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 10 kN/m di B. Cari tindak balas penyokong menegak RA.
L = 8 mw0 = 10 kN/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 = 6 mP = 10 kN pada 2 mw = 12 kN/m dari 2 hingga 5 m
RB = 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: 35 kN ↓C: 30 kN ↓D: 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
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FBC dalam anggota BC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 4 mtinggi = 3 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 40 kNbeban mengufuk = 25 kN →
FBC = kN
5.Daya ricih & momen lenturSederhana
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 @ 4 m55 kN @ 1 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)
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.
55 kN @ 0 m40 kN @ 6 m25 kN @ 2 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
Julur sepanjang L terikat tetap pada A dan membawa beban titik P pada jarak a = 2 m dari A. Cari pesongan δB pada hujung bebas B.
P = 23 kNa = 2 mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Pesongan rasukSukar
Rasuk disokong mudah membawa beban titik P pada b = 1.5 m dari penyokong B. Cari pesongan δmid di tengah rentang.
P = 26 kNb = 1.5 mL = 4 mE = 200 GPa (keluli)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmid = mm
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada keluli dan tetap pada kedua-dua hujung. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 4 mE = 200 GPa (keluli)d = 80 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 = 2.5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Keratan alur diletakkan dengan sisi terbukanya ke atas: plat tapak selebar 140 mm dengan dua kaki tegak, setinggi 110 mm secara keseluruhan. Tapak dan kaki semuanya setebal 12 mm. Cari ketinggian ȳ sentroid di atas tepi bawah.
b = 140 mmh = 110 mmt = 12 mm
ȳ = mm
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Plat 120 mm × 150 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 40 mm dan setinggi 50 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 52.5 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 120 mmh = 150 mmpotongan: 40 × 50 mmpusat lubang: y = 52.5 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 2.5 m mempunyai Cc = 0.2, Cr = 0.05 dan e₀ = 1. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 50 kPa dan nisbah pengukuhan lebih ialah OCR = 2.5. Sebuah bangunan baharu menambah 40 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 2 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 0.5 m²/tahun. Ia terletak di antara dua lapisan pasir, jadi air mengalir keluar di atas dan di bawah. Bagi pengukuhan purata 70% faktor masa ialah Tv = 0.403. Berapa tahun t yang diambil oleh lapisan itu untuk mencapai 70% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1.5 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 3 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1 m terletak pada dinding tangki air laut, dengan tepi atasnya 2 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
d = 2 mH = 3 mb = 1 mρ = 1025 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air mengalir pada halaju min 2 m/s melalui paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 100 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.025 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 150 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.02. Permukaan air takungan atas berada 16 m di atas takungan bawah. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 2) 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 5.5 m dan cerun sisi 1.5:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 1.2 m. n Manning = 0.012 dan cerun dasar ialah S = 0.004. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 5.5 my = 1.2 mz = 1.5n = 0.012S = 0.004
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu saluran kerikil segi empat tepat selebar 4.5 m mesti membawa 1.4 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 0.5 m. n Manning = 0.025. Cari cerun dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 1.4 m³/sb = 4.5 my = 0.5 mn = 0.025
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 34 m. Kecekapan pam ialah 72% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 88%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik Pel yang diambil oleh motor, dalam kW.
Satu pam memindahkan 75 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 150 m dengan diameter dalam 250 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.022; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 8 (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.
Anda memerlukan €15 000 dalam 6 tahun. Sebuah akaun membayar 3.6% setahun, dikompaun setiap suku tahun. Berapakah yang mesti anda depositkan hari ini? Cari nilai kini PV.
FV = €15 0003.6% / 4n = 6
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Satu pinjaman €150 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 25 tahun. Kadar faedah ialah 7.2% setahun, dikompaun setiap bulan. Cari bayaran bulanan A.
P = €150 0007.2% / 12N = 300
A = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah projek berkos €50 000 hari ini dan memulangkan €15 000, €16 500, €11 500, €20 500, €15 000 pada hujung tahun 1 hingga 5. Kos modal ialah 5%. Andaikan aliran tunai tiba secara sekata sepanjang setiap tahun. Cari tempoh bayar balik berdiskaun DPB dalam tahun.
Sebuah projek berkos €40 000 dan memulangkan €16 500, €23 000, €22 000 pada hujung tahun 1 hingga 3. Aliran tunai boleh dilaburkan semula pada kos modal 6%. Cari kadar pulangan dalaman terubah suai MIRR dalam peratus.
masa penghantaran bertaburan normal dengan min 32 min dan sisihan piawai 6 min. Berapakah pecahan yang terletak antara 27.2 dan 36.8 min? Berikan P sebagai perpuluhan.
μ = 32σ = 6x1 = 27.2x2 = 36.8
P =
30.Taburan normalSukar
Diameter lubang D adalah normal dengan min 25.04 mm dan sisihan piawai 0.01 mm. Diameter aci d adalah tak bersandar dan normal dengan min 25 mm dan sisihan piawai 0.02 mm. Aci yang dipilih secara rawak muat apabila D − d > 0. Cari kebarangkalian P bahawa ia muat. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
lubang: μ = 25.04 mm, σ = 0.01 mmaci: μ = 25 mm, σ = 0.02 mm
P =
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 13.33 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 = ½·10·8 = 40 kN
x̄ = 2L/3 = 5.333 m
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
ΣMA = 0: RB·8 = 40·5.333
RB = 26.67 kN
RA = 40 − 26.67 = 13.33 kN
Jawapan
RA = 13.33 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 24.33 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 = 12·3 = 36 kN, bertindak pada x̄ = 3.5 m
ΣMA = 0: RB·6 = 10·2 + 12·3·3.5
RB = 146/6 = 24.33 kN
ΣFy = 0: RA = 46 − 24.33 = 21.67 kN
Jawapan
RB = 24.33 kN
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: anggota CG
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 G
FG dan GH terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya CG.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Semak dengan kaedah sendi
Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).
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 = 40·3 + 25·3 → Cy = 48.75 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 48.75 = −8.75 kN
ΣFx = 0: Ax = −25 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
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 = 50.83 kN, R2 = 19.17 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = 50.83 kN·m, MC = 46.67, MD = 42.5, ME = 38.33, MF = 19.17, MG = 0
Jawapan
Tanda B: MB = 50.83 kN·m
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 = 63.33 kN, R2 = 56.67 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = −55, MC = −46.67, MD = −63.33, ME = −80 kN·m, MF = −40, MG = 0
Jawapan
Tanda E: ME = −80 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δB = 26.9 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 = 23000 N, a = 2000 mm, L = 3000 mm
EI = 3.99 × 10¹² N·mm²
Pesongan pada hujung bebas
Pesongan pada beban tambah cerun pada beban darab panjang yang tinggal.
δP = Pa³/(3EI) = 15.37 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0.01153 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 26.9 mm
Jawapan
δB = 26.9 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: δmid = 4.401 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.
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·25⁴/64 = 19175 mm⁴
Jejari legaran dan kelangsingan
A = 490.9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490.9) = 6.25 mm
KL = 0.5·2500 = 1250 mm
KL/r = 1250/6.25 = 200
Tegasan kritikal
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/200² = 17.27 MPa
Jawapan
σcr = 17.27 MPa
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: ȳ = 38.08 mm
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.
Pecahkan kepada segi empat tepat
Ambil tapak berlebar penuh dan dua kaki di atasnya (tinggi h − t), supaya tiada yang dikira dua kali.
bes: A1 = 140·12 = 1680 mm², y1 = 6 mm
dua kaki: A2 = 2·12·98 = 2352 mm², y2 = 12 + 98/2 = 61 mm
Sentroid
ȳ = (1680·6 + 2352·61)/4032 = 38.08 mm
Jawapan
ȳ = 38.08 mm
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 32.19 × 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 = (18000·75 − 2000·52.5)/(18000 − 2000) = 77.81 mm
Plat penuh pada ȳ
120·150³/12 + 18000·−2.813² = 33.89 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
40·50³/12 + 2000·−25.31² = 1.698 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 32.19 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 32.19 × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ = 51 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·1 + γsat,sand·4 + γsat,clay·2.5
σ = 17·1 + 20.5·4 + 17.5·2.5 = 142.8 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·6.5 = 63.77 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 142.8 − 63.77 = 78.98 kPa
Jawapan
σ′ = 78.98 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 15.95 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.
Tekanan prapengukuhan
σ′p = OCR·σ′0 = 2.5·50 = 125 kPa
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 50 + 40 = 90 kPa ≤ 125 kPa
Enapan
Lempung kekal pada garis pemampatan semulanya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.05·2.5/(1 + 1)·log₁₀(90/50) = 15.95 mm
Jawapan
S = 15.95 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 0.806 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 = 2/2 = 1 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.403·1²/0.5 = 0.806 tahun
Jawapan
t = 0.806 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 198.7 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 + 3/2 = 4.5 m
A = H·b = 3·1.5 = 4.5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·4.5·4.5 = 198.7 kN
Jawapan
F = 198.7 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 105.6 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 = 3·1 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1025·9.81·3.5·3 = 105.6 kN
Jawapan
F = 105.6 kN
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 5.097 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) = 2²/(2·9.81) = 0.2039 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.025·(100/0.1)·2²/(2·9.81) = 5.097 m
Jawapan
hf = 5.097 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Q = 126.4 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 = 0.02·150/0.2 = 15
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 2 + 1.0 = 4.4
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 = (5.5 + 1.5·1.2)·1.2 = 8.76 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5.5 + 2·1.2·√(1 + 1.5²) = 9.827 m
R = A/P = 0.8915 m
Halaju
V = (1/0.012)·0.89152/3·0.0041/2 = 4.882 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 8.76·4.882 = 42.76 m³/s
Jawapan
Q = 42.76 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.0007968 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.
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 = 1000·9.81·0.03·34 = 10.01 kW
Kuasa aci
Pshaft = 10.01/0.72 = 13.9 kW
Kuasa elektrik
Pel = 13.9/0.88 = 15.79 kW
Jawapan
Pel = 15.79 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 44.1 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 = 11 + 30.58 + 2.522 = 44.1 m
Jawapan
H = 44.1 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 12098 €
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 = 0.036000000000000004/4 = 0.009
N = 4·6 = 24
Nilai kini
PV = FV/(1 + i)N = 15 000/1.24 = €12 097.71
Jawapan
PV = €12 097.71
26.Nilai masa wang
Jawapan: A = 1079 €
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 = 0.07200000000000001/12 = 0.006
N = 12·25 = 300
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 = 0.1662
A = 150 000·0.006/(1 − 0.1662) = €1 079.38
Jawapan
A = €1 079.38
27.NPV & IRR
Jawapan: DPB = 3.641 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: 15 000/1.05 = 14 285.71 → Σ = 14 285.71
tahun 2: 16 500/1.103 = 14 965.99 → Σ = 29 251.70
tahun 3: 11 500/1.158 = 9 934.13 → Σ = 39 185.83
tahun 4: 20 500/1.216 = 16 865.40 → Σ = 56 051.23
Pecahan tahun terakhir
DPB = 3 + 10 814.17/16 865.40 = 3.641
Jawapan
DPB = 3.641 tahun
Bayar balik berdiskaun sentiasa lebih panjang daripada bayar balik mudah (3.341 tahun).
28.NPV & IRR
Jawapan: MIRR = 17.52 %
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
16 500·1.062 = 18 539.40
23 000·1.061 = 24 380.00
22 000·1.060 = 22 000.00
TV = 64 919.40
MIRR
MIRR = (64 919.40/40 000)1/3 − 1 = 17.52%
Jawapan
MIRR = 17.52%
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.5763
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 = (27.2 − 32)/6 = −0.8
z₂ = (36.8 − 32)/6 = 0.8
Luas antara
P = Φ(0.8) − Φ(−0.8) = 0.7881 − 0.2119 = 0.5763
Jawapan
P = 0.5763
30.Taburan normal
Jawapan: P = 0.9633
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 = 25.04 − 25 = 0.04 mm, σ = 0.02236 mm
Piawaikan
z = (0 − 0.04)/0.02236 = −1.79
Kebarangkalian
P = 1 − Φ(−1.79) = 0.9633
Jawapan
P = 0.9633
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.