Przygotowanie do egzaminu FE Civil: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 30 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Reakcje podpór belek

Równowaga
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Obciążenie równomierne
wypadkowa w·L w środku obciążenia
Moment
M = F·d

Metoda

  1. Narysuj schemat sił i zastąp każdą podporę jej reakcjami.
  2. Zastąp każde obciążenie ciągłe jedną siłą przyłożoną w jego środku ciężkości.
  3. Napisz równanie momentów względem jednej podpory, aby wyznaczyć reakcję w drugiej.
  4. Z ΣFy = 0 wyznacz pozostałą reakcję i sprawdź drugim równaniem momentów.

Kratownica: równoważenie węzłów

Metoda równoważenia węzłów
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Metoda przekrojów
ΣM = 0 about a cut point
Siła w pręcie
dodatnia = rozciąganie, ujemna = ściskanie

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór całej kratownicy.
  2. Metoda równoważenia węzłów: zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami w prętach i użyj ΣFx = 0 oraz ΣFy = 0.
  3. Metoda Rittera (przekrojów): przetnij potrzebny pręt i napisz równanie momentów względem punktu, w którym przecinają się pozostałe nieznane pręty.
  4. Załóż rozciąganie; wynik ujemny oznacza ściskanie.

Siła tnąca i moment zginający

Siła tnąca i moment
V = ΣF po jednej stronie, M = ΣF·d po jednej stronie
Naprężenie od zginania
σ = M·y/I
Prostokąt
I = bh³/12
Wskaźnik wytrzymałości przekroju
W = I/ymax
Swobodnie podparta, obciążenie równomierne
Mmax = wL²/8

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór z równowagi całej belki.
  2. Przetnij belkę w potrzebnym przekroju i zostaw jedną stronę.
  3. Siła tnąca: suma sił pionowych po tej stronie. Moment zginający: suma ich momentów względem przekroju.
  4. Aby znaleźć moment maksymalny, wyznacz miejsce, w którym siła tnąca jest równa zeru.

Ugięcie belki

Siła skupiona w środku rozpiętości
δ = PL³/(48EI)
Obciążenie równomierne, belka swobodnie podparta
δ = 5wL⁴/(384EI)
Wspornik, siła na końcu
δ = PL³/(3EI)
Wspornik, obciążenie równomierne
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozycja
δ = δ1 + δ2

Wyboczenie słupów

Siła krytyczna Eulera
Pcr = π²EI/(KL)²
Współczynnik długości wyboczeniowej
K = 1 przegub–przegub, 0,5 utwierdzenie–utwierdzenie, 0,7 utwierdzenie–przegub, 2 utwierdzenie–wolny koniec
Naprężenie krytyczne
σcr = Pcr/A
Smukłość
λ = KL/r, r = √(I/A)

Środek ciężkości i moment bezwładności

Środek ciężkości
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Prostokąt
I = bh³/12
Twierdzenie Steinera
I = Ic + A·d²
Przekrój złożony
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Naprężenie efektywne w gruncie

Naprężenie całkowite
σ = Σγi·hi
Ciśnienie wody w porach
u = γw·(z − zw)
Naprężenie efektywne
σ′ = σ − u
Woda
γw = 9,81 kN/m³

Osiadanie konsolidacyjne

Normalnie skonsolidowany
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Naprężenie końcowe
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Prekonsolidowany, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Prekonsolidowany, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Wskaźnik prekonsolidacji
OCR = σ′p/σ′0
Czas konsolidacji
t = Tv·Hdr²/cv
Droga filtracji
Hdr = H/2 (drenaż dwustronny), H (drenaż jednostronny)
Czynniki czasu
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Parcie hydrostatyczne

Ciśnienie na głębokości
p = ρgh
Parcie na ścianę pionową
F = ρg·hc·A
Środek parcia
yp = yc + Ic/(ycA)
Prostokąt
Ic = bH³/12

Tarcie w rurach i straty wysokości

Liczba Reynoldsa
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Charakter przepływu
laminarny poniżej Re ≈ 2000, turbulentny powyżej Re ≈ 4000
Prędkość średnia
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Straty miejscowe
hm = ΣK·V²/(2g)
Typowe wartości K
wlot 0,5, wylot 1,0, kolano 90° ≈ 0,3
Spadek ciśnienia
Δp = ρ·g·hf
Dwa otwarte zbiorniki
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Swobodny wypływ
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Wzór Manninga
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Natężenie przepływu
Q = A·V
Promień hydrauliczny
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Prostokąt
A = b·y, P = b + 2y
Trapez (nachylenie skarp z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Rura kołowa, pełna lub w połowie wypełniona
R = D/4
Wymagany spadek
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Pompy i moc pomp

Moc hydrauliczna
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Moc na wale
Pshaft = Ph/ηpump
Moc elektryczna
Pel = Pshaft/ηmotor
Wysokość podnoszenia pompy
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Straty w instalacji
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Wartość pieniądza w czasie

Wartość przyszła
FV = PV·(1 + i)n
Wartość bieżąca
PV = FV/(1 + i)n
Kilka okresów w roku
i = r/m, N = m·n
Renta, wartość bieżąca
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Renta, wartość przyszła
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Metoda

  1. Narysuj oś czasu z każdym przepływem pieniężnym i jego terminem.
  2. Dopasuj stopę do okresu: miesięczna stopa dla miesięcznych płatności.
  3. Użyj FV = PV·(1 + i)ⁿ dla pojedynczych kwot i wzorów na rentę dla równych płatności.
  4. Sprawdź znak i rząd wielkości odpowiedzi.

NPV i IRR

Wartość bieżąca netto
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Równe przepływy pieniężne
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Wewnętrzna stopa zwrotu
r, przy którym NPV = 0
Decyzja
przyjmij, gdy NPV > 0 (lub IRR > wymagana stopa zwrotu)

Metoda

  1. Wypisz wszystkie przepływy pieniężne z ich rokiem; inwestycja w roku 0 jest ujemna.
  2. Zdyskontuj każdy przepływ: CFt/(1 + r)t.
  3. Zsumuj je, aby otrzymać NPV. Wartość dodatnia oznacza, że projekt zarabia więcej niż r.
  4. Dla IRR znajdź stopę, przy której NPV jest równe zeru, metodą prób lub interpolacji.

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

2Zadania do ćwiczenia

1.Reakcje podpór belekŚredni
w0​ = 8 kN/mABRA​ = ?8 m

Belka swobodnie podparta (podpora nieprzesuwna w A, przesuwna w B) przenosi obciążenie liniowo zmienne, malejące od 8 kN/m w A do zera w B. Wyznacz pionową reakcję podpory RA.

L = 8 mw0 = 8 kN/m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 12 kN/mP = 40 kNABRA​ = ?RB​4 m1 m4 m1 m

Belka swobodnie podparta ma podporę przegubową nieprzesuwną w A i przesuwną w B. Wyznacz pionową reakcję podpory RA.

L = 10 mP = 40 kN w 9 mw = 12 kN/m od 4 do 5 m
RA = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABBCACACB20 kN6 m4 m2 m

Użyj metody równoważenia węzłów, aby wyznaczyć siłę FAC w pręcie AC. Rozciąganie podaj jako dodatnie, a ściskanie jako ujemne.

rozpiętość = 6 mwysokość = 2 mB jest 4 m od Aobciążenie pionowe = 20 kN
FAC = kN
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABBCACACB20 kN5 kN5 m3 m2 m

Użyj metody równoważenia węzłów, aby wyznaczyć siłę FAB w pręcie AB. Rozciąganie podaj jako dodatnie, a ściskanie jako ujemne.

rozpiętość = 5 mwysokość = 2 mB jest 3 m od Aobciążenie pionowe = 20 kNobciążenie poziome = 5 kN ←
FAB = kN
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
6 kN/m30 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 m

Punkty od A do G dzielą belkę na sześć równych części. W którym punkcie moment zginający ma największą wartość bezwzględną, dodatni lub ujemny? Kliknij go na rysunku.

30 kN @ 6 m6 kN/m, 0–8 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 4 kN/mAB3 m3 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone na części rozpiętości. Wyznacz maksymalny moment zginający Mmax w belce.

L = 6 mw = 4 kN/m od 3 do 6 m
Mmax = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
P = 2 kNABδ2 m1 m

Belka swobodnie podparta przenosi siłę skupioną P w odległości a = 2 m od podpory A. Wyznacz ugięcie δP pod siłą.

P = 2 kNa = 2 mL = 3 mE = 70 GPa (aluminium)I = 8,5 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
P = 20 kNAB2,5 m2,5 m

Belka jest utwierdzona w A i swobodnie podparta w B. Przenosi siłę skupioną P w środku rozpiętości. EI jest stałe. Wyznacz reakcję RB na podporze przesuwnej.

L = 5 mP = 20 kN w 2,5 m
RB = kN
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 3 m50 × 100 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest utwierdzony u podstawy i wolny u góry. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 3 mE = 200 GPa (stal)b × h = 50 × 100 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 5 md = 25 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony na obu końcach. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 5 mE = 70 GPa (aluminium)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
2603022014xwymiary w mm

Wyznacz moment bezwładności Ix przekroju teowego względem poziomej osi x przechodzącej przez jego środek ciężkości.

bf = 260 mmtf = 30 mmtw = 14 mmhw = 220 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
2002514014xM = 40 kN·mwymiary w mm

Przekrój teowy pracuje jako belka z półką u góry i przenosi dodatni moment zginający 40 kN·m. Wyznacz wartość naprężenia od zginania σgóra na górnej krawędzi.

bf = 200 mmtf = 25 mmtw = 14 mmhw = 140 mmM = 40 kN·m
σgóra = MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³9 mzwierciadło wody gruntowejXz = 6 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz pionowe naprężenie efektywne σ′ w punkcie X.

z = 6 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³
σ′ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 19 kN/m³4 mglinaγsat​ = 19 kN/m³6 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7 m

Dla pokazanego profilu gruntu wyznacz pionowe naprężenie efektywne σ′ w punkcie X.

z = 7 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 17 kN/m³piasek: γsat = 19 kN/m³glina: γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 170 kPapiasekglinaCc​ = 0,25, Cr​ = 0,04e0​ = 0,65σ′0​ = 80 kPaOCR = 32 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 2 m ma Cc = 0,25, Cr = 0,04 i e₀ = 0,65. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 80 kPa i wskaźnik prekonsolidacji wynosi OCR = 3. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 170 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 2 mCc = 0,25Cr = 0,04e0 = 0,65σ′0 = 80 kPaOCR = 3Δσ = 170 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 4 mcv​ = 1 m²/rok4 mpiasekzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny o miąższości 4 m ma współczynnik konsolidacji cv = 1 m²/rok. Leży między dwiema warstwami piasku, więc woda odpływa górą i dołem. Dla średniego stopnia konsolidacji 50% czynnik czasu wynosi Tv = 0,197. Po ilu latach t warstwa osiągnie 50% konsolidacji?

H = 4 mcv = 1 m²/rokU = 50%Tv = 0,197drenaż dwustronny
t = lata
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 3 mH = 3 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 2 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda), z górną krawędzią 3 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 3 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Parcie hydrostatyczneTrudny
zasuwad = 2,5 mH = 2,5 m

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 3 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (woda morska), z górną krawędzią 2,5 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 2,5 mH = 2,5 mb = 3 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
V = 2,3 m/sD = 200 mmL = 100 mf = 0,02

Woda płynie z prędkością średnią 2,3 m/s przez rurę o długości 100 m i średnicy wewnętrznej 200 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

V = 2,3 m/sL = 100 mD = 200 mmf = 0,02g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 0,2Δz = ?L = 150 m, D = 250 mm, f = 0,0154× kolano (K = 0,3)

Dwa otwarte zbiorniki są połączone rurą o długości 150 m, średnicy wewnętrznej 250 mm i współczynniku tarcia Darcy’ego f = 0,015. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 4 (K = 0,3 każde), zawór (K = 0,2) i wylot do dolnego zbiornika (K = 1,0). Przyjmij g = 9,81 m/s². Jaka różnica poziomów wody Δz między zbiornikami daje natężenie przepływu 75 L/s?

Q = 75 L/sL = 150 mD = 250 mmf = 0,015Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×4)Kvalve = 0,2Kexit = 1,0
Δz = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 1 my = 2,4 m1,5 : 1n = 0,014, S = 0,0015

Trapezowy kanał (niewygładzony beton) ma szerokość dna 1 m i nachylenie skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 2,4 m. Współczynnik Manninga n = 0,014, a spadek dna S = 0,0015. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 1 my = 2,4 mz = 1,5n = 0,014S = 0,0015
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
D = 600 mmn = 0,013, V = 1 m/s

Betonowy kanał ściekowy o średnicy wewnętrznej 600 mm (współczynnik Manninga n = 0,013) musi przy całkowitym wypełnieniu osiągnąć prędkość samooczyszczania 1 m/s. Wyznacz minimalny spadek S (w m/m).

D = 600 mmn = 0,013V = 1 m/s
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 40 L/sH = 64 m

Podczas próby pompa tłoczy 40 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 64 m, a jej wał pobiera 32,2 kW. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz sprawność pompy η w procentach.

Q = 40 L/sH = 64 mPshaft = 32,2 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompy i moc pompTrudny
250 kPa (nadciśnienie)PQ = 60 L/sΔz = 13 mL = 400 m, D = 200 mm, f = 0,015, ΣK = 8

Pompa przetłacza 60 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 13 m wyżej. Rura ma długość 400 m, średnicę wewnętrzną 200 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,015; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 8 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Górny zbiornik jest zamknięty, a powietrze nad wodą ma nadciśnienie 250 kPa. Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 60 L/sΔz = 13 mL = 400 mD = 200 mmf = 0,015ΣK = 8ptank = 250 kPa
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata01234567€8 000FV = ?

Inwestujesz €8 000 przy nominalnej stopie 6 % rocznie z kapitalizacją miesięczną. Wyznacz wartość FV inwestycji po 7 latach.

PV = €8 0006% / 12n = 7
FV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
miesiące0123…180€200€200€200FV = ?

Odkładasz €200 na koniec każdego miesiąca przez 15 lat. Konto daje 6 % rocznie z miesięczną kapitalizacją. Ile uzbierasz na koniec? Wyznacz FV.

A = €2006% / 12N = 180
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata01234−60 00025 00016 00028 00029 000

Inwestycja €60 000 daje na koniec lat od 1 do 4 takie przepływy: €25 000, €16 000, €28 000, €29 000. Koszt kapitału wynosi 8 %. Wyznacz wartość bieżącą netto NPV.

r = 8%CF0 = −60 000CF1 = 25 000CF2 = 16 000CF3 = 28 000CF4 = 29 000
NPV = €
28.NPV i IRRTrudny
lata0123−40 00015 50022 50016 500

Projekt kosztuje €40 000 i przynosi €15 500, €22 500, €16 500 na koniec lat od 1 do 3. Przepływy można reinwestować przy koszcie kapitału 12 %. Wyznacz zmodyfikowaną wewnętrzną stopę zwrotu MIRR w procentach.

r = 12%CF0 = −40 000CF1 = 15 500CF2 = 22 500CF3 = 16 500
MIRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
360 g354,6 gT = X₁ + … + X₉?

Masy śrub są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 40 g i odchyleniem standardowym 1,2 g. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że łączna masa 9 z nich przekroczy 354,6 g. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μ = 40 gσ = 1,2 gn = 9> 354,6 g
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
0,02 mm0D − d?

Średnice otworów D mają rozkład normalny ze średnią 25,02 mm i odchyleniem standardowym 0,01 mm. Średnice wałów d są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 mm i odchyleniem standardowym 0,02 mm. Losowo wybrany wał pasuje, gdy D − d > 0. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że pasuje. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

otwór: μ = 25,02 mm, σ = 0,01 mmwał: μ = 25 mm, σ = 0,02 mm
P =

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 21,33 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku spełnia ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Zastąp każde obciążenie ciągłe jego wypadkową (polem wykresu obciążenia) przyłożoną w środku ciężkości wykresu obciążenia i licz momenty względem podpory, aby usunąć z równania reakcję tej podpory.

Wypadkowa obciążenia trójkątnego

W = ½·8·8 = 32 kN
x̄ = L/3 = 2,667 m

Równowaga

Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Potem równowaga sił pionowych.

ΣMA = 0: RB·8 = 32·2,667
RB = 10,67 kN
RA = 32 − 10,67 = 21,33 kN

Odpowiedź

RA = 21,33 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 10,6 kN

Równowaga statyczna: ciało w spoczynku ma ΣFx = 0, ΣFy = 0 i ΣM = 0 względem dowolnego punktu. Moment względem jednej podpory usuwa jej reakcję z równania.

w = 12 kN/mP = 40 kNABRA​RB​4 m1 m4 m1 m

Schemat sił

Zastąp podpory siłami reakcji. Podpora przesuwna daje jedną reakcję pionową; przy samych obciążeniach pionowych podpora nieprzesuwna też daje jedną reakcję pionową.

Równowaga

Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Potem równowaga sił pionowych.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 12·1 = 12 kN, przyłożona w x̄ = 4,5 m
ΣMA = 0: RB·10 = 40·9 + 12·1·4,5
RB = 414/10 = 41,4 kN
ΣFy = 0: RA = 52 − 41,4 = 10,6 kN

Odpowiedź

RA = 10,6 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAC = 13,33 kN

Metoda równoważenia węzłów: każdy węzeł kratownicy jest w równowadze, więc w każdym węźle ΣFx = 0 i ΣFy = 0. Zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami. Wynik ujemny oznacza, że pręt jest ściskany.

ABBCACACB20 kNAy​Cy​

Reakcje podpór

Równowaga całej kratownicy. Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

ΣMA = 0: Cy·6 = 20·4 → Cy = 13,33 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 13,33 = 6,667 kN

Węzeł C

Podpora przesuwna daje tylko reakcję pionową, więc w węźle C są tylko dwie nieznane siły w prętach. Załóż, że oba pręty są rozciągane.

sin γ = 2/2,828 = 0,7071, cos γ = 2/2,828 = 0,7071
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −13,33/0,7071 = −18,86 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−18,86)·0,7071 = 13,33 kN

Odpowiedź

FAC = 13,33 kN (rozciąganie)
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: FAB = −18,03 kN

Metoda równoważenia węzłów: każdy węzeł kratownicy jest w równowadze, więc w każdym węźle ΣFx = 0 i ΣFy = 0. Zacznij od węzła z co najwyżej dwiema nieznanymi siłami. Wynik ujemny oznacza, że pręt jest ściskany.

ABBCACACB20 kN5 kNAy​Cy​Ax​

Reakcje podpór

Równowaga całej kratownicy. Momenty względem A, dodatnie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

ΣMA = 0: Cy·5 = 20·3 − 5·2 → Cy = 10 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 10 = 10 kN
ΣFx = 0: Ax = 5 kN

Węzeł A

Załóż, że każdy pręt jest rozciągany (ciągnie od węzła). Tylko AB ma składową pionową w A.

sin α = 2/3,606 = 0,5547
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −10/0,5547 = −18,03 kN

Odpowiedź

FAB = −18,03 kN (ściskanie)
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: D (x = 6 m)

Największy moment zginający: nachylenie wykresu M zmienia się tam, gdzie zmienia się siła tnąca, więc jego maksima leżą tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero: pod siłą skupioną, wewnątrz obciążenia ciągłego albo nad podporą przy wsporniku. W utwierdzeniu belki wspornikowej moment jest największy przy ścianie. Porównaj wartości M w tych miejscach, zarówno dodatnie (zginanie „w dół”), jak i ujemne.

Reakcje podpór

Zapisz momenty względem jednej podpory, a potem użyj bilansu sił pionowych.

R1 = 47 kN, R2 = 31 kN

Moment zginający w każdym punkcie

Zsumuj momenty wszystkich sił po jednej stronie przekroju. Zginanie „w dół” jest dodatnie, „w górę” ujemne.

MA = 0, MB = 82, MC = 140, MD = 174 kN·m, ME = 124, MF = 62, MG = 0

Odpowiedź

Punkt D: MD = 174 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mmax = 10,13 kN·m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju. Moment maksymalny: ponieważ dM/dx = V, moment zginający osiąga ekstremum tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero, albo w miejscu siły skupionej, albo wewnątrz obciążenia ciągłego.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 4·3 = 12 kN, przyłożona w x̄ = 4,5 m
ΣMA = 0: RB·6 = 4·3·4,5
RB = 54/6 = 9 kN
ΣFy = 0: RA = 12 − 9 = 3 kN

Zerowa siła tnąca

Siła tnąca zaczyna od RA, jest stała na każdym nieobciążonym odcinku i maleje z nachyleniem w wewnątrz obciążenia.

RA − w·(x0 − 3) = 0
x0 = 3 + 3/4 = 3,75 m

Moment maksymalny

Mmax = RA·x0 − w·(x0 − 3)²/2 = 3·3,75 − 4·0,75²/2 = 10,13 kN·m

Odpowiedź

Mmax = 10,13 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δP = 1,494 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

P = 2000 N, a = 2000 mm, b = 1000 mm, L = 3000 mm
EI = 5,95 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie pod siłą

δP = Pa²b²/(3EIL) = 2000·2000²·1000²/(3·5,95 × 10¹¹·3000) = 1,494 mm

Odpowiedź

δP = 1,494 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: RB = 6,25 kN

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja). W belce statycznie niewyznaczalnej usuń podporę nadliczbową i zażądaj, aby ugięcie w tym miejscu było równe zeru (warunek zgodności).

Usuń podporę przesuwną

Bez podpory przesuwnej belka jest wspornikiem. Jej swobodny koniec ugiąłby się pod obciążeniem.

δload = P(L/2)²(3L − L/2)/(6EI) = 5PL³/(48EI)

Warunek zgodności przemieszczeń na podporze

Sama reakcja podpory RB podnosi swobodny koniec o RBL³/(3EI). Podpora utrzymuje B przy zerowym ugięciu, więc oba ugięcia muszą się znosić. EI się skraca.

RB·L³/(3EI) = 5PL³/(48EI) → RB = 5P/16 = 5·20/16 = 6,25 kN

Odpowiedź

RB = 6,25 kN
9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 57,12 kN

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Prostokąt wybocza się względem słabszej osi, z mniejszym wymiarem do sześcianu.

Imin = h·b³/12 = 100·50³/12 = 1,042 × 10⁶ mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 2·3000 = 6000 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·1,042 × 10⁶/6000² = 57116 N = 57,12 kN

Odpowiedź

Pcr = 57,12 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 4,318 MPa

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 490,9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490,9) = 6,25 mm
KL = 0,5·5000 = 2500 mm
KL/r = 2500/6,25 = 400

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/400² = 4,318 MPa

Odpowiedź

σcr = 4,318 MPa
11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 47,51 × 10⁶ mm⁴

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 260·30 = 7800 mm², yf = 220 + 30/2 = 235 mm
środnik: Aw = 14·220 = 3080 mm², yw = 220/2 = 110 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (7800·235 + 3080·110)/10880 = 199,6 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 260·30³/12 + 7800·(235 − 199,6)² = 1,035 × 10⁷ mm⁴
środnik: 14·220³/12 + 3080·(110 − 199,6)² = 3,716 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1,035 × 10⁷ + 3,716 × 10⁷ = 4,751 × 10⁷ mm⁴ = 47,51 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 47,51 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: σgóra = 109,6 MPa

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Podziel na dwa prostokąty

Mierz każde y od dolnej krawędzi.

półka: Af = 200·25 = 5000 mm², yf = 140 + 25/2 = 152,5 mm
środnik: Aw = 14·140 = 1960 mm², yw = 140/2 = 70 mm

Środek ciężkości

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (5000·152,5 + 1960·70)/6960 = 129,3 mm

Twierdzenie Steinera

półka: 200·25³/12 + 5000·(152,5 − 129,3)² = 2,959 × 10⁶ mm⁴
środnik: 14·140³/12 + 1960·(70 − 129,3)² = 1,009 × 10⁷ mm⁴
Ix = 2,959 × 10⁶ + 1,009 × 10⁷ = 1,305 × 10⁷ mm⁴

Naprężenie od zginania

Górna krawędź jest w odległości h − ȳ od osi.

y = 165 − 129,3 = 35,73 mm
σ = M·y/I = 4 × 10⁷·35,73/1,305 × 10⁷ = 109,6 MPa

Odpowiedź

σgóra = 109,6 MPa
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 84,38 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 16·4 + 20·2 = 104 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·2 = 19,62 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 104 − 19,62 = 84,38 kPa

Odpowiedź

σ′ = 84,38 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 72,14 kPa

Naprężenie efektywne (Terzaghi): szkielet gruntowy przenosi σ′ = σ − u. Naprężenie całkowite σ to ciężar wszystkiego nad punktem, Σγ·h, z ciężarem objętościowym suchym nad zwierciadłem wody i nasyconym poniżej. Poniżej zwierciadła ciśnienie wody w porach jest hydrostatyczne: u = γw·(głębokość poniżej zwierciadła).

Naprężenie całkowite

Dodaj ciężar każdej warstwy gruntu nad X. Nad zwierciadłem wody użyj ciężaru objętościowego suchego, poniżej nasyconego.

σ = γd·1 + γsat,sand·3 + γsat,clay·3
σ = 17·1 + 19·3 + 19·3 = 131 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·6 = 58,86 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 131 − 58,86 = 72,14 kPa

Odpowiedź

σ′ = 72,14 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 28,51 mm

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Naprężenie prekonsolidacji

σ′p = OCR·σ′0 = 3·80 = 240 kPa

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 80 + 170 = 250 kPa > 240 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,04·2/(1 + 0,65)·log₁₀(240/80) + 0,25·2/(1 + 0,65)·log₁₀(250/240)
S = 23,13 + 5,372 = 28,51 mm

Odpowiedź

S = 28,51 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 0,788 lata

Konsolidacja pierwotna warstwy gliny o miąższości H, z naprężeniem efektywnym w środku warstwy: σ′f = σ′0 + Δσ. Glina normalnie skonsolidowana: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Glina prekonsolidowana ulega ponownemu ściśnięciu wzdłuż Cr aż do naprężenia prekonsolidacji σ′p, a dopiero powyżej niego podąża za Cc. Czas: t = Tv·Hdr²/cv, gdzie droga filtracji Hdr wynosi H/2, gdy woda może odpływać górą i dołem, oraz H, gdy drenaż jest tylko z jednej strony.

Droga filtracji

Hdr = H/2 = 4/2 = 2 m

Czas

t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·2²/1 = 0,788 lata

Odpowiedź

t = 0,788 lata
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 264,9 kN

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 3 + 3/2 = 4,5 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
zasuwad = 3 mH = 3 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·4,5·6 = 264,9 kN

Odpowiedź

F = 264,9 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 282,8 kN

Parcie hydrostatyczne na powierzchnię płaską: F = ρ·g·yc·A. Działa w środku parcia, ycp = yc + Ic/(ycA), który zawsze leży poniżej środka ciężkości.

Głębokość środka ciężkości i pole

yc = d + H/2 = 2,5 + 2,5/2 = 3,75 m
A = H·b = 2,5·3 = 7,5 m²
zasuwad = 2,5 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·3,75·7,5 = 282,8 kN

Odpowiedź

F = 282,8 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 2,696 m

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 2,3²/(2·9,81) = 0,2696 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,02·(100/0,2)·2,3²/(2·9,81) = 2,696 m

Odpowiedź

hf = 2,696 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: Δz = 1,416 m

Przepływ w rurach: liczba Reynoldsa Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ odróżnia przepływ laminarny (Re poniżej ok. 2000) od turbulentnego (powyżej ok. 4000). Tarcie wzdłuż rury powoduje stratę wysokości Darcy’ego–Weisbacha hf = f·(L/D)·V²/(2g). Kształtki, zawory, wlot i wylot dodają straty miejscowe hm = ΣK·V²/(2g). Między dwiema otwartymi powierzchniami zbiorników równanie energii daje Δz = hf + hm, z uwzględnioną stratą na wylocie K = 1.

Prędkość

V = Q/A = 0,075/0,04909 = 1,528 m/s
V²/(2g) = 0,119 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,015·150/0,25 = 9
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 0,2 + 1,0 = 2,9

Całkowita strata wysokości

hf = 9·0,119 = 1,071 m
hm = 2,9·0,119 = 0,345 m
Δz = hf + hm = 1,416 m

Odpowiedź

Δz = 1,416 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 33,4 m³/s

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Geometria

A = (b + z·y)·y = (1 + 1,5·2,4)·2,4 = 11,04 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 1 + 2·2,4·√(1 + 1,5²) = 9,653 m
R = A/P = 1,144 m

Prędkość

V = (1/0,014)·1,1442/3·0,00151/2 = 3,025 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 11,04·3,025 = 33,4 m³/s

Odpowiedź

Q = 33,4 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,00212 m/m

Wzór Manninga (SI): dla przepływu jednostajnego w kanale otwartym V = (1/n)·R2/3·S1/2 i Q = A·V, gdzie n to współczynnik szorstkości, S to spadek dna (m/m), a R = A/P to promień hydrauliczny: pole przekroju przepływu podzielone przez obwód zwilżony. Do P wlicza się tylko brzeg stykający się z wodą, a nie swobodne zwierciadło. Prostokąt: A = b·y, P = b + 2y. Trapez o nachyleniu skarp z:1 (poziomo:pionowo): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Rura kołowa wypełniona całkowicie lub do połowy ma R = D/4.

Promień hydrauliczny

R = D/4 = 0,6/4 = 0,15 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·1/0,2823)² = 0,00212

Odpowiedź

S = 0,00212

To spadek o 2,12 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: η = 77,99 %

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Moc hydrauliczna

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,04·64 = 25,11 kW

Sprawność

η = Ph/Pshaft = 25,11/32,2 = 77,99%

Odpowiedź

η = 77,99%
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 45,55 m

Moc pompy: moc przekazana wodzie to moc hydrauliczna Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Wał musi dostarczyć więcej, bo pompa ma straty: Pshaft = Ph/ηpump, a silnik pobiera Pel = Pshaft/ηmotor. Wysokość podnoszenia pompy H wynika z równania energii: geometryczna wysokość podnoszenia + wysokość ciśnienia + wszystkie straty tarcia i miejscowe.

Prędkość

V = Q/A = 0,06/0,03142 = 1,91 m/s
V²/(2g) = 0,1859 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (30 + 8)·0,1859 = 7,065 m

Wysokość ciśnienia

p/(ρ·g) = 250000/(1000·9,81) = 25,48 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są praktycznie w spoczynku, więc nie ma członu wysokości prędkości.

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 13 + 25,48 + 7,065 = 45,55 m

Odpowiedź

H = 45,55 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 12163 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa i liczba okresów

i = r/m = 0,06/12 = 0,005
N = m·n = 12·7 = 84

Wartość przyszła

FV = 8 000·(1 + 0,005)84 = 8 000·1,52 = €12 162,96

Odpowiedź

FV = €12 162,96
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 58164 €

Wartość pieniądza w czasie: pieniądz dziś jest wart więcej niż ta sama kwota później, bo może przynosić odsetki. Przy stopie i na okres kwota rośnie do FV = PV·(1 + i)n. Ciąg równych płatności (rentę) wycenia się, sumując wszystkie płatności, z czego wynikają wzory na rentę.

Stopa miesięczna i liczba wpłat

i = 0,06/12 = 0,005
N = 12·15 = 180

Wartość przyszła wpłat

FV = A·((1 + i)N − 1)/i = 200·(2,454 − 1)/0,005 = €58 163,74

Odpowiedź

FV = €58 163,74

Sam wpłaciłeś €36 000; reszta to odsetki.

27.NPV i IRR

Odpowiedź: NPV = 20409 €

Wartość bieżąca netto: zdyskontuj każdy przepływ do dziś wymaganą stopą zwrotu r i zsumuj: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Projekt z NPV > 0 zarabia więcej niż r i tworzy wartość. Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) to stopa, przy której NPV = 0.

Wartość bieżąca każdego przepływu

CF0 = −60 000
CF1/(1 + 0,08)1 = 25 000/1,08 = 23 148,15
CF2/(1 + 0,08)2 = 16 000/1,166 = 13 717,42
CF3/(1 + 0,08)3 = 28 000/1,26 = 22 227,30
CF4/(1 + 0,08)4 = 29 000/1,36 = 21 315,87

Zsumuj

NPV = €20 408,74

Odpowiedź

NPV = €20 408,74

NPV jest dodatnia, więc projekt zarabia więcej niż wymagana stopa zwrotu.

28.NPV i IRR

Odpowiedź: MIRR = 15,19 %

Zmodyfikowana IRR: skapitalizuj każdy wpływ do końca projektu według stopy reinwestycji (zwykle kosztu kapitału), aby otrzymać wartość końcową TV. MIRR to stopa, która zamienia nakład początkowy w TV: MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1.

Wartość końcowa wpływów

15 500·1,122 = 19 443,20
22 500·1,121 = 25 200,00
16 500·1,120 = 16 500,00
TV = 61 143,20

MIRR

MIRR = (61 143,20/40 000)1/3 − 1 = 15,19%

Odpowiedź

MIRR = 15,19%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,9332

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy całkowitej

μT = 360 g, σT = 1,2·√9 = 3,6 g

Standaryzuj

z = (354,6 − 360)/3,6 = −1,5

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−1,5) = 0,9332

Odpowiedź

P = 0,9332
30.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,8133

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład różnicy

μ = 25,02 − 25 = 0,02 mm, σ = 0,02236 mm

Standaryzuj

z = (0 − 0,02)/0,02236 = −0,89

Prawdopodobieństwo

P = 1 − Φ(−0,89) = 0,8133

Odpowiedź

P = 0,8133

To niezależne materiały do ćwiczeń. ExamProblems nie jest powiązane z organizacją przeprowadzającą ten egzamin ani przez nią rekomendowane, a nazwa egzaminu służy wyłącznie do opisu treści. Egzamin FE exam prowadzi NCEES, organizacja niezwiązana z ExamProblems, która go nie popiera.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil