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 = 6 mP1 = 35 kN pada 2 mP2 = 25 kN pada 2.5 m
RB = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk julur terikat pada dinding di A. Ia membawa beban yang berubah secara linear iaitu 8 kN/m pada dinding dan menurun kepada sifar di hujung bebas B, ditambah beban titik P pada 3.5 m dari dinding. Cari magnitud momen tindak balas MA pada dinding.
L = 5 mw0 = 8 kN/mP = 40 kN pada 3.5 m
MA = kN·m
3.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FBC dalam anggota BC. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 5 mtinggi = 4 mB ialah 1 m dari Abeban tegak = 55 kN
FBC = kN
4.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Tepat satu anggota kekuda ini tidak membawa daya di bawah beban ini. Yang manakah anggota daya sifar? Klik padanya dalam rajah.
Julur itu terikat tetap pada A. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya dan beban titik P pada 0.5 m dari A. Cari momen lentur MA pada penyokong tetap A. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.
L = 2 mP = 40 kN pada 0.5 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 2 m
MA = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Rasuk disokong mudah itu membawa beban teragih seragam pada sebahagian rentangnya. Cari momen lentur maksimum Mmax dalam rasuk.
L = 4 mw = 16 kN/m dari 1 hingga 3 m
Mmax = 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 mE = 11 GPa (kayu balak)I = 84 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Pesongan rasukSukar
Julur bertopang terikat tetap pada A dan disokong mudah (ditopang) pada B. Ia membawa beban teragih seragam w sepanjang keseluruhan panjangnya. EI adalah malar. Cari magnitud momen lentur MA pada hujung tetap.
L = 3 mw = 4 kN/m
MA = kN·m
9.Lengkokan tiangSederhana
Satu tiang sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Dengan formula Euler, cari beban lengkokan kritikal Pcrnya.
L = 1 mE = 70 GPa (aluminium)d = 30 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 115 kN dengan faktor keselamatan 2 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 115 kNn = 2L = 4 mE = 200 GPa (keluli)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Tiub bulat mempunyai diameter luar D = 300 mm dan diameter dalam d = 276 mm. Cari jejari legaran r pada paksi sentroid mengufuk.
D = 300 mmd = 276 mm
r = mm
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Plat 150 mm × 150 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 50 mm dan setinggi 30 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 90 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 150 mmh = 150 mmpotongan: 50 × 30 mmpusat lubang: y = 90 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanahSederhana
Bagi profil tanah yang ditunjukkan, cari tekanan air liang u pada titik X.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 5 m mempunyai Cc = 0.4, Cr = 0.06 dan e₀ = 1.15. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 110 kPa dan nisbah pengukuhan lebih ialah OCR = 2. Sebuah bangunan baharu menambah 40 kPa tegasan menegak pada kedalaman tengah. Cari enapan pengukuhan primer S dalam mm.
Satu lapisan lempung setebal 9 m mempunyai pekali pengukuhan cv = 3 m²/tahun. Ia terletak di antara dua lapisan pasir, jadi air mengalir keluar di atas dan di bawah. Bagi pengukuhan purata 60% faktor masa ialah Tv = 0.287. Berapa tahun t yang diambil oleh lapisan itu untuk mencapai 60% pengukuhan?
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 3 m terletak pada dinding tangki air, dengan tepi atasnya 2 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 3 m terletak pada dinding tangki minyak, dengan tepi atasnya 2.5 m di bawah permukaan. Cari kedalaman ycp pusat tekanan di bawah permukaan.
d = 2.5 mH = 2 mb = 3 mρ = 880 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air mengalir pada halaju min 1 m/s melalui paip sepanjang 1000 m dengan diameter dalam 250 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.015 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Satu paip sepanjang 400 m dengan diameter dalam 300 mm (faktor geseran Darcy f = 0.015) 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 = 10). Gunakan g = 9.81 m/s². Seberapa tinggi H permukaan takungan mesti berada di atas keluaran paip untuk kadar alir 100 L/s?
Satu saluran konkrit tidak siap segi empat tepat selebar 3 m. Air mengalir secara seragam sedalam 1.6 m. n Manning = 0.014 dan cerun dasar ialah S = 0.001. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 3 my = 1.6 mn = 0.014S = 0.001
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu saluran tanah bersih segi empat tepat selebar 1 m mesti membawa 1 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 1.5 m. n Manning = 0.022. Cari cerun dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 1 m³/sb = 1 my = 1.5 mn = 0.022
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Dalam satu ujian, satu pam menghantar 15 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 68 m manakala acinya mengambil 13.3 kW. Gunakan g = 9.81 m/s². Cari kecekapan pam η dalam peratus.
Q = 15 L/sH = 68 mPshaft = 13.3 kWg = 9.81 m/s²
η = %
24.Pam & kuasa pamSukar
Satu pam memindahkan 20 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 100 m dengan diameter dalam 100 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. Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Kad kredit mengenakan kadar faedah nominal 20% setahun, dimajmukkan setengah tahunan. Cari kadar tahunan berkesan EAR dalam peratus.
r = 20%m = 2
EAR = %
26.Nilai masa wangSukar
Pinjaman €20 000 dibayar balik dengan bayaran bulanan yang sama sepanjang 6 tahun pada 7.2% setahun, dimajmukkan setiap bulan. Berapakah jumlah faedah I yang dibayar sepanjang hayat pinjaman?
P = €20 0007.2% / 12N = 72
I = €
27.NPV & IRRSederhana
Sebuah mesin berkos €30 000 hari ini. Ia menjana €7 000 pada hujung setiap tahun selama 5 tahun dan kemudian boleh dijual pada harga €3 000. Kos modal ialah 10%. Cari nilai kini bersih NPV.
C0 = €30 000CF = €7 000S = €3 000n = 5r = 10%
NPV = €
28.NPV & IRRSukar
Satu projek berkos €10 000 dan memberi pulangan €4 000, €5 000, €5 500 pada akhir tahun 1 hingga 3. Cari kadar pulangan dalamannya IRR dalam peratus.
CF0 = −10 000CF1 = 4 000CF2 = 5 000CF3 = 5 500
IRR = %
29.Taburan normalSederhana
Jisim beg simen adalah tak bersandar dan normal dengan min 25 kg dan sisihan piawai 0.5 kg. Cari kebarangkalian P bahawa jumlah jisim 10 daripadanya di bawah 250.8 kg. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μ = 25 kgσ = 0.5 kgn = 10< 250.8 kg
P =
30.Taburan normalSukar
Masa pusingan pelari A X dan masa pusingan pelari B Y adalah tak bersandar dan normal: X mempunyai min 52 s dan sisihan piawai 4 s, Y mempunyai min 48 s dan sisihan piawai 3 s. Cari kebarangkalian P bahawa X lebih besar daripada Y. Bundarkan z kepada dua tempat perpuluhan.
μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
3Larutan
1.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 22.08 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·6 = 35·2 + 25·2.5
RB = 132.5/6 = 22.08 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 22.08 = 37.92 kN
Jawapan
RB = 22.08 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: MA = 173.3 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 segi tiga
W = ½·8·5 = 20 kN
x̄ = L/3 = 1.667 m
Momen pada dinding
MA = W·x̄ + P·a = 20·1.667 + 40·3.5 = 173.3 kN·m
Jawapan
MA = 173.3 kN·m
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FBC = −15.56 kN
Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.
ΣMA = 0: Cy·5 = 55·1 → Cy = 11 kN
ΣFy = 0: Ay = 55 − 11 = 44 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 = 4/5.657 = 0.7071, cos γ = 4/5.657 = 0.7071
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 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.
Simpan bahagian hujung bebas
P: −40·0.5 = −20 kN·m
w: −8·2²/2 = −16 kN·m
MA = −20 − 16 = −36 kN·m
Jawapan
MA = −36 kN·m
Negatif bermaksud hogging: tegangan pada muka atas.
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mmax = 24 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. 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 = 16·2 = 32 kN, bertindak pada x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 16·2·2
RB = 64/4 = 16 kN
ΣFy = 0: RA = 32 − 16 = 16 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.
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 = 2000 mm
EI = 9.24 × 10¹¹ N·mm²
Pesongan
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·2000⁴/(384·9.24 × 10¹¹) = 1.127 mm
Jawapan
δmax = 1.127 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: MA = 4.5 kN·m
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). Bagi rasuk tak boleh tentu secara statik, alihkan satu penyokong lebihan dan tetapkan pesongan di situ sifar (keserasian).
Alihkan topang
Tanpa topang, rasuk ialah julur. Hujung bebasnya akan terpesong di bawah beban.
δload = wL⁴/(8EI)
Keserasian pada topang
Daya topang RB sahaja mengangkat hujung bebas sebanyak RBL³/(3EI). Topang menahan B pada pesongan sifar, maka kedua-duanya mesti saling batal. EI saling batal.
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 = 2·115000 = 230000 N
KL = 1·4000 = 4000 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·230000·4000²/(π³·200000))^(1/4) = 78.5 mm
Jawapan
d = 78.5 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 203.8, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: r = 101.9 mm
Momen luas kedua: bagi segi empat tepat pada paksi sentroidnya sendiri I = bh³/12, dan pada tapaknya bh³/3 (teorem paksi selari I = Ic + A·d²). Lubang dikendalikan dengan menolak I-nya, selagi kedua-dua bahagian berkongsi paksi yang sama. Modulus keratan kenyal ialah S = I/c, dengan c ialah jarak ke gentian paling luar. Jejari legaran r = √(I/A) ialah jarak di mana keseluruhan luas akan memberikan I yang sama; ia digunakan dalam lengkokan tiang.
Luas bersih dan momen luas kedua
A = π(D² − d²)/4 = 10857 mm²
I = π(D⁴ − d⁴)/64 = 1.128 × 10⁸ mm⁴
Jejari legaran
r = √(I/A) = √(1.128 × 10⁸/10857) = 101.9 mm
Jawapan
r = 101.9 mm
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 41.71 × 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 = (22500·75 − 1500·90)/(22500 − 1500) = 73.93 mm
Plat penuh pada ȳ
150·150³/12 + 22500·1.071² = 42.21 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
50·30³/12 + 1500·16.07² = 0.4999 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 41.71 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 41.71 × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: u = 9.81 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) = 9.81·1 = 9.81 kPa
Jawapan
u = 9.81 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ′ = 80.79 kPa
Tegasan berkesan (Terzaghi): rangka tanah menanggung σ′ = σ − u. Tegasan jumlah σ ialah berat segala-galanya di atas titik itu, Σγ·h, menggunakan berat unit kering di atas paras air bumi dan berat unit tepu di bawahnya. Di bawah paras air bumi, tekanan air liang ialah hidrostatik: u = γw·(kedalaman di bawah paras air bumi).
Tegasan jumlah
Tambah berat setiap jalur tanah di atas X. Di atas paras air bumi gunakan berat unit kering, di bawahnya berat unit tepu.
σ = γd·2 + γsat,sand·2 + γsat,clay·3.5
σ = 16.5·2 + 18.5·2 + 18.5·3.5 = 134.8 kPa
Tekanan air liang
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·5.5 = 53.96 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 134.8 − 53.96 = 80.79 kPa
Jawapan
σ′ = 80.79 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 18.8 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 = 2·110 = 220 kPa
Bandingkan dengan tekanan prapengukuhan
σ′f = 110 + 40 = 150 kPa ≤ 220 kPa
Enapan
Lempung kekal pada garis pemampatan semulanya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.06·5/(1 + 1.15)·log₁₀(150/110) = 18.8 mm
Jawapan
S = 18.8 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 1.937 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 = 9/2 = 4.5 m
Masa
t = Tv·Hdr²/cv = 0.287·4.5²/3 = 1.937 tahun
Jawapan
t = 1.937 tahun
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 121.4 kN
Daya hidrostatik pada permukaan satah: F = ρ·g·yc·A. Ia bertindak pada pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang sentiasa terletak di bawah sentroid.
Kedalaman sentroid dan luas
yc = d + H/2 = 2 + 1.5/2 = 2.75 m
A = H·b = 1.5·3 = 4.5 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·2.75·4.5 = 121.4 kN
Jawapan
F = 121.4 kN
18.Daya hidrostatik
Jawapan: ycp = 3.595 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 = 2.5 + 2/2 = 3.5 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 880·9.81·3.5·6 = 181.3 kN
Pusat tekanan
Tekanan bertambah dengan kedalaman, jadi daya paduan bertindak di bawah sentroid.
Ic = b·H³/12 = 3·2³/12 = 2 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3.5 + 2/(3.5·6) = 3.595 m
Jawapan
ycp = 3.595 m
19.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: hf = 3.058 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) = 1²/(2·9.81) = 0.05097 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.015·(1000/0.25)·1²/(2·9.81) = 3.058 m
Jawapan
hf = 3.058 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: H = 3.305 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 = 0.1/0.07069 = 1.415 m/s
V²/(2g) = 0.102 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.015·400/0.3 = 20
ΣK = 0.5 + 3·0.3 + 10 = 11.4
Persamaan tenaga
Pancutan keluaran masih membawa turus halajunya; ia bukan kehilangan tetapi mesti dibekalkan.
H = (1 + 20 + 11.4)·0.102 = 3.305 m
Jawapan
H = 3.305 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 9.141 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·y = 3·1.6 = 4.8 m²
P = b + 2y = 3 + 2·1.6 = 6.2 m
R = A/P = 0.7742 m
Halaju
V = (1/0.014)·0.77422/3·0.0011/2 = 1.904 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 4.8·1.904 = 9.141 m³/s
Jawapan
Q = 9.141 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.0007955 m/m
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam dalam saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n pekali kekasaran, S cerun dasar (m/m) dan R = A/P jejari hidraulik: luas aliran dibahagi perimeter basah. Hanya sempadan yang bersentuhan dengan air dikira dalam P, bukan permukaan bebas. Segi empat tepat: A = b·y, P = b + 2y. Trapezoid dengan cerun sisi z:1 (mengufuk:menegak): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Paip bulat yang mengalir penuh atau separuh penuh mempunyai R = D/4.
Geometri
A = b·y = 1·1.5 = 1.5 m²
P = b + 2y = 1 + 2·1.5 = 4 m
R = A/P = 0.375 m
Selesaikan Manning untuk S
S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0.022·1/(1.5·0.52) = 0.0282
S = 0.0282² = 0.0007955
Jawapan
S = 0.0007955
Itu ialah penurunan 0.7955 m setiap kilometer.
23.Pam & kuasa pam
Jawapan: η = 75.23 %
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 = 1000·9.81·0.015·68 = 10.01 kW
Kecekapan
η = Ph/Pshaft = 10.01/13.3 = 75.23%
Jawapan
η = 75.23%
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 20.25 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 = 11 + 9.254 = 20.25 m
Jawapan
H = 20.25 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: EAR = 21 %
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 = 0.2/2 = 0.1
Majmukkan sepanjang satu tahun
EAR = (1 + 0.1)2 − 1 = 1.21 − 1 = 21%
Jawapan
EAR = 21%
EAR sentiasa melebihi kadar nominal apabila faedah dimajmukkan lebih daripada sekali setahun.
26.Nilai masa wang
Jawapan: I = 4689 €
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 = 72
A = 20 000·0.006/(1 − (1 + 0.006)−72) = €342.90
Jumlah faedah
I = N·A − P = 72·342.9 − 20 000 = €4 689.10
Jawapan
I = €4 689.10
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = −1602 €
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 aliran tunai tahunan
7 000·3.791 = 26 535.51
Nilai kini nilai sisa
3 000/1.611 = 1 862.76
NPV
NPV = −30 000 + 26 535.51 + 1 862.76 = −€1 601.73
Jawapan
NPV = −€1 601.73
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 19.93 %
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(15%) = 875.32
NPV(20%) = −11.57
Sempitkan
Interpolasi linear memberikan anggaran pertama; mengulanginya (atau fungsi IRR pada kalkulator) memberikan kadar tepat.
IRR ≈ 15 + 5·875.32/(875.32 − (−11.57)) = 19.93%
tepat: NPV(19.93%) = 0 → IRR = 19.93%
Jawapan
IRR = 19.93%
29.Taburan normal
Jawapan: P = 0.695
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 = 250 kg, σT = 0.5·√10 = 1.581 kg
Piawaikan
z = (250.8 − 250)/1.581 = 0.51
Kebarangkalian
P = Φ(0.51) = 0.695
Jawapan
P = 0.695
30.Taburan normal
Jawapan: P = 0.7881
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 = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s
Piawaikan
z = (0 − 4)/5 = −0.8
Kebarangkalian
P = 1 − Φ(−0.8) = 0.7881
Jawapan
P = 0.7881
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.