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 sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada 4 m dari dinding. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.
L = 4 mP = 25 kN pada 4 mw = 4 kN/m dari 0 hingga 4 m
MA = kN·m
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 (10 m dari A). Ia membawa beban titik P pada 5 m dari A, beban teragih seragam w pada seluruh bahagian CD dan beban titik Q pada 2 m dari A. Cari tindak balas RD pada penggelek.
AC = 3 mAD = 10 mP = 15 kN pada 5 mw = 12 kN/m dari 3 hingga 10 mQ = 10 kN pada 2 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.
H: 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 BG
13anggota DG
4.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAB dalam anggota AB. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 5 mtinggi = 2 mB ialah 1 m dari Abeban tegak = 15 kNbeban mengufuk = 25 kN ←
FAB = 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 @ 6 m12 kN/m, 0–12 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)
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.
25 kN @ 0 m20 kN @ 12 m20 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
Rasuk disokong mudah membawa beban titik P pada a = 1 m dari penyokong A. Cari pesongan δP di bawah beban.
P = 13 kNa = 1 mL = 4 mE = 200 GPa (keluli)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δP = 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 = 16 kNw = 12 kN/mL = 2 mE = 70 GPa (aluminium)I = 8.5 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
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 = 1 mE = 200 GPa (keluli)d = 50 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 115 kN dengan faktor keselamatan 2.5 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 115 kNn = 2.5L = 1 mE = 200 GPa (keluli)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Plat 150 mm × 200 mm mempunyai lubang bulat berdiameter 40 mm pada garis tengah menegaknya, dengan pusatnya 70 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 150 mmh = 200 mmd = 40 mmpusat lubang: y = 70 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Plat 100 mm × 150 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 30 mm dan setinggi 20 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 45 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 100 mmh = 150 mmpotongan: 30 × 20 mmpusat lubang: y = 45 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 3 m mempunyai Cc = 0.3, Cr = 0.04 dan e₀ = 0.65. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 120 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 220 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 10 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Dalam ujian oedometer makmal, spesimen lempung setebal 25 mm, mengalir di atas dan bawah, mencapai 50% pengukuhan dalam 5 min. Di lapangan lempung yang sama membentuk lapisan setebal 9.5 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 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 2 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 1 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
d = 1 mH = 1 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air mengalir pada 6 L/s melalui paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 50 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.03 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Q = 6 L/sL = 200 mD = 50 mmf = 0.03g = 9.81 m/s²
hf = m
20.Geseran paip & kehilangan turusSukar
Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 250 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.02. 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 60 L/s?
Satu saluran konkrit siap trapezoid mempunyai lebar dasar 6 m dan cerun sisi 1:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 1.2 m. n Manning = 0.012 dan cerun dasar ialah S = 0.005. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 6 my = 1.2 mz = 1n = 0.012S = 0.005
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu pembetung konkrit dengan diameter dalam 300 mm (n Manning = 0.013) mesti mencapai halaju pembersihan sendiri 1 m/s apabila mengalir tepat penuh. Cari cerun minimum S (dalam m/m).
D = 300 mmn = 0.013V = 1 m/s
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam dengan kecekapan 85% menghantar 40 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 78 m. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa aci Pshaft yang diperlukan, dalam kW.
Q = 40 L/sH = 78 mη = 85%g = 9.81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pam & kuasa pamSukar
Satu pam memindahkan 15 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 400 m dengan diameter dalam 100 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.
Kad kredit mengenakan kadar faedah nominal 15% setahun, dimajmukkan setiap suku tahun. Cari kadar tahunan berkesan EAR dalam peratus.
r = 15%m = 4
EAR = %
26.Nilai masa wangSukar
Gadai janji €300 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 25 tahun pada 7.2% setahun, dimajmukkan setiap bulan. Berapakah baki hutang sejurus selepas bayaran pada hujung tahun 12? Cari baki tertunggak B.
P = €300 0007.2% / 12N = 300k = 144
B = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah mesin berkos €40 000 hari ini, tahan 4 tahun dan menelan kos €1 500 setahun untuk dijalankan (dibayar pada hujung setiap tahun). Kos modal ialah 10%. Cari kos tahunan setaranya EAC.
C0 = €40 000M = €1 500n = 4r = 10%
EAC = €
28.NPV & IRRSukar
Projek A berkos €10 000 dan memulangkan €5 500, €4 000, €2 500 pada hujung tahun 1 hingga 3. Projek B berkos €12 000 dan memulangkan €3 500, €5 000, €6 000. Cari kadar persilangan r* di mana kedua-dua projek mempunyai NPV yang sama, dalam peratus.
X normal dengan min 250 g dan sisihan piawai 4 g; Y tak bersandar dan normal dengan min 500 g dan sisihan piawai 9 g. Cari kebarangkalian P bahawa X + Y melebihi 745.1 g. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 745.1 g
P =
30.Taburan normalSukar
Diameter lubang D adalah normal dengan min 25.02 mm dan sisihan piawai 0.015 mm. Diameter aci d adalah tak bersandar dan normal dengan min 25 mm dan sisihan piawai 0.015 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 = 25.02 mm, σ = 0.015 mmaci: μ = 25 mm, σ = 0.015 mm
P =
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: MA = 132 kN·m
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 = 4·4 = 16 kN, x̄ = 2 m
Momen pada dinding
MA = P·a + W·x̄ = 25·4 + 16·2 = 132 kN·m
Jawapan
MA = 132 kN·m
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RD = 46.29 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.
W = 12·7 = 84 kN pada 3.5 m dari C
ΣMC = 0: RD·7 = 15·2 + 84·3.5
RD = 46.29 kN
VC = 99 − 46.29 = 52.71 kN
Jawapan
RD = 46.29 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 C
BC dan CD 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·5 = 15·1 − 25·2 → Cy = −7 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − −7 = 22 kN
ΣFx = 0: Ax = 25 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 2/2.236 = 0.8944
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −22/0.8944 = −24.6 kN
Jawapan
FAB = −24.6 kN (mampatan)
5.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: D (x = 6 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 = 79.5 kN, R2 = 79.5 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = 135, MC = 222, MD = 261 kN·m, ME = 222, MF = 135, MG = 0
Jawapan
Tanda D: MD = 261 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: B (x = 2 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 = 41.25 kN, R2 = 23.75 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 kN·m, MC = −17.5, MD = −25, ME = −32.5, MF = −40, MG = 0
Jawapan
Tanda B: MB = −50 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δP = 2.12 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 = 1000 mm, b = 3000 mm, L = 4000 mm
EI = 4.6 × 10¹² N·mm²
Pesongan di bawah beban
δP = Pa²b²/(3EIL) = 13000·1000²·3000²/(3·4.6 × 10¹²·4000) = 2.12 mm
Jawapan
δP = 2.12 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: δmax = 8.683 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 = 16000 N, w = 12 N/mm, L = 2000 mm, EI = 5.95 × 10¹¹ N·mm²
Setiap beban secara berasingan
δP = PL³/(48EI) = 16000·2000³/(48·5.95 × 10¹¹) = 4.482 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·12·2000⁴/(384·5.95 × 10¹¹) = 4.202 mm
Tambahkannya
δmax = 4.482 + 4.202 = 8.683 mm
Jawapan
δmax = 8.683 mm
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 151.4 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 = 2.5·115000 = 287500 N
KL = 2·1000 = 2000 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·287500·2000²/(π³·200000))^(1/4) = 58.69 mm
Jawapan
d = 58.69 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 136.3, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 98.69 × 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 = (30000·100 − 1257·70)/(30000 − 1257) = 101.3 mm
Plat penuh pada ȳ
150·200³/12 + 30000·−1.312² = 100.1 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
π·40⁴/64 + 1257·−31.31² = 1.358 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 98.69 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 98.69 × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 27.54 × 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 = (15000·75 − 600·45)/(15000 − 600) = 76.25 mm
Plat penuh pada ȳ
100·150³/12 + 15000·−1.25² = 28.15 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
30·20³/12 + 600·−31.25² = 0.6059 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 27.54 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 27.54 × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ = 92.5 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).
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·3 = 29.43 kPa
Jawapan
u = 29.43 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 2.528 mm
Pengukuhan primer lapisan lempung berketebalan H, menggunakan tegasan berkesan di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkukuh secara normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkukuh lebih memampat semula sepanjang Cr sehingga tekanan prapengukuhan σ′p dan hanya mengikut Cc selepas itu. Masa: t = Tv·Hdr²/cv, dengan laluan saliran Hdr ialah H/2 apabila air boleh keluar di atas dan bawah, dan H apabila hanya satu sisi yang mengalir.
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 120 + 10 = 130 kPa ≤ 220 kPa
Enapan
Lempung kekal pada garis pemampatan semulanya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.04·3/(1 + 0.65)·log₁₀(130/120) = 2.528 mm
Jawapan
S = 2.528 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 2006 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 = 25/2 = 12.5 mm = 0.0125 m
Hdr,field = 9.5 m
Skalakan masa
t = Tv·Hdr²/cv dengan T_v dan cv yang sama di makmal dan lapangan.
tfield = 5·(9.5/0.0125)² = 2.888 × 10⁶ min
tfield = 2.888 × 10⁶/1440 = 2006 hari
Jawapan
t = 2006 hari
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 117.7 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 + 2/2 = 4 m
A = H·b = 2·1.5 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·4·3 = 117.7 kN
Jawapan
F = 117.7 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: ycp = 1.556 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 = 1 + 1/2 = 1.5 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·1.5·2 = 29.43 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.
Halaju min
A = π·0.05²/4 = 0.001963 m²
V = Q/A = 0.006/0.001963 = 3.056 m/s
Turus halaju
V²/(2g) = 3.056²/(2·9.81) = 0.4759 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.03·(200/0.05)·3.056²/(2·9.81) = 57.11 m
Jawapan
hf = 57.11 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Δz = 2.163 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 = 0.06/0.04909 = 1.222 m/s
V²/(2g) = 0.07615 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.02·200/0.25 = 16
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 10 + 1.0 = 12.4
Jumlah kehilangan turus
hf = 16·0.07615 = 1.218 m
hm = 12.4·0.07615 = 0.9442 m
Δz = hf + hm = 2.163 m
Jawapan
Δz = 2.163 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 48.15 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 + 1·1.2)·1.2 = 8.64 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·1.2·√(1 + 1²) = 9.394 m
R = A/P = 0.9197 m
Halaju
V = (1/0.012)·0.91972/3·0.0051/2 = 5.573 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 8.64·5.573 = 48.15 m³/s
Jawapan
Q = 48.15 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.005343 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 = 0.3/4 = 0.075 m
Selesaikan Manning untuk S
S = (n·V/R2/3)² = (0.013·1/0.1778)² = 0.005343
Jawapan
S = 0.005343
Itu ialah penurunan 5.343 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pshaft = 36.01 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 = 1000·9.81·0.04·78 = 30.61 kW
Kuasa aci
Pshaft = Ph/η = 30.61/0.85 = 36.01 kW
Jawapan
Pshaft = 36.01 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 54.33 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 + 25.48 + 17.85 = 54.33 m
Jawapan
H = 54.33 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: EAR = 15.87 %
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 bagi setiap tempoh
r/m = 0.15/4 = 0.0375
Majmukkan sepanjang satu tahun
EAR = (1 + 0.0375)4 − 1 = 1.159 − 1 = 15.87%
Jawapan
EAR = 15.87%
EAR sentiasa melebihi kadar nominal apabila faedah dimajmukkan lebih daripada sekali setahun.
26.Nilai masa wang
Jawapan: B = 218290 €
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 − 144 = 156
B = 2159·(1 − (1 + 0.006)−156)/0.006 = €218 290.14
Jawapan
B = €218 290.14
27.NPV & IRR
Jawapan: EAC = 14119 €
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 − 1.1−4)/0.1 = 3.17
Harga belian yang ditahunkan
40 000/3.17 = 12 618.83
EAC
EAC = 12 618.83 + 1 500 = €14 118.83
Jawapan
EAC = €14 118.83
28.NPV & IRR
Jawapan: r* = 5.302 %
Kadar persilangan: kadar diskaun di mana dua projek mempunyai NPV yang sama. Ia ialah IRR bagi beza aliran tunai mereka (B − A). Di bawahnya projek dengan aliran tunai yang lebih lewat dan lebih besar mempunyai NPV yang lebih tinggi; di atasnya, yang satu lagi menang.
Beza aliran tunai
ΔCF0 = −12 000 − (−10 000) = −2 000
ΔCF1 = 3 500 − 5 500 = −2 000
ΔCF2 = 5 000 − 4 000 = 1 000
ΔCF3 = 6 000 − 2 500 = 3 500
IRR bagi beza
NPVΔ(5%) = 25.70
NPVΔ(6%) = −58.13
r* = 5.302%
Jawapan
r* = 5.302%
Semak: pada 5.302% kedua-dua NPV ialah €971.42.
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.6915
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 = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9.849 g
Piawaikan
z = (745.1 − 750)/9.849 = −0.5
Ekor atas
P = 1 − Φ(−0.5) = 1 − 0.3085 = 0.6915
Jawapan
P = 0.6915
30.Taburan normal
Jawapan: P = 0.8264
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).