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 itu mempunyai pin di A dan penggelek di B. Ia membawa beban titik P pada 5 m dari A dan pasangan daya lawan arah jam M pada 3 m dari A. Cari tindak balas menegak RB, dengan ke atas sebagai positif.
L = 8 mP = 50 kN pada 5 mM = 15 kN·m (lawan arah jam) pada 3 m
RB = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk itu mempunyai pin di A dan penggelek di B, 6 m dari A, dan menjulur melepasi B hingga hujung bebas C. Ia membawa beban titik P pada 2 m dari A dan beban teragih seragam w dari 4 m hingga hujung bebas pada 8 m. Cari tindak balas menegak RB, dengan ke atas sebagai positif.
AB = 6 mAC = 8 mP = 45 kN pada 2 mw = 3 kN/m dari 4 hingga 8 m
RB = kN
3.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAC dalam anggota AC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 4 mtinggi = 2 mB ialah 1 m dari Abeban tegak = 40 kN
FAC = 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.
Rasuk disokong mudah itu membawa sepasang daya ikut arah jam M0 = 60 kN·m pada x = 1 m dari A, dan tiada beban lain. Cari momen lentur Mx sejurus di sebelah kiri pasangan daya itu. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.
L = 5 mM0 = 60 kN·m ikut arah jam, pada 1 m
Mx = 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.
10 kN @ 0 m50 kN @ 12 m45 kN @ 4 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 2 m)
3C (x = 4 m)
4D (x = 6 m)
5E (x = 8 m)
6F (x = 10 m)
7G (x = 12 m)
7.Pesongan rasukSederhana
Julur sepanjang L terikat tetap pada A dan membawa beban titik P pada jarak a = 1.5 m dari A. Cari pesongan δB pada hujung bebas B.
P = 25 kNa = 1.5 mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Pesongan rasukSukar
Satu rasuk disokong mudah membawa beban teragih seragam w. Pesongannya tidak boleh melebihi rentang/360. Cari momen luas kedua terkecil Ireq yang memenuhi had ini.
w = 12 kN/mL = 6 mE = 70 GPa (aluminium)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan tetap pada kedua-dua hujung. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 2.5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 50 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang bulat pejal sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pin pada kedua-dua hujung. Ia mesti menanggung 65 kN dengan faktor keselamatan 2.5 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 65 kNn = 2.5L = 5 mE = 200 GPa (keluli)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Keratan alur diletakkan dengan sisi terbukanya ke atas: plat tapak selebar 180 mm dengan dua kaki tegak, setinggi 170 mm secara keseluruhan. Tapak dan kaki semuanya setebal 16 mm. Cari ketinggian ȳ sentroid di atas tepi bawah.
b = 180 mmh = 170 mmt = 16 mm
ȳ = mm
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Rasuk besi tuang mempunyai keratan T seperti yang ditunjukkan, dengan bebibir di atas. Tegasan yang dibenarkan ialah 35 MPa dalam tegangan dan 100 MPa dalam mampatan. Cari momen lentur sagging terbesar Mallow yang boleh ditanggung oleh rasuk.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 7.5 m mempunyai Cc = 0.3, Cr = 0.04 dan e₀ = 1.15. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 105 kPa dan nisbah pengukuhan lebih ialah OCR = 2.5. Sebuah bangunan baharu menambah 190 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 7 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 0.5 m²/tahun. Ia terletak di atas batuan tak telap, dengan pasir di atasnya, jadi air mengalir keluar hanya di atas. 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 2.5 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 gliserin, dengan tepi atasnya 4 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
d = 4 mH = 2 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air mengalir pada 150 L/s melalui paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 250 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.025 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Satu paip sepanjang 300 m dengan diameter dalam 250 mm (faktor geseran Darcy f = 0.022) bermula dari takungan terbuka dan mengalir keluar sebagai pancutan bebas ke udara. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu) dan injap (K = 2). Gunakan g = 9.81 m/s². Seberapa tinggi H permukaan takungan mesti berada di atas keluaran paip untuk kadar alir 75 L/s?
Satu saluran kerikil trapezoid mempunyai lebar dasar 1.5 m dan cerun sisi 1:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 2.4 m. n Manning = 0.025 dan cerun dasar ialah S = 0.0005. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 1.5 my = 2.4 mz = 1n = 0.025S = 0.0005
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu saluran konkrit tidak siap trapezoid dengan lebar dasar 2.5 m dan cerun sisi 2:1 (mengufuk:menegak) mesti membawa 13 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 1 m. n Manning = 0.014. Cari cerun dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 13 m³/sb = 2.5 my = 1 mz = 2n = 0.014
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 60 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 34 m. Kecekapan pam ialah 72% 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 40 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 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.018; 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 150 kPa. Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Sebuah hartanah dijangka memperoleh sewa bersih €2 000 pada tahun depan. Sewa dijangka bertumbuh 2.5% setahun selama-lamanya. Pulangan yang diperlukan ialah 4.5% setahun. Cari nilai PV hartanah itu hari ini.
C1 = €2 000g = 2.5%r = 4.5%
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Anda menyimpan €200 pada akhir setiap bulan selama 27 tahun. Akaun membayar 3% setahun, dikompaun setiap bulan. Berapakah jumlah simpanan anda pada akhirnya? Cari FV.
A = €2003% / 12N = 324
FV = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah mesin berkos €20 000 hari ini, tahan 6 tahun dan menelan kos €1 500 setahun untuk dijalankan (dibayar pada hujung setiap tahun). Kos modal ialah 5%. Cari kos tahunan setaranya EAC.
C0 = €20 000M = €1 500n = 6r = 5%
EAC = €
28.NPV & IRRSukar
Pelaburan €20 000 memulangkan €4 500 pada hujung setiap tahun selama 5 tahun. Cari kadar pulangan dalaman IRR dalam peratus.
C0 = €20 000CF = €4 500n = 5
IRR = %
29.Taburan normalSederhana
X normal dengan min 120 mm dan sisihan piawai 0.3 mm; Y tak bersandar dan normal dengan min 80 mm dan sisihan piawai 0.4 mm. Cari kebarangkalian P bahawa X + Y melebihi 199.5 mm. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μX = 120, σX = 0.3μY = 80, σY = 0.4X + Y > 199.5 mm
P =
30.Taburan normalSukar
ketinggian lelaki dewasa bertaburan normal dengan min 178 cm dan sisihan piawai 7 cm. Seret titik pemotong supaya 75% teratas yang berlorek berada di sebelah kanannya. Cari titik pemotong x.
μ = 178 cmσ = 7 cm75%
x = cm
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 29.38 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.
Momen pada A
Lawan arah jam positif.
ΣMA = 0: RB·8 − 50·5 + 15 = 0
RB = 235/8 = 29.38 kN
Keseimbangan menegak
RA = 50 − 29.38 = 20.63 kN
Jawapan
RB = 29.38 kN
Tindak balas negatif bertindak ke bawah.
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 27 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 teragih
W = 3·4 = 12 kN, x̄ = (4 + 8)/2 = 6 m
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
ΣMA = 0: RB·6 = 45·2 + 12·6
RB = 162/6 = 27 kN
RA = 57 − 27 = 30 kN
Jawapan
RB = 27 kN
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAC = 15 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 = 40·1 → Cy = 10 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 10 = 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 = 2/3.606 = 0.5547, cos γ = 3/3.606 = 0.8321
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. Pasangan daya yang dikenakan menyebabkan gambar rajah momen lentur melompat sebanyak magnitud pasangan daya itu.
Tindak balas penyokong
Momen pada A, lawan arah jam positif: RB·L − M0 = 0. Keseimbangan menegak: RA + RB = 0.
RB = M0/L = 60/5 = 12 kN (ke atas)
RA = −RB = −12 kN (ke bawah)
Keratan sejurus di sebelah kiri pasangan daya
Bahagian kiri hanya mengandungi RA.
Mx = RA·a = −12·1 = −12 kN·m
Jawapan
Mx = −12 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: F (x = 10 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 = 33.75 kN, R2 = 71.25 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = −20, MC = 27.5, MD = −15, ME = −57.5, MF = −100 kN·m, MG = 0
Jawapan
Tanda F: MF = −100 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δB = 43.67 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 = 25000 N, a = 1500 mm, L = 3000 mm
EI = 1.61 × 10¹² N·mm²
Pesongan pada hujung bebas
Pesongan pada beban tambah cerun pada beban darab panjang yang tinggal.
δP = Pa³/(3EI) = 17.47 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0.01747 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 43.67 mm
Jawapan
δB = 43.67 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: Ireq = 173.6 × 10⁶ mm⁴
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).
Had pesongan
δallow = L/360 = 6000/360 = 16.67 mm
Momen luas kedua yang diperlukan
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·12·6000⁴/(384·70000·16.67) = 1.736 × 10⁸ mm⁴
Ireq = 173.6 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ireq = 173.6 × 10⁶ mm⁴
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 135.7 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.
Beban kritikal yang diperlukan
Pcr = n·P = 2.5·65000 = 162500 N
KL = 1·5000 = 5000 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·162500·5000²/(π³·200000))^(1/4) = 80.47 mm
Jawapan
d = 80.47 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 248.5, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: ȳ = 61.65 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 = 180·16 = 2880 mm², y1 = 8 mm
dua kaki: A2 = 2·16·154 = 4928 mm², y2 = 16 + 154/2 = 93 mm
Sentroid
ȳ = (2880·8 + 4928·93)/7808 = 61.65 mm
Jawapan
ȳ = 61.65 mm
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Mallow = 7.608 kN·m
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.
Sagging: bahagian atas dalam mampatan, bahagian bawah dalam tegangan.
tepi atas: M = 100·3.073 × 10⁷/68.64 = 44.77 kN·m
tepi bawah: M = 35·3.073 × 10⁷/141.4 = 7.608 kN·m
Nilai penentu
Mallow = min = 7.608 kN·m (tepi bawah)
Jawapan
Mallow = 7.608 kN·m
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: u = 39.24 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).
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·4 = 39.24 kPa
Jawapan
u = 39.24 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ′ = 78.29 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 + 17.5·2.5 = 132.3 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·5.5 = 53.96 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 132.3 − 53.96 = 78.29 kPa
Jawapan
σ′ = 78.29 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 108.6 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 = 2.5·105 = 262.5 kPa
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 105 + 190 = 295 kPa > 262.5 kPa
Enapan
Pemampatan semula sehingga σ′p, pemampatan dara selepasnya.
S = 0.04·7.5/(1 + 1.15)·log₁₀(262.5/105) + 0.3·7.5/(1 + 1.15)·log₁₀(295/262.5)
S = 55.53 + 53.05 = 108.6 mm
Jawapan
S = 108.6 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 39.49 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 = 7 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.403·7²/0.5 = 39.49 tahun
Jawapan
t = 39.49 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 44.15 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 = 1·1.5 = 1.5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3·1.5 = 44.15 kN
Jawapan
F = 44.15 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: ycp = 5.067 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 = 4 + 2/2 = 5 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·5·2 = 123.6 kN
Pusat tekanan
Tekanan bertambah dengan kedalaman, jadi daya paduan bertindak di bawah sentroid.
Ic = b·H³/12 = 1·2³/12 = 0.6667 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 5 + 0.6667/(5·2) = 5.067 m
Jawapan
ycp = 5.067 m
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 9.519 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·0.25²/4 = 0.04909 m²
V = Q/A = 0.15/0.04909 = 3.056 m/s
Turus halaju
V²/(2g) = 3.056²/(2·9.81) = 0.4759 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.025·(200/0.25)·3.056²/(2·9.81) = 9.519 m
Jawapan
hf = 9.519 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: H = 3.665 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 = 0.075/0.04909 = 1.528 m/s
V²/(2g) = 0.119 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.022·300/0.25 = 26.4
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 2 = 3.4
Persamaan tenaga
Pancutan keluaran masih membawa turus halajunya; ia bukan kehilangan tetapi mesti dibekalkan.
H = (1 + 26.4 + 3.4)·0.119 = 3.665 m
Jawapan
H = 3.665 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 9.079 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 + z·y)·y = (1.5 + 1·2.4)·2.4 = 9.36 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 1.5 + 2·2.4·√(1 + 1²) = 8.288 m
R = A/P = 1.129 m
Halaju
V = (1/0.025)·1.1292/3·0.00051/2 = 0.97 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 9.36·0.97 = 9.079 m³/s
Jawapan
Q = 9.079 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.002933 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 = (2.5 + 2·1)·1 = 4.5 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2.5 + 2·1·√(1 + 2²) = 6.972 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 = 1000·9.81·0.06·34 = 20.01 kW
Kuasa aci
Pshaft = 20.01/0.72 = 27.8 kW
Kuasa elektrik
Pel = 27.8/0.95 = 29.26 kW
Jawapan
Pel = 29.26 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 21.45 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 = 5 + 15.29 + 1.157 = 21.45 m
Jawapan
H = 21.45 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 100000 €
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.
Anda sendiri membayar €64 800; selebihnya ialah faedah.
27.NPV & IRR
Jawapan: EAC = 5440 €
Kos tahunan setara: sebarkan nilai kini semua kos sepanjang hayat sebagai jumlah tahunan yang sama (satu anuiti): EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). Ia membolehkan anda membandingkan mesin yang berbeza hayatnya.
Faktor anuiti
(1 − 1.05−6)/0.05 = 5.076
Harga belian yang ditahunkan
20 000/5.076 = 3 940.35
EAC
EAC = 3 940.35 + 1 500 = €5 440.35
Jawapan
EAC = €5 440.35
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 4.059 %
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.
Faktor anuiti yang diperlukan
(1 − (1 + i)−5)/i = 20 000/4 500 = 4.444
Selesaikan untuk kadar
Faktor anuiti menurun apabila kadar meningkat; kepung kadar itu dan sempitkan.
i = 4%: 4.452
i = 5%: 4.329
IRR = 4.059%
Jawapan
IRR = 4.059%
29.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 hasil tambah
μ = 200 mm, σ = √(0.3² + 0.4²) = 0.5 mm
Piawaikan
z = (199.5 − 200)/0.5 = −1
Ekor atas
P = 1 − Φ(−1) = 1 − 0.1587 = 0.8413
Jawapan
P = 0.8413
30.Taburan normal
Jawapan: x = 173.3 cm
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) = 0.25
z daripada jadual
z ≈ −0.67
Kembali kepada unit asal
x = 178 − 0.67·7 = 173.3 cm
Jawapan
x = 173.3 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.