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, turun daripada 10 kN/m di A kepada sifar di B. Beban titik P juga bertindak pada 2 m dari A. Cari tindak balas penyokong menegak RA.
L = 5 mw0 = 10 kN/mP = 40 kN pada 2 m
RA = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk disokong mudah itu mempunyai penyokong pin di A dan penyokong penggelek di B. Cari tindak balas penyokong tegak RB.
L = 8 mP = 50 kN pada 4 mw = 10 kN/m dari 4 hingga 7 m
RB = kN
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 1 m dari Abeban tegak = 45 kN
FAB = kN
4.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FBC dalam anggota BC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 5 mtinggi = 3 mB ialah 4 m dari Abeban tegak = 50 kNbeban mengufuk = 30 kN ←
FBC = kN
5.Daya ricih & momen lenturSederhana
Cari momen lentur Mx pada keratan x = 1.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 5 mw = 5 kN/m dari 0 hingga 5 mx = 1.5 m
Mx = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Cari momen lentur Mx pada keratan x = 4 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 8 mP = 15 kN pada 4 mw = 2 kN/m dari 0 hingga 8 mx = 4 m
Mx = kN·m
7.Pesongan rasukSederhana
Julur membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada hujung bebasnya. Dengan menggunakan superposisi, cari pesongan δ pada hujung bebas.
P = 9 kNw = 8 kN/mL = 5 mE = 200 GPa (keluli)I = 84 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
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 = 5 mw = 4 kN/m
RB = kN
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas bebas. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 2.5 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 50 × 100 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pin pada kedua-dua hujung. Cari kelangsingannya dan tegasan lengkokan kritikal σcr daripada formula Euler.
L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)d = 40 mm
σcr = MPa
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Cari momen luas kedua Ix keratan-T pada paksi mengufuk x yang melalui sentroidnya.
bf = 100 mmtf = 10 mmtw = 14 mmhw = 100 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Plat 150 mm × 200 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 60 mm dan setinggi 50 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 70 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 150 mmh = 200 mmpotongan: 60 × 50 mmpusat lubang: y = 70 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 7 m mempunyai Cc = 0.5, Cr = 0.04 dan e₀ = 0.9. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 95 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 215 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 220 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 8 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 3 m²/tahun. Ia terletak di antara dua lapisan pasir, jadi air mengalir keluar di atas dan di bawah. 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 1.5 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 1 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 gliserin, dengan tepi atasnya 1 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Air mengalir pada 30 L/s melalui paip sepanjang 300 m dengan diameter dalam 150 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.03 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 300 m dengan diameter dalam 300 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.015. Permukaan air takungan atas berada 15 m di atas takungan bawah. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 5) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kadar alir Q dalam L/s.
Satu saluran kerikil trapezoid mempunyai lebar dasar 3.5 m dan cerun sisi 1.5:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 0.8 m. n Manning = 0.025 dan cerun dasar ialah S = 0.0005. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 3.5 my = 0.8 mz = 1.5n = 0.025S = 0.0005
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu saluran kerikil trapezoid dengan lebar dasar 3.5 m dan cerun sisi 2:1 (mengufuk:menegak) mesti membawa 11 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 1.1 m. n Manning = 0.025. Cari cerun dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 11 m³/sb = 3.5 my = 1.1 mz = 2n = 0.025
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 150 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 70 m. Kecekapan pam ialah 65% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 94%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik Pel yang diambil oleh motor, dalam kW.
Satu pam memindahkan 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 11 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 300 m dengan diameter dalam 150 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.025; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 8 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Kecekapan pam ialah 72%. Cari kuasa aci Pshaft dalam kW.
Anda memerlukan €15 000 dalam 7 tahun. Sebuah akaun membayar 3% setahun, dikompaun setiap bulan. Berapakah yang mesti anda depositkan hari ini? Cari nilai kini PV.
FV = €15 0003% / 12n = 7
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Satu pinjaman €20 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 4 tahun. Kadar faedah ialah 4.8% setahun, dikompaun setiap bulan. Cari bayaran bulanan A.
P = €20 0004.8% / 12N = 48
A = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah projek berkos €250 000 hari ini. Ia menjana €17 000 pada hujung tahun pertama, dan aliran tunai kemudian bertumbuh 4% setahun selama-lamanya. Kos modal ialah 10%. Cari nilai kini bersih NPV.
C0 = €250 000CF1 = €17 000g = 4%r = 10%
NPV = €
28.NPV & IRRSukar
Projek A berkos €40 000 dan memulangkan €23 000, €15 500, €9 000 pada hujung tahun 1 hingga 3. Projek B berkos €50 000 dan memulangkan €13 500, €21 500, €26 000. Cari kadar persilangan r* di mana kedua-dua projek mempunyai NPV yang sama, dalam peratus.
Seret z supaya luas berlorek antara −z dan z di bawah lengkung normal piawai ialah 0.4177. Cari z hingga dua tempat perpuluhan.
A = 0.4177
z =
30.Taburan normalSukar
Jisim X produk daripada barisan 1 dan Y daripada barisan 2 adalah tak bersandar dan normal: X mempunyai min 500 g dan sisihan piawai 8 g, Y mempunyai min 490 g dan sisihan piawai 6 g. Cari kebarangkalian P bahawa X lebih besar daripada Y. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 40.67 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 = ½·10·5 = 25 kN
x̄ = L/3 = 1.667 m
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
ΣMA = 0: RB·5 = 25·1.667 + 40·2
RB = 24.33 kN
RA = 65 − 24.33 = 40.67 kN
Jawapan
RA = 40.67 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 45.63 kN
Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada sebarang titik. Mengambil momen pada satu penyokong menyingkirkan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.
Gambar rajah jasad bebas
Gantikan penyokong dengan daya tindak balas. Penggelek memberikan satu tindak balas tegak; dengan beban tegak sahaja, pin juga memberikan satu tindak balas tegak.
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 10·3 = 30 kN, bertindak pada x̄ = 5.5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 50·4 + 10·3·5.5
RB = 365/8 = 45.63 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 45.63 = 34.38 kN
Jawapan
RB = 45.63 kN
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAB = −34.79 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 = 45·1 → Cy = 11.25 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 11.25 = 33.75 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 4/4.123 = 0.9701
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −33.75/0.9701 = −34.79 kN
Jawapan
FAB = −34.79 kN (mampatan)
4.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FBC = −23.19 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·5 = 50·4 − 30·3 → Cy = 22 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − 22 = 28 kN
ΣFx = 0: Ax = 30 kN
Sambungan C
Penggelek hanya memberikan tindak balas tegak, jadi sambungan C hanya mempunyai dua daya anggota yang tidak diketahui. Andaikan kedua-duanya dalam tegangan.
sin γ = 3/3.162 = 0.9487, cos γ = 1/3.162 = 0.3162
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.
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 = 5·5·2.5
RB = 62.5/5 = 12.5 kN
ΣFy = 0: RA = 25 − 12.5 = 12.5 kN
Potong pada x = 1.5 m dan simpan bahagian kiri
Hanya daya di kiri potongan yang muncul. Bahagian UDL bertindak sebagai satu daya di tengah bahagian itu.
M = RA·x − (setiap beban di kiri keratan × jaraknya ke keratan)
Mx = 12.5·1.5 − 5·1.5·0.75 = 13.13 kN·m
Jawapan
Mx = 13.13 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mx = 46 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.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh rasuk.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 2·8 = 16 kN, bertindak pada x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 15·4 + 2·8·4
RB = 124/8 = 15.5 kN
ΣFy = 0: RA = 31 − 15.5 = 15.5 kN
Potong pada x = 4 m dan simpan bahagian kiri
Hanya daya di kiri potongan yang muncul. Bahagian UDL bertindak sebagai satu daya di tengah bahagian itu.
M = RA·x − (setiap beban di kiri keratan × jaraknya ke keratan)
Mx = 15.5·4 − 2·4·2 = 46 kN·m
Jawapan
Mx = 46 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δ = 59.52 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 = 9000 N, w = 8 N/mm, L = 5000 mm
EI = 1.68 × 10¹³ N·mm²
Setiap beban secara berasingan
δP = PL³/(3EI) = 9000·5000³/(3·1.68 × 10¹³) = 22.32 mm
δw = wL⁴/(8EI) = 8·5000⁴/(8·1.68 × 10¹³) = 37.2 mm
Tambahkannya
δ = 22.32 + 37.2 = 59.52 mm
Jawapan
δ = 59.52 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: RB = 7.5 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
Segi empat tepat melengkok pada paksi lemahnya, menggunakan dimensi yang lebih kecil dikuasa tiga.
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·40⁴/64 = 125664 mm⁴
Jejari legaran dan kelangsingan
A = 1257 mm²
r = √(I/A) = √(125664/1257) = 10 mm
KL = 1·6000 = 6000 mm
KL/r = 6000/10 = 600
Tegasan kritikal
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/600² = 1.919 MPa
Jawapan
σcr = 1.919 MPa
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 2.94 × 10⁶ mm⁴
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 = 100·10 = 1000 mm², yf = 100 + 10/2 = 105 mm
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 = (30000·100 − 3000·70)/(30000 − 3000) = 103.3 mm
Plat penuh pada ȳ
150·200³/12 + 30000·−3.333² = 100.3 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
60·50³/12 + 3000·−33.33² = 3.958 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 96.38 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 96.38 × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ = 130 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.
σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15·2 + 20·5 = 130 kPa
Jawapan
σ = 130 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ = 136 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.
σ = γd·2 + γsat,sand·3 + γsat,clay·2.5
σ = 16.5·2 + 18.5·3 + 19·2.5 = 136 kPa
Jawapan
σ = 136 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 357.8 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 = 95 + 220 = 315 kPa > 215 kPa
Enapan
Pemampatan semula sehingga σ′p, pemampatan dara selepasnya.
S = 0.04·7/(1 + 0.9)·log₁₀(215/95) + 0.5·7/(1 + 0.9)·log₁₀(315/215)
S = 52.27 + 305.6 = 357.8 mm
Jawapan
S = 357.8 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 4.523 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 = 8/2 = 4 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.848·4²/3 = 4.523 tahun
Jawapan
t = 4.523 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 = 1 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·1.5 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·2·3 = 58.86 kN
Jawapan
F = 58.86 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 48.67 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 = 1 + 1.5/2 = 1.75 m
A = H·b = 1.5·1.5 = 2.25 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·1.75·2.25 = 48.67 kN
Jawapan
F = 48.67 kN
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 8.814 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 min
A = π·0.15²/4 = 0.01767 m²
V = Q/A = 0.03/0.01767 = 1.698 m/s
Turus halaju
V²/(2g) = 1.698²/(2·9.81) = 0.1469 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.03·(300/0.15)·1.698²/(2·9.81) = 8.814 m
Jawapan
hf = 8.814 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Q = 256.2 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 = 0.015·300/0.3 = 15
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 5 + 1.0 = 7.4
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 = (3.5 + 1.5·0.8)·0.8 = 3.76 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3.5 + 2·0.8·√(1 + 1.5²) = 6.384 m
R = A/P = 0.5889 m
Halaju
V = (1/0.025)·0.58892/3·0.00051/2 = 0.6284 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 3.76·0.6284 = 2.363 m³/s
Jawapan
Q = 2.363 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.00285 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.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (3.5 + 2·1.1)·1.1 = 6.27 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3.5 + 2·1.1·√(1 + 2²) = 8.419 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.
Kuasa hidraulik
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.15·70 = 103 kW
Kuasa aci
Pshaft = 103/0.65 = 158.5 kW
Kuasa elektrik
Pel = 158.5/0.94 = 168.6 kW
Jawapan
Pel = 168.6 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pshaft = 7.979 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.
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 dan bilangan tempoh
i = 0.03/12 = 0.0025
N = 12·7 = 84
Nilai kini
PV = FV/(1 + i)N = 15 000/1.233 = €12 161.95
Jawapan
PV = €12 161.95
26.Nilai masa wang
Jawapan: A = 458.8 €
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 = 0.048/12 = 0.004
N = 12·4 = 48
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 = 0.8256
A = 20 000·0.004/(1 − 0.8256) = €458.78
Jawapan
A = €458.78
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = 33333 €
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 aliran tunai
PV = 17 000/(0.1 − 0.04) = 283 333.33
NPV
NPV = 283 333.33 − 250 000 = €33 333.33
Jawapan
NPV = €33 333.33
NPV positif, jadi projek itu memperoleh lebih daripada pulangan yang diperlukan.
28.NPV & IRR
Jawapan: r* = 7.599 %
Kadar persilangan: kadar diskaun di mana dua projek mempunyai NPV yang sama. Ia ialah IRR bagi beza aliran tunai mereka (B − A). Di bawahnya projek dengan aliran tunai yang lebih lewat dan lebih besar mempunyai NPV yang lebih tinggi; di atasnya, yang satu lagi menang.
Beza aliran tunai
ΔCF0 = −50 000 − (−40 000) = −10 000
ΔCF1 = 13 500 − 23 000 = −9 500
ΔCF2 = 21 500 − 15 500 = 6 000
ΔCF3 = 26 000 − 9 000 = 17 000
IRR bagi beza
NPVΔ(7%) = 239.19
NPVΔ(8%) = −157.12
r* = 7.599%
Jawapan
r* = 7.599%
Semak: pada 7.599% kedua-dua NPV ialah €1 988.38.
29.Taburan normal
Jawapan: z = 0.55
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 z
Φ(z) = (1 + 0.4177)/2 = 0.7088
Baca jadual-z secara terbalik
Cari 0.7088 di dalam jadual dan baca z.
z = 0.55
Jawapan
z = 0.55
30.Taburan normal
Jawapan: P = 0.8413
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 beza
μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g
Piawaikan
z = (0 − 10)/10 = −1
Kebarangkalian
P = 1 − Φ(−1) = 0.8413
Jawapan
P = 0.8413
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.