lamina di bawah Re ≈ 2000, gelora di atas Re ≈ 4000
Halaju min
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Kehilangan kecil
hm = ΣK·V²/(2g)
Nilai K lazim
masukan 0.5, keluaran 1.0, lengkuk 90° ≈ 0.3
Susutan tekanan
Δp = ρ·g·hf
Dua takungan terbuka
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Keluaran bebas
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Aliran saluran terbuka (Manning)
Persamaan Manning
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Kadar alir
Q = A·V
Jejari hidraulik
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Segi empat tepat
A = b·y, P = b + 2y
Trapezoid (cerun sisi z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Paip bulat, penuh atau separuh penuh
R = D/4
Cerun yang diperlukan
S = (n·Q/(A·R2/3))²
Pam & kuasa pam
Kuasa hidraulik
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Kuasa aci
Pshaft = Ph/ηpump
Kuasa elektrik
Pel = Pshaft/ηmotor
Turus pam
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Kehilangan sistem
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Nilai masa wang
Nilai masa hadapan
FV = PV·(1 + i)n
Nilai kini
PV = FV/(1 + i)n
Beberapa tempoh setahun
i = r/m, N = m·n
Anuiti, nilai kini
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Anuiti, nilai masa hadapan
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i
Kaedah
Lukis garis masa dengan setiap aliran tunai dan masanya.
Padankan kadar dengan tempoh: kadar bulanan untuk bayaran bulanan.
Gunakan FV = PV·(1 + i)ⁿ untuk jumlah tunggal dan formula anuiti untuk bayaran yang sama.
Semak tanda dan peringkat magnitud jawapan.
NPV & IRR
Nilai kini bersih
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Aliran tunai yang sama
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Kadar pulangan dalaman
r yang menjadikan NPV = 0
Keputusan
terima apabila NPV > 0 (atau IRR > pulangan yang diperlukan)
Kaedah
Senaraikan semua aliran tunai dengan tahunnya; pelaburan pada tahun 0 adalah negatif.
Diskaunkan setiap aliran tunai: CFt/(1 + r)t.
Jumlahkannya untuk mendapatkan NPV. Positif bermaksud projek memperoleh lebih daripada r.
Untuk IRR, cari kadar yang menjadikan NPV sifar melalui cuba-cuba atau interpolasi.
Taburan normal
Skor-z
z = (x − μ)/σ
Di bawah x
P(X < x) = Φ(z)
Di atas x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Antara
Φ(z2) − Φ(z1)
Persentil
x = μ + z·σ
Kaedah
Tukar nilai kepada skor-z: z = (x − μ)/σ.
Cari Φ(z), luas di sebelah kiri z.
Untuk luas di sebelah kanan gunakan 1 − Φ(z); untuk satu selang tolak dua luas sebelah kiri.
Untuk persentil, bekerja ke belakang: cari z untuk luas itu, kemudian x = μ + z·σ.
2Soalan latihan
1.Tindak balas penyokong rasukSederhana
Rasuk julur terikat pada dinding di A. Ia membawa beban teragih seragam w dari dinding hingga 3.5 m dan beban titik P pada 3.5 m dari dinding. Cari tindak balas menegak RA pada dinding.
L = 5 mP = 55 kN pada 3.5 mw = 4 kN/m dari 0 hingga 3.5 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 (8 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 4 m dari A dan beban titik Q pada 1 m dari A. Cari tindak balas RD pada penggelek.
AC = 3 mAD = 8 mP = 35 kN pada 4 mQ = 20 kN pada 1 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: 35 kN ↓C: 35 kN ↓G: 20 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 FAC dalam anggota AC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 5 mtinggi = 2 mB ialah 4 m dari Abeban tegak = 15 kNbeban mengufuk = 15 kN ←
FAC = kN
5.Daya ricih & momen lenturSederhana
Cari momen lentur Mx pada keratan x = 0.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 5 mw = 3 kN/m dari 0 hingga 5 mx = 0.5 m
Mx = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Cari momen lentur Mx pada keratan x = 5.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 6 mP = 40 kN pada 3.5 mw = 3 kN/m dari 0 hingga 6 mx = 5.5 m
Mx = kN·m
7.Pesongan rasukSederhana
Satu rasuk disokong mudah membawa beban teragih seragam w sepanjang seluruh rentangnya. Cari pesongan maksimum δmax, pada pertengahan rentang.
w = 5 kN/mL = 2.5 mE = 11 GPa (kayu balak)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Pesongan rasukSukar
Satu rasuk disokong mudah membawa beban teragih seragam w dan beban titik P pada pertengahan rentang. Dengan superposisi, cari pesongan pertengahan rentang δmax.
P = 14 kNw = 4 kN/mL = 6 mE = 200 GPa (keluli)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pin pada kedua-dua hujung. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 2.5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 80 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 80 kN dengan faktor keselamatan 3 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 80 kNn = 3L = 4 mE = 200 GPa (keluli)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Cari momen luas kedua Ix keratan-T pada paksi mengufuk x yang melalui sentroidnya.
bf = 100 mmtf = 30 mmtw = 14 mmhw = 100 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Keratan I simetri mempunyai bebibir selebar 210 mm dan setebal 12 mm, kedalaman keseluruhan 280 mm dan web setebal 14 mm. Ia menanggung momen lentur 80 kN·m pada paksi x. Cari magnitud tegasan lentur σj pada simpang antara web dengan bebibir atas.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 4.5 m mempunyai Cc = 0.3, Cr = 0.02 dan e₀ = 1. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 60 kPa dan nisbah pengukuhan lebih ialah OCR = 3. Sebuah bangunan baharu menambah 20 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 3.5 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 50% faktor masa ialah Tv = 0.197. Berapa tahun t yang diambil oleh lapisan itu untuk mencapai 50% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 1 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
d = 1 mH = 2 mb = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
18.Daya hidrostatikSukar
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1.5 m terletak pada dinding tangki gliserin, dengan tepi atasnya 2 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
Air (ρ = 1000 kg/m³) mengalir pada 1.1 m/s melalui paip mengufuk sepanjang 50 m dengan diameter dalam 50 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.015 dan g = 9.81 m/s². Cari susutan tekanan Δp sepanjang paip dalam kPa.
Satu paip sepanjang 100 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 = 5). Gunakan g = 9.81 m/s². Seberapa tinggi H permukaan takungan mesti berada di atas keluaran paip untuk kadar alir 50 L/s?
Satu saluran konkrit tidak siap trapezoid mempunyai lebar dasar 6 m dan cerun sisi 1.5:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 1.4 m. n Manning = 0.014 dan cerun dasar ialah S = 0.0008. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 6 my = 1.4 mz = 1.5n = 0.014S = 0.0008
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu pembetung konkrit dengan diameter dalam 250 mm (n Manning = 0.013) mesti mencapai halaju pembersihan sendiri 0.75 m/s apabila mengalir tepat penuh. Cari cerun minimum S (dalam m/m).
D = 250 mmn = 0.013V = 0.75 m/s
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 54 m. Kecekapan pam ialah 78% 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 80 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 150 m dengan diameter dalam 250 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.022; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 5 (masukan dan keluaran disertakan). Gunakan g = 9.81 m/s². Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Satu anuiti membayar €2 000 pada hujung setiap tahun selama 11 tahun. Kadar faedah ialah 8% setahun. Cari nilai kini PV anuiti itu.
A = €2 000i = 8%n = 11
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Gadai janji €300 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 25 tahun pada 2.4% setahun, dimajmukkan setiap bulan. Berapakah baki hutang sejurus selepas bayaran pada hujung tahun 3? Cari baki tertunggak B.
P = €300 0002.4% / 12N = 300k = 36
B = €
27.NPV & IRRSederhana
Satu pelaburan sebanyak €45 000 memberikan aliran tunai berikut pada akhir tahun 1 hingga 4: €10 000, €21 000, €15 000, €17 000. Kos modal ialah 9%. Cari nilai kini bersih NPV.
Satu projek berkos €25 000 dan memberi pulangan €17 000, €18 000 pada akhir tahun 1 hingga 2. Cari kadar pulangan dalamannya IRR dalam peratus.
CF0 = −25 000CF1 = 17 000CF2 = 18 000
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 16 daripadanya di bawah 188.8 kg. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μ = 12 kgσ = 0.8 kgn = 16< 188.8 kg
P =
30.Taburan normalSukar
Ketinggian X lelaki dan Y wanita dalam satu kumpulan adalah tak bersandar dan normal: X mempunyai min 180 cm dan sisihan piawai 10 cm, Y mempunyai min 170 cm dan sisihan piawai 12 cm. Cari kebarangkalian P bahawa X lebih besar daripada Y. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 69 kN
Keseimbangan julur: penyokong tetap boleh menolak ke atas dan juga menentang putaran, maka ia memberikan tindak balas menegak RA dan momen tindak balas MA. ΣFy = 0 memberikan RA, dan momen pada dinding memberikan MA = Σ(beban × jarak dari dinding). Beban teragih bertindak sebagai daya paduannya pada sentroid gambar rajah beban.
Daya paduan beban teragih
W = 4·3.5 = 14 kN, x̄ = 1.75 m
Keseimbangan menegak
RA = P + W = 55 + 14 = 69 kN
Jawapan
RA = 69 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RD = 7 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·5 = 35·1
RD = 7 kN
VC = 35 − 7 = 28 kN
Jawapan
RD = 7 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).
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 = 15·4 − 15·2 → Cy = 6 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 6 = 9 kN
ΣFx = 0: Ax = 15 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 = 2/2.236 = 0.8944, cos γ = 1/2.236 = 0.4472
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 = 3·5 = 15 kN, bertindak pada x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 3·5·2.5
RB = 37.5/5 = 7.5 kN
ΣFy = 0: RA = 15 − 7.5 = 7.5 kN
Potong pada x = 0.5 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 = 7.5·0.5 − 3·0.5·0.25 = 3.375 kN·m
Jawapan
Mx = 3.375 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mx = 15.79 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 = 3·6 = 18 kN, bertindak pada x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 40·3.5 + 3·6·3
RB = 194/6 = 32.33 kN
ΣFy = 0: RA = 58 − 32.33 = 25.67 kN
Potong pada x = 5.5 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)
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.
w = 5 N/mm, L = 2500 mm
EI = 1.32 × 10¹¹ N·mm²
Pesongan
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·2500⁴/(384·1.32 × 10¹¹) = 19.27 mm
Jawapan
δmax = 19.27 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: δmax = 11.45 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 = 14000 N, w = 4 N/mm, L = 6000 mm, EI = 1.14 × 10¹³ N·mm²
Setiap beban secara berasingan
δP = PL³/(48EI) = 14000·6000³/(48·1.14 × 10¹³) = 5.526 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·4·6000⁴/(384·1.14 × 10¹³) = 5.921 mm
Tambahkannya
δmax = 5.526 + 5.921 = 11.45 mm
Jawapan
δmax = 11.45 mm
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 222.3 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 = 3·80000 = 240000 N
KL = 1·4000 = 4000 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·240000·4000²/(π³·200000))^(1/4) = 79.34 mm
Jawapan
d = 79.34 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 201.7, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 5.425 × 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 = 100·30 = 3000 mm², yf = 100 + 30/2 = 115 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.
Segi empat tepat luar tolak dua potongan sisi
Kedua-dua potongan bersama selebar (B − tw) dan setinggi hw = H − 2tf, dan berkongsi paksi x.
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.
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·5 = 49.05 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 156.5 − 49.05 = 107.4 kPa
Jawapan
σ′ = 107.4 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ′ = 56.26 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·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2
σ = 16.5·1 + 20.5·2 + 19·2 = 95.5 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·4 = 39.24 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 95.5 − 39.24 = 56.26 kPa
Jawapan
σ′ = 56.26 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 5.622 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 = 3·60 = 180 kPa
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 60 + 20 = 80 kPa ≤ 180 kPa
Enapan
Lempung kekal pada garis pemampatan semulanya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.02·4.5/(1 + 1)·log₁₀(80/60) = 5.622 mm
Jawapan
S = 5.622 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 1.207 tahun
Pengukuhan primer lapisan lempung berketebalan H, menggunakan tegasan berkesan di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkukuh secara normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkukuh lebih memampat semula sepanjang Cr sehingga tekanan prapengukuhan σ′p dan hanya mengikut Cc selepas itu. Masa: t = Tv·Hdr²/cv, dengan laluan saliran Hdr ialah H/2 apabila air boleh keluar di atas dan bawah, dan H apabila hanya satu sisi yang mengalir.
Laluan saliran
Hdr = H/2 = 3.5/2 = 1.75 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.197·1.75²/0.5 = 1.207 tahun
Jawapan
t = 1.207 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 39.24 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 = 2 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·2·2 = 39.24 kN
Jawapan
F = 39.24 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: ycp = 2.533 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 = 2 + 1/2 = 2.5 m
A = H·b = 1·1.5 = 1.5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·2.5·1.5 = 46.35 kN
Pusat tekanan
Tekanan bertambah dengan kedalaman, jadi daya paduan bertindak di bawah sentroid.
Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil hm = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = hf + hm, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.
Kehilangan turus
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.015·(50/0.05)·1.1²/(2·9.81) = 0.9251 m
Susutan tekanan
Paip itu mengufuk dan halaju tidak berubah, jadi persamaan tenaga dipermudahkan kepada Δp = ρ·g·hf.
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 = 0.05/0.04909 = 1.019 m/s
V²/(2g) = 0.05288 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.022·100/0.25 = 8.8
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 5 = 6.4
Persamaan tenaga
Pancutan keluaran masih membawa turus halajunya; ia bukan kehilangan tetapi mesti dibekalkan.
H = (1 + 8.8 + 6.4)·0.05288 = 0.8567 m
Jawapan
H = 0.8567 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 23.31 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 = (6 + 1.5·1.4)·1.4 = 11.34 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·1.4·√(1 + 1.5²) = 11.05 m
R = A/P = 1.026 m
Halaju
V = (1/0.014)·1.0262/3·0.00081/2 = 2.056 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 11.34·2.056 = 23.31 m³/s
Jawapan
Q = 23.31 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.003833 m/m
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam dalam saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n pekali kekasaran, S cerun dasar (m/m) dan R = A/P jejari hidraulik: luas aliran dibahagi perimeter basah. Hanya sempadan yang bersentuhan dengan air dikira dalam P, bukan permukaan bebas. Segi empat tepat: A = b·y, P = b + 2y. Trapezoid dengan cerun sisi z:1 (mengufuk:menegak): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Paip bulat yang mengalir penuh atau separuh penuh mempunyai R = D/4.
Jejari hidraulik
R = D/4 = 0.25/4 = 0.0625 m
Selesaikan Manning untuk S
S = (n·V/R2/3)² = (0.013·0.75/0.1575)² = 0.003833
Jawapan
S = 0.003833
Itu ialah penurunan 3.833 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pel = 10.72 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 = 1000·9.81·0.015·54 = 7.946 kW
Kuasa aci
Pshaft = 7.946/0.78 = 10.19 kW
Kuasa elektrik
Pel = 10.19/0.95 = 10.72 kW
Jawapan
Pel = 10.72 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 7.464 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 + 2.464 = 7.464 m
Jawapan
H = 7.464 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 14278 €
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.
Faktor anuiti
(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0.4289)/0.08 = 7.139
Nilai kini
PV = 2 000·7.139 = €14 277.93
Jawapan
PV = €14 277.93
26.Nilai masa wang
Jawapan: B = 272749 €
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.
Apa sahaja yang masih terhutang mesti dilunaskan tepat oleh bayaran yang tinggal.
N − k = 300 − 36 = 264
B = 1331·(1 − (1 + 0.002)−264)/0.002 = €272 749.48
Jawapan
B = €272 749.48
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = 5476 €
Nilai kini bersih: diskaunkan setiap aliran tunai kembali ke hari ini dengan kadar pulangan yang diperlukan r, kemudian jumlahkannya: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projek dengan NPV > 0 memperoleh lebih daripada r dan menambah nilai. Kadar pulangan dalaman (IRR) ialah kadar yang menjadikan NPV = 0.
Nilai kini setiap aliran tunai
CF0 = −45 000
CF1/(1 + 0.09)1 = 10 000/1.09 = 9 174.31
CF2/(1 + 0.09)2 = 21 000/1.188 = 17 675.28
CF3/(1 + 0.09)3 = 15 000/1.295 = 11 582.75
CF4/(1 + 0.09)4 = 17 000/1.412 = 12 043.23
Jumlahkannya
NPV = €5 475.57
Jawapan
NPV = €5 475.57
NPV positif, jadi projek itu memperoleh lebih daripada pulangan yang diperlukan.
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 25.41 %
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(25%) = 120.00
NPV(30%) = −1 272.19
Sempitkan
Interpolasi linear memberikan anggaran pertama; mengulanginya (atau fungsi IRR pada kalkulator) memberikan kadar tepat.
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 = 192 kg, σT = 0.8·√16 = 3.2 kg
Piawaikan
z = (188.8 − 192)/3.2 = −1
Kebarangkalian
P = Φ(−1) = 0.1587
Jawapan
P = 0.1587
30.Taburan normal
Jawapan: P = 0.7389
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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15.62 cm
Piawaikan
z = (0 − 10)/15.62 = −0.64
Kebarangkalian
P = 1 − Φ(−0.64) = 0.7389
Jawapan
P = 0.7389
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.