada formula Euler.
L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)d = 30 mm
σcr = MPa
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Plat 100 mm × 200 mm mempunyai lubang bulat berdiameter 60 mm pada garis tengah menegaknya, dengan pusatnya 70 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 100 mmh = 200 mmd = 60 mmpusat lubang: y = 70 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Keratan-T digunakan sebagai rasuk dengan bebibir di atas dan membawa momen lentur melendut ke bawah sebanyak 30 kN·m. Cari magnitud tegasan lenturan σatas pada tepi atas.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 3 m mempunyai Cc = 0.25, Cr = 0.03 dan e₀ = 1.15. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 70 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 160 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 75 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 6 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 1.5 m²/tahun. Ia terletak di atas batuan tak telap, dengan pasir di atasnya, jadi air mengalir keluar hanya di atas. Bagi pengukuhan purata 90% faktor masa ialah Tv = 0.848. Berapa tahun t yang diambil oleh lapisan itu untuk mencapai 90% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 3 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 2 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
d = 2 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
18.Daya hidrostatikSukar
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 2 m terletak pada dinding tangki gliserin, dengan tepi atasnya 3 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
d = 3 mH = 1 mb = 2 mρ = 1260 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air mengalir pada halaju min 0.9 m/s melalui paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 300 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.02 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.015. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 2 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 0.2) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Apakah beza aras air Δz antara takungan yang memberikan kadar alir 75 L/s?
Satu saluran kerja bata segi empat tepat selebar 1.5 m. Air mengalir secara seragam sedalam 1.1 m. n Manning = 0.015 dan cerun dasar ialah S = 0.003. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 1.5 my = 1.1 mn = 0.015S = 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 1.2 m/s apabila mengalir tepat penuh. Cari cerun minimum S (dalam m/m).
D = 250 mmn = 0.013V = 1.2 m/s
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam dengan kecekapan 70% menghantar 100 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 10 m. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa aci Pshaft yang diperlukan, dalam kW.
Q = 100 L/sH = 10 mη = 70%g = 9.81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pam & kuasa pamSukar
Satu pam memindahkan 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 5 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 100 m dengan diameter dalam 100 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.02; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 6 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Anda melabur €20 000 pada 4% setahun dengan pemajmukan berterusan. Cari nilai FV selepas 13 tahun.
PV = €20 000r = 4%t = 13
FV = €
26.Nilai masa wangSukar
Satu pinjaman €25 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 3 tahun. Kadar faedah ialah 5.4% setahun, dikompaun setiap bulan. Cari bayaran bulanan A.
P = €25 0005.4% / 12N = 36
A = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah projek berkos €60 000 hari ini dan memulangkan €18 500 pada hujung setiap tahun selama 5 tahun. Kos modal ialah 10%. Andaikan aliran tunai tiba secara sekata sepanjang setiap tahun. Cari tempoh bayar balik berdiskaun DPB dalam tahun.
Satu projek berkos €10 000 dan memberi pulangan €6 500, €4 500, €5 500 pada akhir tahun 1 hingga 3. Cari kadar pulangan dalamannya IRR dalam peratus.
CF0 = −10 000CF1 = 6 500CF2 = 4 500CF3 = 5 500
IRR = %
29.Taburan normalSederhana
Jisim kotak adalah tak bersandar dan normal dengan min 12 kg dan sisihan piawai 0.8 kg. Cari kebarangkalian P bahawa jumlah jisim 8 daripadanya melebihi 97.1 kg. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μ = 12 kgσ = 0.8 kgn = 8> 97.1 kg
P =
30.Taburan normalSukar
berat beg bertaburan normal dengan min 250 g dan sisihan piawai 5 g. Seret titik pemotong supaya 80% terbawah yang berlorek berada di sebelah kirinya. Cari titik pemotong x.
μ = 250 gσ = 5 g80%
x = g
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 43.33 kN
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.
Daya paduan beban segi tiga
W = ½·4·5 = 10 kN
x̄ = 2L/3 = 3.333 m
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
ΣMA = 0: RB·5 = 10·3.333 + 80·2.5
RB = 46.67 kN
RA = 90 − 46.67 = 43.33 kN
Jawapan
RA = 43.33 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RD = 15 kN
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·3 = 45·1
RD = 15 kN
VC = 45 − 15 = 30 kN
Jawapan
RD = 15 kN
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: anggota DH
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 D
CD dan DE terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya DH.
ΣF⊥ = 0 → FDH = 0
Semak dengan kaedah sendi
Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).
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 D
CD dan DE terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya DH.
ΣF⊥ = 0 → FDH = 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: −75·0.5 = −37.5 kN·m
w: −3·1.5²/2 = −3.375 kN·m
Mx = −37.5 − 3.375 = −40.88 kN·m
Jawapan
Mx = −40.88 kN·m
Negatif bermaksud hogging: tegangan pada muka atas.
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mmax = 58 kN·m
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. Momen maksimum: kerana dM/dx = V, momen lentur mencapai puncak di mana daya ricih melalui sifar, sama ada pada beban titik atau di dalam beban teragih.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh rasuk.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 5·5 = 25 kN, bertindak pada x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 60·4 + 5·5·2.5
RB = 302.5/5 = 60.5 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 60.5 = 24.5 kN
Di manakah V = 0?
V(4⁻) = RA − w·4 = 4.5 kN
V(4⁺) = 4.5 − 60 = −55.5 kN
Daya ricih bertukar tanda pada beban, maka maksimum berada di bawah beban.
Momen maksimum
Mmax = RA·4 − w·4²/2 = 24.5·4 − 5·4²/2 = 58 kN·m
Jawapan
Mmax = 58 kN·m
Ia berlaku pada x = 4 m dari A.
7.Pesongan rasuk
Jawapan: θA = 0.02059 rad
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). Cerun θ = dv/dx ialah kamiran pertama M/(EI); dalam unit yang konsisten ia keluar dalam radian.
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.
w = 8 N/mm, L = 2500 mm
EI = 2.53 × 10¹¹ N·mm²
Cerun hujung
θA = wL³/(24EI) = 8·2500³/(24·2.53 × 10¹¹) = 0.02059 rad
Jawapan
θA = 0.02059 rad
Itu ialah 1.18°.
8.Pesongan rasuk
Jawapan: RB = 11.25 kN
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). Bagi rasuk tak boleh tentu secara statik, alihkan satu penyokong lebihan dan tetapkan pesongan di situ sifar (keserasian).
Alihkan topang
Tanpa topang, rasuk ialah julur. Hujung bebasnya akan terpesong di bawah beban.
δload = wL⁴/(8EI)
Keserasian pada topang
Daya topang RB sahaja mengangkat hujung bebas sebanyak RBL³/(3EI). Topang menahan B pada pesongan sifar, maka kedua-duanya mesti saling batal. EI saling batal.
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·30⁴/64 = 39761 mm⁴
Jejari legaran dan kelangsingan
A = 706.9 mm²
r = √(I/A) = √(39761/706.9) = 7.5 mm
KL = 0.5·6000 = 3000 mm
KL/r = 3000/7.5 = 400
Tegasan kritikal
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/400² = 4.318 MPa
Jawapan
σcr = 4.318 MPa
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 63.07 × 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 = (20000·100 − 2827·70)/(20000 − 2827) = 104.9 mm
Plat penuh pada ȳ
100·200³/12 + 20000·−4.939² = 67.15 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
π·60⁴/64 + 2827·−34.94² = 4.088 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 63.07 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 63.07 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: σatas = 79.55 MPa
Luas gubahan: bahagikan keratan kepada segi empat tepat. Sentroid ialah purata berwajaran luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen luas kedua pada paksi sentroid menambah bh³/12 setiap bahagian dan sebutan paksi selari A·d²nya, dengan d ialah jarak dari sentroid bahagian itu ke sentroid keseluruhan. Tegasan lenturan ialah σ = M·y/I.
Bahagikan kepada dua segi empat tepat
Ukur setiap y dari tepi bawah.
bebibir: Af = 100·20 = 2000 mm², yf = 220 + 20/2 = 230 mm
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·4 + γsat,sand·1 + γsat,clay·2.5
σ = 16·4 + 20·1 + 17·2.5 = 126.5 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·3.5 = 34.34 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 126.5 − 34.34 = 92.16 kPa
Jawapan
σ′ = 92.16 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 13.24 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 = 70 + 75 = 145 kPa ≤ 160 kPa
Enapan
Lempung kekal pada garis pemampatan semulanya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.03·3/(1 + 1.15)·log₁₀(145/70) = 13.24 mm
Jawapan
S = 13.24 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 20.35 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 = 6 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.848·6²/1.5 = 20.35 tahun
Jawapan
t = 20.35 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 309 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 + 3/2 = 3.5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3.5·9 = 309 kN
Jawapan
F = 309 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 86.52 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 = 3 + 1/2 = 3.5 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·3.5·2 = 86.52 kN
Jawapan
F = 86.52 kN
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 0.2752 m
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.
Turus halaju
V²/(2g) = 0.9²/(2·9.81) = 0.04128 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.02·(100/0.3)·0.9²/(2·9.81) = 0.2752 m
Jawapan
hf = 0.2752 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Δz = 2.847 m
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
V = Q/A = 0.075/0.03142 = 2.387 m/s
V²/(2g) = 0.2905 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.015·100/0.2 = 7.5
ΣK = 0.5 + 2·0.3 + 0.2 + 1.0 = 2.3
Jumlah kehilangan turus
hf = 7.5·0.2905 = 2.179 m
hm = 2.3·0.2905 = 0.6681 m
Δz = hf + hm = 2.847 m
Jawapan
Δz = 2.847 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 3.517 m³/s
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·y = 1.5·1.1 = 1.65 m²
P = b + 2y = 1.5 + 2·1.1 = 3.7 m
R = A/P = 0.4459 m
Halaju
V = (1/0.015)·0.44592/3·0.0031/2 = 2.131 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 1.65·2.131 = 3.517 m³/s
Jawapan
Q = 3.517 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.009812 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 = (0.013·1.2/0.1575)² = 0.009812
Jawapan
S = 0.009812
Itu ialah penurunan 9.812 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pshaft = 14.01 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 = 1000·9.81·0.1·10 = 9.81 kW
Kuasa aci
Pshaft = Ph/η = 9.81/0.7 = 14.01 kW
Jawapan
Pshaft = 14.01 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 9.834 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 terbuka dan hampir pegun, jadi sebutan tekanan dan halaju tersingkir.
H = Δz + hL = 5 + 4.834 = 9.834 m
Jawapan
H = 9.834 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: FV = 33641 €
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.
Eksponen
r·t = 0.04·13 = 0.52
e0.52 = 1.682
Nilai masa hadapan
FV = 20 000·1.682 = €33 640.55
Jawapan
FV = €33 640.55
26.Nilai masa wang
Jawapan: A = 753.8 €
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 = 0.054000000000000006/12 = 0.0045
N = 12·3 = 36
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 = 0.8508
A = 25 000·0.0045/(1 − 0.8508) = €753.77
Jawapan
A = €753.77
27.NPV & IRR
Jawapan: DPB = 4.118 tahun
Tempoh bayar balik: masa sehingga aliran tunai terkumpul membayar balik pelaburan awal. Tunai dianggap masuk secara sekata sepanjang setiap tahun, maka bahagian terakhir ialah pecahan tahun. Bayar balik mudah mengabaikan nilai masa wang; tempoh bayar balik berdiskaun menggunakan aliran tunai yang didiskaunkan.
Aliran tunai berdiskaun dan terkumpul
tahun 1: 18 500/1.1 = 16 818.18 → Σ = 16 818.18
tahun 2: 18 500/1.21 = 15 289.26 → Σ = 32 107.44
tahun 3: 18 500/1.331 = 13 899.32 → Σ = 46 006.76
tahun 4: 18 500/1.464 = 12 635.75 → Σ = 58 642.51
tahun 5: 18 500/1.611 = 11 487.04 → Σ = 70 129.56
Pecahan tahun terakhir
DPB = 4 + 1 357.49/11 487.04 = 4.118
Jawapan
DPB = 4.118 tahun
Bayar balik berdiskaun sentiasa lebih panjang daripada bayar balik mudah (3.243 tahun).
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 31.23 %
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.
Kurung IRR
NPV menurun apabila kadar meningkat, jadi IRR terletak antara kadar dengan NPV positif dan kadar dengan NPV negatif.
NPV(30%) = 166.14
NPV(35%) = −480.62
Sempitkan
Interpolasi linear memberikan anggaran pertama; mengulanginya (atau fungsi IRR pada kalkulator) memberikan kadar tepat.
IRR ≈ 30 + 5·166.14/(166.14 − (−480.62)) = 31.28%
tepat: NPV(31.23%) = 0 → IRR = 31.23%
Jawapan
IRR = 31.23%
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.3121
Hasil tambah dan beza pemboleh ubah normal: jika X dan Y tak bersandar dan normal, X + Y dan X − Y juga normal. Min ditambah atau ditolak: E(X ± Y) = μX ± μY. Varians sentiasa ditambah, juga untuk beza: Var(X ± Y) = σX² + σY², jadi σ = √(σX² + σY²). Sisihan piawai tidak pernah ditambah secara langsung. Jumlah n item tak bersandar dengan taburan yang sama mempunyai min n·μ dan sisihan piawai σ·√n. Kemudian piawaikan seperti biasa: z = (x − min)/σ dan baca Φ(z).
Taburan jumlah
μT = 96 kg, σT = 0.8·√8 = 2.263 kg
Piawaikan
z = (97.1 − 96)/2.263 = 0.49
Kebarangkalian
P = 1 − Φ(0.49) = 0.3121
Jawapan
P = 0.3121
30.Taburan normal
Jawapan: x = 254.2 g
Daripada luas kembali kepada z: Φ(z) ialah luas di sebelah kiri z. Untuk luas ekor kiri A, cari z dengan Φ(z) = A dalam jadual. Luas ekor kanan A bermaksud Φ(z) = 1 − A. Luas tengah A antara −z dan z meninggalkan (1 − A)/2 dalam setiap ekor, jadi Φ(z) = (1 + A)/2. Untuk nilai x, gunakan x = μ + zσ.
Luas di sebelah kiri
Φ(z) = 0.8
z daripada jadual
z ≈ 0.84
Kembali kepada unit asal
x = 250 + 0.84·5 = 254.2 g
Jawapan
x = 254.2 g
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.