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 penyokong pin di A dan penyokong penggelek di B. Cari tindak balas penyokong tegak RA.
L = 4 mP1 = 30 kN pada 2 mP2 = 30 kN pada 2.5 m
RA = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk majmuk terikat pada dinding di A, mempunyai engsel dalaman di C (6 m dari A) dan bertumpu pada penggelek di D (10 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 8 m dari A dan beban titik Q pada 1 m dari A. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.
AC = 6 mAD = 10 mP = 65 kN pada 8 mQ = 15 kN pada 1 m
MA = kN·m
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.
D: 10 kN ↓F: 10 kN ↓G: 35 kN ↓
1anggota AB
2anggota BC
3anggota CD
4anggota DE
5anggota FG
6anggota GH
7anggota AF
8anggota HE
9anggota BF
10anggota CG
11anggota DH
12anggota FC
13anggota HC
4.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.
B: 15 kN ↓D: 15 kN ↓H: 10 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
5.Daya ricih & momen lenturSederhana
Cari daya ricih Vx 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 = 10 mw = 2 kN/m dari 0 hingga 10 mx = 4 m
Vx = kN
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Rasuk disokong mudah itu membawa beban teragih seragam pada sebahagian rentangnya. Cari jarak x0 dari A ke keratan di mana momen lentur paling besar.
L = 6 mw = 8 kN/m dari 3 hingga 5 m
x0 = m
7.Pesongan rasukSederhana
Julur sepanjang L terikat tetap pada A dan membawa beban titik P pada jarak a = 3 m dari A. Cari pesongan δB pada hujung bebas B.
P = 13 kNa = 3 mL = 6 mE = 200 GPa (keluli)I = 160 × 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 = 5 kN/mL = 3 mE = 200 GPa (keluli)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas bebas. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 6 mE = 200 GPa (keluli)b × h = 50 × 100 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang bulat pejal sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas bebas. Ia mesti menanggung 55 kN dengan faktor keselamatan 2.5 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 55 kNn = 2.5L = 4 mE = 200 GPa (keluli)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Plat 120 mm × 240 mm mempunyai lubang bulat berdiameter 30 mm pada garis tengah menegaknya, dengan pusatnya 156 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 120 mmh = 240 mmd = 30 mmpusat lubang: y = 156 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Keratan-T digunakan sebagai rasuk dengan bebibir di atas dan membawa momen lentur melendut ke bawah sebanyak 20 kN·m. Cari tegasan lenturan σbawah pada tepi bawah.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 8 m mempunyai Cc = 0.4, Cr = 0.03 dan e₀ = 0.9. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 45 kPa dan nisbah pengukuhan lebih ialah OCR = 2.5. Sebuah bangunan baharu menambah 200 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Dalam ujian oedometer makmal, spesimen lempung setebal 20 mm, mengalir di atas dan bawah, mencapai 50% pengukuhan dalam 8 min. Di lapangan lempung yang sama membentuk lapisan setebal 5 m. Ia terletak di atas batuan tak telap, dengan pasir di atasnya, jadi air mengalir keluar hanya di atas. Berapa hari t yang diambil oleh lapisan lapangan untuk mencapai 50% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 2 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 0.5 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 2 m terletak pada dinding tangki gliserin, dengan tepi atasnya 3 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Air mengalir pada halaju min 2.1 m/s melalui paip sepanjang 500 m dengan diameter dalam 150 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.022 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 = 0.022. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 3 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 10) dan keluaran ke dalam takungan bawah (K = 1.0). Gunakan g = 9.81 m/s². Apakah beza aras air Δz antara takungan yang memberikan kadar alir 75 L/s?
Satu saluran konkrit siap trapezoid mempunyai lebar dasar 6 m dan cerun sisi 1.5:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 1.5 m. n Manning = 0.012 dan cerun dasar ialah S = 0.0015. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 6 my = 1.5 mz = 1.5n = 0.012S = 0.0015
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu saluran kerja bata segi empat tepat selebar 4.5 m mesti membawa 17 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 1.1 m. n Manning = 0.015. Cari cerun dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 17 m³/sb = 4.5 my = 1.1 mn = 0.015
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam dengan kecekapan 65% menghantar 20 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 14 m. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa aci Pshaft yang diperlukan, dalam kW.
Q = 20 L/sH = 14 mη = 65%g = 9.81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pam & kuasa pamSukar
Satu pam memindahkan 30 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 9 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 150 m dengan diameter dalam 150 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 250 kPa. Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Sebuah hartanah dijangka memperoleh sewa bersih €20 000 pada tahun depan. Sewa dijangka bertumbuh 3% setahun selama-lamanya. Pulangan yang diperlukan ialah 5% setahun. Cari nilai PV hartanah itu hari ini.
C1 = €20 000g = 3%r = 5%
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Gadai janji €150 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 20 tahun pada 7.2% setahun, dimajmukkan setiap bulan. Berapakah baki hutang sejurus selepas bayaran pada hujung tahun 11? Cari baki tertunggak B.
P = €150 0007.2% / 12N = 240k = 132
B = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah projek berkos €500 000 hari ini. Ia menjana €16 000 pada hujung tahun pertama, dan aliran tunai kemudian bertumbuh 4% setahun selama-lamanya. Kos modal ialah 8%. Cari nilai kini bersih NPV.
C0 = €500 000CF1 = €16 000g = 4%r = 8%
NPV = €
28.NPV & IRRSukar
Satu projek berkos €40 000 dan memberi pulangan €19 000, €21 500, €20 500 pada akhir tahun 1 hingga 3. Cari kadar pulangan dalamannya IRR dalam peratus.
CF0 = −40 000CF1 = 19 000CF2 = 21 500CF3 = 20 500
IRR = %
29.Taburan normalSederhana
skor IQ bertaburan normal dengan min 100 markah dan sisihan piawai 15 markah. Berapakah pecahan yang terletak antara 88.75 dan 115.75 markah? Berikan P sebagai perpuluhan.
μ = 100σ = 15x1 = 88.75x2 = 115.75
P =
30.Taburan normalSukar
Diameter lubang D adalah normal dengan min 25.04 mm dan sisihan piawai 0.015 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 = 0.015 mmaci: μ = 25 mm, σ = 0.02 mm
P =
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 26.25 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.
ΣMA = 0: RB·4 = 30·2 + 30·2.5
RB = 135/4 = 33.75 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 33.75 = 26.25 kN
Jawapan
RA = 26.25 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: MA = 210 kN·m
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·4 = 65·2
RD = 32.5 kN
VC = 65 − 32.5 = 32.5 kN
Bahagian AC
Daya engsel VC bertindak ke bawah pada AC (sama besar dan berlawanan dengan tindakannya pada CD).
RA = 15 + 32.5 = 47.5 kN
MA = 15·1 + 32.5·6 = 210 kN·m
Jawapan
MA = 210 kN·m
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: anggota BF
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 B
AB dan BC terletak pada satu garis lurus dan sendi tidak membawa beban. Mengimbangkan daya merentasi garisan itu meninggalkan hanya BF.
ΣF⊥ = 0 → FBF = 0
Semak dengan kaedah sendi
Menyelesaikan semua sendi memberikan daya anggota ini (T = tegangan, C = mampatan).
Anggota daya sifar: pada sendi, daya mesti seimbang dalam setiap arah. Jika sendi tidak mempunyai beban dan tiada penyokong, dan dua daripada tiga anggotanya segaris, maka imbangan merentasi garisan itu hanya melibatkan anggota ketiga, jadi dayanya sifar. Jika hanya dua anggota bertemu pada sendi tanpa beban dan keduanya tidak segaris, kedua-duanya sifar.
Sendi 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 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 = 2·10 = 20 kN, bertindak pada x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 2·10·5
RB = 100/10 = 10 kN
ΣFy = 0: RA = 20 − 10 = 10 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.
V = RA − (semua beban ke bawah di kiri keratan)
Vx = 10 − 2·4 = 2 kN
Jawapan
Vx = 2 kN
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: x0 = 3.667 m
Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan. Momen maksimum: kerana dM/dx = V, momen lentur mencapai puncak di mana daya ricih melalui sifar, sama ada pada beban titik atau di dalam beban teragih.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh rasuk.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 8·2 = 16 kN, bertindak pada x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·6 = 8·2·4
RB = 64/6 = 10.67 kN
ΣFy = 0: RA = 16 − 10.67 = 5.333 kN
Daya ricih sifar
Daya ricih bermula pada RA, kekal malar pada sebarang bahagian yang tidak dibebani dan menurun dengan kecerunan w di dalam beban.
RA − w·(x0 − 3) = 0
x0 = 3 + 5.333/8 = 3.667 m
Jawapan
x0 = 3.667 m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δB = 9.141 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 = 13000 N, a = 3000 mm, L = 6000 mm
EI = 3.2 × 10¹³ N·mm²
Pesongan pada hujung bebas
Pesongan pada beban tambah cerun pada beban darab panjang yang tinggal.
δP = Pa³/(3EI) = 3.656 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0.001828 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 9.141 mm
Jawapan
δB = 9.141 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: Ireq = 3.164 × 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 = 3000/360 = 8.333 mm
Momen luas kedua yang diperlukan
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·5·3000⁴/(384·200000·8.333) = 3.164 × 10⁶ mm⁴
Ireq = 3.164 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ireq = 3.164 × 10⁶ mm⁴
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 14.28 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
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.
Beban kritikal yang diperlukan
Pcr = n·P = 2.5·55000 = 137500 N
KL = 2·4000 = 8000 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·137500·8000²/(π³·200000))^(1/4) = 97.62 mm
Jawapan
d = 97.62 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 327.8, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 137.3 × 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 = (28800·120 − 706.9·156)/(28800 − 706.9) = 119.1 mm
Plat penuh pada ȳ
120·240³/12 + 28800·0.9058² = 138.3 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
π·30⁴/64 + 706.9·36.91² = 1.003 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 137.3 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 137.3 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: σbawah = 96.34 MPa
Luas gubahan: bahagikan keratan kepada segi empat tepat. Sentroid ialah purata berwajaran luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen luas kedua pada paksi sentroid menambah bh³/12 setiap bahagian dan sebutan paksi selari A·d²nya, dengan d ialah jarak dari sentroid bahagian itu ke sentroid keseluruhan. Tegasan lenturan ialah σ = M·y/I.
Bahagikan kepada dua segi empat tepat
Ukur setiap y dari tepi bawah.
bebibir: Af = 140·30 = 4200 mm², yf = 280 + 30/2 = 295 mm
Tegasan berkesan (Terzaghi): rangka tanah menanggung σ′ = σ − u. Tegasan jumlah σ ialah berat segala-galanya di atas titik itu, Σγ·h, menggunakan berat unit kering di atas paras air bumi dan berat unit tepu di bawahnya. Di bawah paras air bumi, tekanan air liang ialah hidrostatik: u = γw·(kedalaman di bawah paras air bumi).
Tegasan jumlah
Tambah berat setiap jalur tanah di atas X. Di atas paras air bumi gunakan berat unit kering, di bawahnya berat unit tepu.
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·9 = 88.29 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 199.5 − 88.29 = 111.2 kPa
Jawapan
σ′ = 111.2 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: u = 78.48 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) = 9.81·8 = 78.48 kPa
Jawapan
u = 78.48 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 619.6 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 = 2.5·45 = 112.5 kPa
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 45 + 200 = 245 kPa > 112.5 kPa
Enapan
Pemampatan semula sehingga σ′p, pemampatan dara selepasnya.
S = 0.03·8/(1 + 0.9)·log₁₀(112.5/45) + 0.4·8/(1 + 0.9)·log₁₀(245/112.5)
S = 50.27 + 569.3 = 619.6 mm
Jawapan
S = 619.6 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 1389 hari
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,lab = 20/2 = 10 mm = 0.01 m
Hdr,field = 5 m
Skalakan masa
t = Tv·Hdr²/cv dengan T_v dan cv yang sama di makmal dan lapangan.
tfield = 8·(5/0.01)² = 2 × 10⁶ min
tfield = 2 × 10⁶/1440 = 1389 hari
Jawapan
t = 1389 hari
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 36.79 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 = 0.5 + 1.5/2 = 1.25 m
A = H·b = 1.5·2 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·1.25·3 = 36.79 kN
Jawapan
F = 36.79 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 262.7 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 + 2.5/2 = 4.25 m
A = H·b = 2.5·2 = 5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·4.25·5 = 262.7 kN
Jawapan
F = 262.7 kN
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 16.48 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) = 2.1²/(2·9.81) = 0.2248 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.022·(500/0.15)·2.1²/(2·9.81) = 16.48 m
Jawapan
hf = 16.48 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Δz = 8.395 m
Aliran paip: nombor Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membezakan aliran lamina (Re di bawah kira-kira 2000) daripada aliran gelora (di atas kira-kira 4000). Geseran sepanjang paip menyebabkan kehilangan turus Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Alat sambungan, injap, masukan dan keluaran menambah kehilangan kecil hm = ΣK·V²/(2g). Antara dua permukaan takungan terbuka persamaan tenaga memberikan Δz = hf + hm, dengan kehilangan keluaran K = 1 disertakan.
Halaju
V = Q/A = 0.075/0.03142 = 2.387 m/s
V²/(2g) = 0.2905 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.022·150/0.2 = 16.5
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 10 + 1.0 = 12.4
Jumlah kehilangan turus
hf = 16.5·0.2905 = 4.793 m
hm = 12.4·0.2905 = 3.602 m
Δz = hf + hm = 8.395 m
Jawapan
Δz = 8.395 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 42.17 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 + 1.5·1.5)·1.5 = 12.38 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·1.5·√(1 + 1.5²) = 11.41 m
R = A/P = 1.085 m
Halaju
V = (1/0.012)·1.0852/3·0.00151/2 = 3.407 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 12.38·3.407 = 42.17 m³/s
Jawapan
Q = 42.17 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.003973 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 = 1000·9.81·0.02·14 = 2.747 kW
Kuasa aci
Pshaft = Ph/η = 2.747/0.65 = 4.226 kW
Jawapan
Pshaft = 4.226 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 38.89 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 = 9 + 25.48 + 4.407 = 38.89 m
Jawapan
H = 38.89 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 1 × 10⁶ €
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.
Apa sahaja yang masih terhutang mesti dilunaskan tepat oleh bayaran yang tinggal.
N − k = 240 − 132 = 108
B = 1181·(1 − (1 + 0.006)−108)/0.006 = €93 673.95
Jawapan
B = €93 673.95
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = −100000 €
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 = 16 000/(0.08 − 0.04) = 400 000.00
NPV
NPV = 400 000.00 − 500 000 = −€100 000.00
Jawapan
NPV = −€100 000.00
NPV negatif, jadi projek itu memperoleh kurang daripada pulangan yang diperlukan.
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 24.09 %
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(20%) = 2 627.31
NPV(25%) = −544.00
Sempitkan
Interpolasi linear memberikan anggaran pertama; mengulanginya (atau fungsi IRR pada kalkulator) memberikan kadar tepat.
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 = (88.75 − 100)/15 = −0.75
z₂ = (115.75 − 100)/15 = 1.05
Luas antara
P = Φ(1.05) − Φ(−0.75) = 0.8531 − 0.2266 = 0.6265
Jawapan
P = 0.6265
30.Taburan normal
Jawapan: P = 0.9452
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 = 0.025 mm
Piawaikan
z = (0 − 0.04)/0.025 = −1.6
Kebarangkalian
P = 1 − Φ(−1.6) = 0.9452
Jawapan
P = 0.9452
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.