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 = 10 mP1 = 30 kN pada 5 mP2 = 25 kN pada 8 m
RA = kN
2.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk disokong mudah itu mempunyai penyokong pin di A dan penyokong penggelek di B. Cari tindak balas penyokong tegak RA.
L = 4 mP = 50 kN pada 3 mw = 4 kN/m dari 2 hingga 3 m
RA = kN
3.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAB dalam anggota AB. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 5 mtinggi = 2 mB ialah 4 m dari Abeban tegak = 30 kN
FAB = kN
4.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAB dalam anggota AB. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 6 mtinggi = 2 mB ialah 5 m dari Abeban tegak = 60 kNbeban mengufuk = 10 kN ←
FAB = kN
5.Daya ricih & momen lenturSederhana
Rasuk disokong mudah itu membawa sepasang daya ikut arah jam M0 = 20 kN·m pada x = 4 m dari A, dan tiada beban lain. Cari momen lentur Mx sejurus di sebelah kanan pasangan daya itu. Gunakan momen sagging sebagai positif dan daya ricih ke atas pada muka kiri sebagai positif.
L = 5 mM0 = 20 kN·m ikut arah jam, pada 4 m
Mx = kN·m
6.Daya ricih & momen lenturSukar
Cari momen lentur Mx pada keratan x = 1.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 5 mP = 10 kN pada 4 mw = 8 kN/m dari 0 hingga 5 mx = 1.5 m
Mx = kN·m
7.Pesongan rasukSederhana
Julur sepanjang L terikat tetap pada A dan membawa beban titik P pada jarak a = 1 m dari A. Cari pesongan δB pada hujung bebas B.
P = 3 kNa = 1 mL = 4 mE = 70 GPa (aluminium)I = 8.5 × 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 = 15 kN/mL = 5 mE = 11 GPa (kayu balak)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
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 = 20 × 80 mm
Pcr = kN
10.Lengkokan tiangSukar
Satu tiang bulat pejal sepanjang L diperbuat daripada aluminium dan dengan pangkal tetap dan bahagian atas berpin. Ia mesti menanggung 75 kN dengan faktor keselamatan 3 terhadap lengkokan. Cari diameter terkecil d.
P = 75 kNn = 3L = 4 mE = 70 GPa (aluminium)
d = mm
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Cari momen luas kedua Ix keratan-T pada paksi mengufuk x yang melalui sentroidnya.
bf = 260 mmtf = 10 mmtw = 8 mmhw = 180 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Plat 150 mm × 200 mm mempunyai potongan segi empat tepat selebar 50 mm dan setinggi 20 mm, berpusat pada garis tengah menegak dengan pusatnya 120 mm di atas bahagian bawah. Cari momen luas kedua Ix pada paksi mengufuk melalui sentroid.
b = 150 mmh = 200 mmpotongan: 50 × 20 mmpusat lubang: y = 120 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanahSederhana
Bagi profil tanah yang ditunjukkan, cari tegasan berkesan menegak σ′ pada titik X.
Satu lapisan lempung terkukuh lebih setebal 5.5 m mempunyai Cc = 0.25, Cr = 0.04 dan e₀ = 0.75. Pada kedalaman tengahnya tegasan berkesan menegak ialah 65 kPa dan tekanan prapengukuhan ialah 185 kPa. Sebuah bangunan baharu menambah 270 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 10 min. Di lapangan lempung yang sama membentuk lapisan setebal 9 m. Ia terletak di antara dua lapisan pasir, jadi air mengalir keluar di atas dan di bawah. 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 1.5 m di bawah permukaan. Cari daya hidrostatik paduan F pada pintu air itu.
Satu pintu air segi empat tepat menegak selebar 1 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 = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.Geseran paip & kehilangan turusSederhana
Air mengalir pada 5 L/s melalui paip sepanjang 100 m dengan diameter dalam 75 mm. Gunakan faktor geseran Darcy f = 0.025 dan g = 9.81 m/s². Cari kehilangan turus geseran hf.
Q = 5 L/sL = 100 mD = 75 mmf = 0.025g = 9.81 m/s²
hf = m
20.Geseran paip & kehilangan turusSukar
Satu paip sepanjang 200 m dengan diameter dalam 150 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), 4 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 60 L/s?
Satu saluran tanah berumput trapezoid mempunyai lebar dasar 2 m dan cerun sisi 1:1 (mengufuk:menegak). Air mengalir secara seragam sedalam 2.1 m. n Manning = 0.03 dan cerun dasar ialah S = 0.003. Cari kadar alir Q dalam m³/s.
b = 2 my = 2.1 mz = 1n = 0.03S = 0.003
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sukar
Satu saluran konkrit tidak siap trapezoid dengan lebar dasar 2 m dan cerun sisi 1.5:1 (mengufuk:menegak) mesti membawa 2 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 0.6 m. n Manning = 0.014. Cari cerun dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 2 m³/sb = 2 my = 0.6 mz = 1.5n = 0.014
S = m/m
23.Pam & kuasa pamSederhana
Satu pam menghantar 50 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan turus 12 m. Kecekapan pam ialah 82% 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 80 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari takungan bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 36 m lebih tinggi. Paip itu sepanjang 150 m dengan diameter dalam 200 mm dan faktor geseran Darcy f = 0.025; 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 400 kPa. Cari turus H yang mesti ditambah oleh pam.
Anda memerlukan €15 000 dalam 9 tahun. Sebuah akaun membayar 4% setahun, dikompaun setiap suku tahun. Berapakah yang mesti anda depositkan hari ini? Cari nilai kini PV.
FV = €15 0004% / 4n = 9
PV = €
26.Nilai masa wangSukar
Anda menyimpan €300 pada akhir setiap bulan selama 13 tahun. Akaun membayar 7.2% setahun, dikompaun setiap bulan. Berapakah jumlah simpanan anda pada akhirnya? Cari FV.
A = €3007.2% / 12N = 156
FV = €
27.NPV & IRRSederhana
Satu pelaburan sebanyak €30 000 memberikan aliran tunai berikut pada akhir tahun 1 hingga 4: €12 000, €6 000, €11 000, €9 000. Kos modal ialah 5%. Cari nilai kini bersih NPV.
Satu projek berkos €50 000 dan memberi pulangan €29 000, €26 000 pada akhir tahun 1 hingga 2. Cari kadar pulangan dalamannya IRR dalam peratus.
CF0 = −50 000CF1 = 29 000CF2 = 26 000
IRR = %
29.Taburan normalSederhana
Seret z supaya luas berlorek antara −z dan z di bawah lengkung normal piawai ialah 0.7813. Cari z hingga dua tempat perpuluhan.
A = 0.7813
z =
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: RA = 20 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·10 = 30·5 + 25·8
RB = 350/10 = 35 kN
ΣFy = 0: RA = 55 − 35 = 20 kN
Jawapan
RA = 20 kN
2.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 14 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.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 4·1 = 4 kN, bertindak pada x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·4 = 50·3 + 4·1·2.5
RB = 160/4 = 40 kN
ΣFy = 0: RA = 54 − 40 = 14 kN
Jawapan
RA = 14 kN
3.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAB = −13.42 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 = 30·4 → Cy = 24 kN
ΣFy = 0: Ay = 30 − 24 = 6 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 2/4.472 = 0.4472
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −6/0.4472 = −13.42 kN
Jawapan
FAB = −13.42 kN (mampatan)
4.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAB = −35.9 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·6 = 60·5 − 10·2 → Cy = 46.67 kN
ΣFy = 0: Ay = 60 − 46.67 = 13.33 kN
ΣFx = 0: Ax = 10 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 2/5.385 = 0.3714
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −13.33/0.3714 = −35.9 kN
Jawapan
FAB = −35.9 kN (mampatan)
5.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mx = 4 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. Pasangan daya yang dikenakan menyebabkan gambar rajah momen lentur melompat sebanyak magnitud pasangan daya itu.
Tindak balas penyokong
Momen pada A, lawan arah jam positif: RB·L − M0 = 0. Keseimbangan menegak: RA + RB = 0.
RB = M0/L = 20/5 = 4 kN (ke atas)
RA = −RB = −4 kN (ke bawah)
Keratan sejurus di sebelah kanan pasangan daya
Bahagian kiri kini mengandungi RA dan pasangan daya.
Mx = RA·a + M0 = −4·4 + 20 = 4 kN·m
Jawapan
Mx = 4 kN·m
6.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mx = 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.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh rasuk.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 8·5 = 40 kN, bertindak pada x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 10·4 + 8·5·2.5
RB = 140/5 = 28 kN
ΣFy = 0: RA = 50 − 28 = 22 kN
Potong pada x = 1.5 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 = 22·1.5 − 8·1.5·0.75 = 24 kN·m
Jawapan
Mx = 24 kN·m
7.Pesongan rasuk
Jawapan: δB = 9.244 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 = 3000 N, a = 1000 mm, L = 4000 mm
EI = 5.95 × 10¹¹ N·mm²
Pesongan pada hujung bebas
Pesongan pada beban tambah cerun pada beban darab panjang yang tinggal.
δP = Pa³/(3EI) = 1.681 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0.002521 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 9.244 mm
Jawapan
δB = 9.244 mm
8.Pesongan rasuk
Jawapan: Ireq = 799 × 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 = 5000/360 = 13.89 mm
Momen luas kedua yang diperlukan
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·15·5000⁴/(384·11000·13.89) = 7.99 × 10⁸ mm⁴
Ireq = 799 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ireq = 799 × 10⁶ mm⁴
9.Lengkokan tiang
Jawapan: Pcr = 53.71 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 = 3·75000 = 225000 N
KL = 0.7·4000 = 2800 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·225000·2800²/(π³·70000))^(1/4) = 84.92 mm
Jawapan
d = 84.92 mm
Semak: kelangsingan KL/r ialah 131.9, jadi tiang itu langsing dan Euler terpakai.
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: Ix = 12.27 × 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 = 260·10 = 2600 mm², yf = 180 + 10/2 = 185 mm
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 − 1000·120)/(30000 − 1000) = 99.31 mm
Plat penuh pada ȳ
150·200³/12 + 30000·0.6897² = 100 × 10⁶ mm⁴
Lubang pada ȳ
50·20³/12 + 1000·20.69² = 0.4614 × 10⁶ mm⁴
Tolak
Ix = 99.55 × 10⁶ mm⁴
Jawapan
Ix = 99.55 × 10⁶ mm⁴
13.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: σ′ = 70.69 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.
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah paras air bumi.
u = γw·(z − zw) = 9.81·1 = 9.81 kPa
Tegasan berkesan
σ′ = σ − u = 80.5 − 9.81 = 70.69 kPa
Jawapan
σ′ = 70.69 kPa
14.Tegasan berkesan dalam tanah
Jawapan: u = 83.39 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) = 9.81·8.5 = 83.39 kPa
Jawapan
u = 83.39 kPa
15.Enapan pengukuhan
Jawapan: S = 259.7 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 = 65 + 270 = 335 kPa > 185 kPa
Enapan
Pemampatan semula sehingga σ′p, pemampatan dara selepasnya.
S = 0.04·5.5/(1 + 0.75)·log₁₀(185/65) + 0.25·5.5/(1 + 0.75)·log₁₀(335/185)
S = 57.11 + 202.6 = 259.7 mm
Jawapan
S = 259.7 mm
16.Enapan pengukuhan
Jawapan: t = 1406 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 = 9/2 = 4.5 m
Skalakan masa
t = Tv·Hdr²/cv dengan T_v dan cv yang sama di makmal dan lapangan.
tfield = 10·(4.5/0.01)² = 2.025 × 10⁶ min
tfield = 2.025 × 10⁶/1440 = 1406 hari
Jawapan
t = 1406 hari
17.Daya hidrostatik
Jawapan: F = 264.9 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 = 1.5 + 3/2 = 3 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·3·9 = 264.9 kN
Jawapan
F = 264.9 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 = 1·1 = 1 m²
Daya paduan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·1.5·1 = 14.71 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·0.075²/4 = 0.004418 m²
V = Q/A = 0.005/0.004418 = 1.132 m/s
Turus halaju
V²/(2g) = 1.132²/(2·9.81) = 0.06529 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.025·(100/0.075)·1.132²/(2·9.81) = 2.176 m
Jawapan
hf = 2.176 m
20.Geseran paip & kehilangan turus
Jawapan: H = 19.21 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 = 0.06/0.01767 = 3.395 m/s
V²/(2g) = 0.5876 m
Pekali kehilangan
f·L/D = 0.015·200/0.15 = 20
ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 10 = 11.7
Persamaan tenaga
Pancutan keluaran masih membawa turus halajunya; ia bukan kehilangan tetapi mesti dibekalkan.
H = (1 + 20 + 11.7)·0.5876 = 19.21 m
Jawapan
H = 19.21 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: Q = 16.59 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 = (2 + 1·2.1)·2.1 = 8.61 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·2.1·√(1 + 1²) = 7.94 m
R = A/P = 1.084 m
Halaju
V = (1/0.03)·1.0842/3·0.0031/2 = 1.927 m/s
Kadar alir
Q = A·V = 8.61·1.927 = 16.59 m³/s
Jawapan
Q = 16.59 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawapan: S = 0.0008287 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 + z·y)·y = (2 + 1.5·0.6)·0.6 = 1.74 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·0.6·√(1 + 1.5²) = 4.163 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.
Kuasa hidraulik
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.05·12 = 5.886 kW
Kuasa aci
Pshaft = 5.886/0.82 = 7.178 kW
Kuasa elektrik
Pel = 7.178/0.94 = 7.636 kW
Jawapan
Pel = 7.636 kW
24.Pam & kuasa pam
Jawapan: H = 85.62 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 = 36 + 40.77 + 8.841 = 85.62 m
Jawapan
H = 85.62 m
25.Nilai masa wang
Jawapan: PV = 10484 €
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 dan bilangan tempoh
i = 0.04/4 = 0.01
N = 4·9 = 36
Nilai kini
PV = FV/(1 + i)N = 15 000/1.431 = €10 483.87
Jawapan
PV = €10 483.87
26.Nilai masa wang
Jawapan: FV = 77132 €
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.
Anda sendiri membayar €46 800; selebihnya ialah faedah.
27.NPV & IRR
Jawapan: NPV = 3777 €
Nilai kini bersih: diskaunkan setiap aliran tunai kembali ke hari ini dengan kadar pulangan yang diperlukan r, kemudian jumlahkannya: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projek dengan NPV > 0 memperoleh lebih daripada r dan menambah nilai. Kadar pulangan dalaman (IRR) ialah kadar yang menjadikan NPV = 0.
Nilai kini setiap aliran tunai
CF0 = −30 000
CF1/(1 + 0.05)1 = 12 000/1.05 = 11 428.57
CF2/(1 + 0.05)2 = 6 000/1.103 = 5 442.18
CF3/(1 + 0.05)3 = 11 000/1.158 = 9 502.21
CF4/(1 + 0.05)4 = 9 000/1.216 = 7 404.32
Jumlahkannya
NPV = €3 777.28
Jawapan
NPV = €3 777.28
NPV positif, jadi projek itu memperoleh lebih daripada pulangan yang diperlukan.
28.NPV & IRR
Jawapan: IRR = 6.724 %
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(5%) = 1 201.81
NPV(10%) = −2 148.76
Sempitkan
Interpolasi linear memberikan anggaran pertama; mengulanginya (atau fungsi IRR pada kalkulator) memberikan kadar tepat.
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 z
Φ(z) = (1 + 0.7813)/2 = 0.8907
Baca jadual-z secara terbalik
Cari 0.8907 di dalam jadual dan baca z.
z = 1.23
Jawapan
z = 1.23
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.