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 RB.
L = 8 mP1 = 15 kN pada 1 mP2 = 55 kN pada 6 m
RB = 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 6 m dari A. Cari tindak balas RD pada penggelek.
AC = 3 mAD = 8 mP = 35 kN pada 6 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: 10 kN ↓H: 40 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
Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.
D: 30 kN ↓F: 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 BG
13anggota DG
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.
55 kN @ 4 m60 kN @ 5 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
6.Daya ricih & momen lenturSukar
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 = 6 mP = 60 kN pada 5 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 6 mx = 0.5 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 = 2 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Pesongan rasukSukar
Rasuk kayu disokong mudah berkeratan segi empat tepat, selebar 75 mm, membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan rentangnya. Pesongan tengah rentangnya tidak boleh melebihi rentang/360. Cari kedalaman terkecil hreq bagi keratan itu.
w = 1 kN/mL = 4.5 mE = 11 GPa (kayu balak)b = 75 mm
hreq = mm
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 2 mE = 200 GPa (keluli)b × h = 25 × 100 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada keluli dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Cari kelangsingannya dan tegasan lengkokan kritikal σcr daripada formula Euler.
L = 5 mE = 200 GPa (keluli)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Cari momen luas kedua Ix keratan-T pada paksi mengufuk x yang melalui sentroidnya.
bf = 100 mmtf = 10 mmtw = 14 mmhw = 140 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Rasuk besi tuang mempunyai keratan T seperti yang ditunjukkan, dengan bebibir di atas. Tegasan yang dibenarkan ialah 50 MPa dalam tegangan dan 150 MPa dalam mampatan. Cari momen lentur sagging terbesar Mallow yang boleh ditanggung oleh rasuk.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 3 m mempunyai Cc = 0.4, Cr = 0.02 dan e₀ = 0.9. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 110 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 230 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 230 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 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 3 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 = 1 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
18.Daya hidrostatikSukar
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 2 m terletak pada dinding tangki air laut, dengan tepi atasnya 1 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Air mengalir pada 50 L/s melalui paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 250 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.03 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Dua takungan terbuka disambung oleh paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 250 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.02. Kehilangan kecil ialah masukan bertepi segi empat (K = 0.5), 4 lengkuk (K = 0.3 setiap satu), injap (K = 2) 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 100 L/s?
Sebuah pembetung air ribut konkrit dengan diameter dalam 450 mm mengalir tepat penuh (sebagai saluran terbuka, bukan di bawah tekanan). n Manning = 0.013 dan cerun ialah S = 0.004. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
D = 450 mmn = 0.013S = 0.004
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu pembetung konkrit dengan diameter dalam 375 mm (n Manning = 0.013) mesti mencapai halaju pembersihan sendiri 0.9 m/s apabila mengalir tepat penuh. Cari cerun minimum S (dalam m/m).
D = 375 mmn = 0.013V = 0.9 m/s
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 40 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 40 m. Kecekapan pam ialah 60% dan motor elektrik yang memacunya mempunyai kecekapan 94%. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kuasa elektrik Pel yang diambil oleh motor, dalam kW.
Satu pam memindahkan 50 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 13 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 300 m dengan diameter dalam 150 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.022; jumlah pekali kehilangan kecil ialah ΣK = 6 (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 €8 000 pada tahun depan. Sewa dijangka bertumbuh 2% setahun selama-lamanya. Pulangan yang diperlukan ialah 8% setahun. Cari nilai PV hartanah itu hari ini.
C1 = €8 000g = 2%r = 8%
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Pinjaman €15 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 3 tahun pada 7.2% setahun, dimajmukkan setiap bulan. Berapakah jumlah faedah I yang dibayar sepanjang hayat pinjaman?
P = €15 0007.2% / 12N = 36
I = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah projek berkos €20 000 hari ini dan memulangkan €9 000, €5 000, €6 000, €7 500, €8 500, €6 500 pada hujung tahun 1 hingga 6. Kos modal ialah 6%. Andaikan aliran tunai tiba secara sekata sepanjang setiap tahun. Cari tempoh bayar balik berdiskaun DPB dalam tahun.
Sebuah projek berkos €80 000 hari ini. Aliran tunainya ialah €12 000 pada hujung tahun 1 dan bertumbuh 3% setahun sehingga aliran tunai terakhir pada hujung tahun 8. Kos modal ialah 8%. Cari nilai kini bersih NPV.
C0 = €80 000CF1 = €12 000g = 3%n = 8r = 8%
NPV = €
29.Taburan normalSederhana
ketinggian lelaki dewasa bertaburan normal dengan min 178 cm dan sisihan piawai 7 cm. Berapakah pecahan yang terletak antara 164 dan 188.5 cm? Berikan P sebagai perpuluhan.
μ = 178σ = 7x1 = 164x2 = 188.5
P =
30.Taburan normalSukar
berat beg bertaburan normal dengan min 250 g dan sisihan piawai 5 g. Seret titik pemotong supaya 75% teratas yang berlorek berada di sebelah kanannya. Cari titik pemotong x.
μ = 250 gσ = 5 g75%
x = g
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 43.13 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·8 = 15·1 + 55·6
RB = 345/8 = 43.13 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 43.13 = 26.88 kN
Jawapan
RB = 43.13 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RD = 21 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 = 35·3
RD = 21 kN
VC = 35 − 21 = 14 kN
Jawapan
RD = 21 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).
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).
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 = 28.33 kN, R2 = 86.67 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua daya di satu sebelah potongan. Melendut (sagging) ialah positif, menjungkit (hogging) negatif.
MA = 0, MB = 28.33, MC = 56.67, MD = 85, ME = 113.3 kN·m, MF = 86.67, MG = 0
Jawapan
Tanda E: ME = 113.3 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mx = 16 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 = 8·6 = 48 kN, bertindak pada x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 60·5 + 8·6·3
RB = 444/6 = 74 kN
ΣFy = 0: RA = 108 − 74 = 34 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 = 34·0.5 − 8·0.5·0.25 = 16 kN·m
Jawapan
Mx = 16 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δmax = 2.511 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.
w = 2 N/mm, L = 3000 mm
EI = 8.4 × 10¹¹ N·mm²
Pesongan
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·3000⁴/(384·8.4 × 10¹¹) = 2.511 mm
Jawapan
δmax = 2.511 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: hreq = 183.8 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.
bh³/12 = Ireq → h = (12·3.883 × 10⁷/75)1/3 = 183.8 mm
Jawapan
hreq = 183.8 mm
Dalam amalan, pilih kedalaman piawai seterusnya di atas nilai ini.
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 131.1 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.
Momen luas kedua terkecil
Keratan bulat mempunyai I yang sama pada setiap paksi.
I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴
Jejari legaran dan kelangsingan
A = 490.9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490.9) = 6.25 mm
KL = 0.7·5000 = 3500 mm
KL/r = 3500/6.25 = 560
Tegasan kritikal
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/560² = 6.294 MPa
Jawapan
σcr = 6.294 MPa
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 6.934 × 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 = 100·10 = 1000 mm², yf = 140 + 10/2 = 145 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.
Sagging: bahagian atas dalam mampatan, bahagian bawah dalam tegangan.
tepi atas: M = 150·1.133 × 10⁷/38.28 = 44.41 kN·m
tepi bawah: M = 50·1.133 × 10⁷/111.7 = 5.071 kN·m
Nilai penentu
Mallow = min = 5.071 kN·m (tepi bawah)
Jawapan
Mallow = 5.071 kN·m
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ′ = 78.38 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·zw + γsat·(z − zw) = 15·4 + 19·2 = 98 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·2 = 19.62 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 98 − 19.62 = 78.38 kPa
Jawapan
σ′ = 78.38 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ = 111.5 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.
σ = γd·1 + γsat,sand·3 + γsat,clay·2
σ = 16·1 + 19.5·3 + 18.5·2 = 111.5 kPa
Jawapan
σ = 111.5 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 117.3 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 = 110 + 230 = 340 kPa > 230 kPa
Enapan
Pemampatan semula sehingga σ′p, pemampatan dara selepasnya.
S = 0.02·3/(1 + 0.9)·log₁₀(230/110) + 0.4·3/(1 + 0.9)·log₁₀(340/230)
S = 10.12 + 107.2 = 117.3 mm
Jawapan
S = 117.3 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 5014 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 = 9.5 m
Skalakan masa
t = Tv·Hdr²/cv dengan T_v dan cv yang sama di makmal dan lapangan.
tfield = 8·(9.5/0.01)² = 7.22 × 10⁶ min
tfield = 7.22 × 10⁶/1440 = 5014 hari
Jawapan
t = 5014 hari
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 = 1 + 1/2 = 1.5 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·1.5·3 = 44.15 kN
Jawapan
F = 44.15 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 113.1 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 + 2.5/2 = 2.25 m
A = H·b = 2.5·2 = 5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1025·9.81·2.25·5 = 113.1 kN
Jawapan
F = 113.1 kN
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 1.269 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 = 0.05/0.04909 = 1.019 m/s
Turus halaju
V²/(2g) = 1.019²/(2·9.81) = 0.05288 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.03·(200/0.25)·1.019²/(2·9.81) = 1.269 m
Jawapan
hf = 1.269 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: Δz = 2.686 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 = 0.1/0.04909 = 2.037 m/s
V²/(2g) = 0.2115 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.02·100/0.25 = 8
ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 2 + 1.0 = 4.7
Jumlah kehilangan turus
hf = 8·0.2115 = 1.692 m
hm = 4.7·0.2115 = 0.9942 m
Δz = hf + hm = 2.686 m
Jawapan
Δz = 2.686 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 0.1803 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 = 0.159 m², R = D/4 = 0.1125 m
Halaju
V = (1/0.013)·0.11252/3·0.0041/2 = 1.134 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 0.159·1.134 = 0.1803 m³/s
Jawapan
Q = 0.1803 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.003214 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 = 0.375/4 = 0.09375 m
Selesaikan Manning untuk S
S = (n·V/R2/3)² = (0.013·0.9/0.2064)² = 0.003214
Jawapan
S = 0.003214
Itu ialah penurunan 3.214 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: Pel = 27.83 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 = 1000·9.81·0.04·40 = 15.7 kW
Kuasa aci
Pshaft = 15.7/0.6 = 26.16 kW
Kuasa elektrik
Pel = 26.16/0.94 = 27.83 kW
Jawapan
Pel = 27.83 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 58.89 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 = 13 + 25.48 + 20.4 = 58.89 m
Jawapan
H = 58.89 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 133333 €
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.
Bayaran bulanan
i = 0.006, N = 36
A = 15 000·0.006/(1 − (1 + 0.006)−36) = €464.53
Jumlah faedah
I = N·A − P = 36·464.5 − 15 000 = €1 723.06
Jawapan
I = €1 723.06
27.NPV & IRR
Jawapan: DPB = 3.34 tahun
Tempoh bayar balik: masa sehingga aliran tunai terkumpul membayar balik pelaburan awal. Tunai dianggap masuk secara sekata sepanjang setiap tahun, maka bahagian terakhir ialah pecahan tahun. Bayar balik mudah mengabaikan nilai masa wang; tempoh bayar balik berdiskaun menggunakan aliran tunai yang didiskaunkan.
Aliran tunai berdiskaun dan terkumpul
tahun 1: 9 000/1.06 = 8 490.57 → Σ = 8 490.57
tahun 2: 5 000/1.124 = 4 449.98 → Σ = 12 940.55
tahun 3: 6 000/1.191 = 5 037.72 → Σ = 17 978.26
tahun 4: 7 500/1.262 = 5 940.70 → Σ = 23 918.97
Pecahan tahun terakhir
DPB = 3 + 2 021.74/5 940.70 = 3.34
Jawapan
DPB = 3.34 tahun
Bayar balik berdiskaun sentiasa lebih panjang daripada bayar balik mudah (3 tahun).
28.NPV & IRR
Jawapan: NPV = −4255 €
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.
NPV negatif, jadi projek itu memperoleh kurang daripada pulangan yang diperlukan.
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.9104
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 = (164 − 178)/7 = −2
z₂ = (188.5 − 178)/7 = 1.5
Luas antara
P = Φ(1.5) − Φ(−2) = 0.9332 − 0.02275 = 0.9104
Jawapan
P = 0.9104
30.Taburan normal
Jawapan: x = 246.7 g
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 = 250 − 0.67·5 = 246.7 g
Jawapan
x = 246.7 g
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.