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
P1​ = 20 kNP2​ = 25 kNABRA​ = ?RB​4 m1 m1 m

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

L = 6 mP1 = 20 kN w 4 mP2 = 25 kN w 5 m
RA = kN
2.Reakcje podpór belekTrudny
w = 12 kN/mP = 60 kNABRA​RB​ = ?1 m3 m1 m5 m

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

L = 10 mP = 60 kN w 1 mw = 12 kN/m od 4 do 5 m
RB = kN
3.Kratownica: równoważenie węzłówŚredni
ABCDEFGH10 kN15 kN10 kN4 × 3 m4 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

D: 10 kN ↓F: 15 kN ↓H: 10 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt BG
  13. 13pręt DG
4.Kratownica: równoważenie węzłówTrudny
ABCDEFGH10 kN25 kN40 kN35 kN4 × 3 m4 m

Dokładnie jeden pręt tej kratownicy nie przenosi siły przy tych obciążeniach. Który to pręt zerowy? Kliknij go na rysunku.

C: 10 kN ↓D: 25 kN ↓F: 40 kN →G: 35 kN ↓
  1. 1pręt AB
  2. 2pręt BC
  3. 3pręt CD
  4. 4pręt DE
  5. 5pręt FG
  6. 6pręt GH
  7. 7pręt AF
  8. 8pręt HE
  9. 9pręt BF
  10. 10pręt CG
  11. 11pręt DH
  12. 12pręt FC
  13. 13pręt HC
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
5 kN/m50 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 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.

50 kN @ 4 m5 kN/m, 0–6 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 10 kN/mP = 40 kNABprzekrój2,5 m1,5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 2,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 4 mP = 40 kN w 2,5 mw = 10 kN/m od 0 do 4 mx = 2,5 m
Mx = kN·m
7.Ugięcie belkiŚredni
w = 5 kN/mP = 21 kNABδ4 m

Wspornik przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości i siłę skupioną P na swobodnym końcu. Korzystając z superpozycji, wyznacz ugięcie δ swobodnego końca.

P = 21 kNw = 5 kN/mL = 4 mE = 70 GPa (aluminium)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Ugięcie belkiTrudny
w = 3 kN/mABδ6 m

Belka drewniana swobodnie podparta o przekroju prostokątnym i szerokości 100 mm przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Jej ugięcie w środku rozpiętości nie może przekroczyć rozpiętość/300. Wyznacz najmniejszą wysokość hreq przekroju.

w = 3 kN/mL = 6 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)b = 100 mm
hreq = mm
9.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 6 m50 × 80 mmprzekrój poprzeczny

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

L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 50 × 80 mm
Pcr = kN
10.Wyboczenie słupówTrudny
P = 40 kNL = 6 md = ?przekrój poprzeczny

Pełny słup okrągły o długości L z materiału (stal) jest przegubowo podparty na obu końcach. Ma przenieść 40 kN przy współczynniku bezpieczeństwa 2 względem wyboczenia. Wyznacz najmniejszą średnicę d.

P = 40 kNn = 2L = 6 mE = 200 GPa (stal)
d = mm
11.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
180190t = 8xwymiary w mm

Ceownik leży otwartą stroną do góry: płaskownik podstawy o szerokości 180 mm z dwoma pionowymi ramionami, o całkowitej wysokości 190 mm. Podstawa i ramiona mają grubość 8 mm. Wyznacz jego moment bezwładności Ix względem poziomej osi x przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 180 mmh = 190 mmt = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
2802010020xdodatni Mwymiary w mm

Belka żeliwna ma pokazany przekrój teowy z półką u góry. Naprężenia dopuszczalne wynoszą 50 MPa przy rozciąganiu i 120 MPa przy ściskaniu. Wyznacz największy dodatni moment zginający Mallow, jaki może przenieść belka.

bf = 280 mmtf = 20 mmtw = 20 mmhw = 100 mmσt,allow = 50 MPaσc,allow = 120 MPa
Mallow = kN·m
13.Naprężenie efektywne w gruncieŚredni
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³11 mzwierciadło wody gruntowejXz = 11 m

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

z = 11 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³
σ = kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncieTrudny
piasekγd​ = 16 kN/m³γsat​ = 20 kN/m³4 mglinaγsat​ = 18,5 kN/m³7 mzwierciadło wody gruntowejXz = 7,5 m

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

z = 7,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³piasek: γd = 16 kN/m³piasek: γsat = 20 kN/m³glina: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
15.Osiadanie konsolidacyjneŚredni
Δσ = 170 kPapiasekglinaCc​ = 0,35, Cr​ = 0,06e0​ = 0,65σ′0​ = 45 kPaσ′p​ = 85 kPa5 mzwierciadło wody gruntowej

Warstwa gliny prekonsolidowanej o miąższości 5 m ma Cc = 0,35, Cr = 0,06 i e₀ = 0,65. W połowie jej głębokości efektywne naprężenie pionowe wynosi 45 kPa i naprężenie prekonsolidacji wynosi 85 kPa. Nowy budynek zwiększa naprężenie pionowe w połowie głębokości o 170 kPa. Wyznacz osiadanie konsolidacyjne pierwotne S w mm.

H = 5 mCc = 0,35Cr = 0,06e0 = 0,65σ′0 = 45 kPaσ′p = 85 kPaΔσ = 170 kPa
S = mm
16.Osiadanie konsolidacyjneTrudny
piasekglinaH = 9,5 m9,5 mnieprzepuszczalna skałazwierciadło wody gruntowej

W laboratoryjnym badaniu edometrycznym próbka gliny o grubości 19 mm, drenowana górą i dołem, osiąga 50% konsolidacji po 15 min. W terenie ta sama glina tworzy warstwę o miąższości 9,5 m. Leży na nieprzepuszczalnej skale, a nad nią jest piasek, więc woda odpływa tylko górą. Po ilu dniach t warstwa w terenie osiągnie 50% konsolidacji?

hlab = 19 mmtlab = 15 minH = 9,5 mteren: drenaż jednostronny
t = dni
17.Parcie hydrostatyczneŚredni
zasuwad = 2 mH = 2,5 m

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

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

Pionowa prostokątna zasuwa o szerokości 1,5 m znajduje się w ścianie zbiornika z cieczą (olej), z górną krawędzią 2 m pod powierzchnią. Wyznacz wypadkową siłę parcia hydrostatycznego F na zasuwę.

d = 2 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokościŚredni
Q = 40 L/sD = 300 mmL = 100 mf = 0,022

Woda płynie z natężeniem 40 L/s przez rurę o długości 100 m i średnicy wewnętrznej 300 mm. Przyjmij współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,022 i g = 9,81 m/s². Wyznacz stratę wysokości na tarcie hf.

Q = 40 L/sL = 100 mD = 300 mmf = 0,022g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Tarcie w rurach i straty wysokościTrudny
K = 2swobodny wypływH = ?L = 200 m, D = 200 mm, f = 0,022× kolano (K = 0,3)

Rura o długości 200 m i średnicy wewnętrznej 200 mm (współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,02) wychodzi z otwartego zbiornika i wypływa swobodnym strumieniem do atmosfery. Straty miejscowe to: wlot o ostrej krawędzi (K = 0,5), kolana w liczbie 2 (K = 0,3 każde) i zawór (K = 2). Przyjmij g = 9,81 m/s². O ile H zwierciadło wody w zbiorniku musi leżeć wyżej niż wylot rury, aby natężenie przepływu wynosiło 40 L/s?

Q = 40 L/sL = 200 mD = 200 mmf = 0,02Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×2)Kvalve = 2
H = m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Średni
b = 6 my = 0,5 m2 : 1n = 0,015, S = 0,005

Trapezowy kanał (mur ceglany) ma szerokość dna 6 m i nachylenie skarp 2:1 (poziomo:pionowo). Woda płynie ruchem jednostajnym na głębokości 0,5 m. Współczynnik Manninga n = 0,015, a spadek dna S = 0,005. Wyznacz natężenie przepływu Q w m³/s.

b = 6 my = 0,5 mz = 2n = 0,015S = 0,005
Q = m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)Trudny
b = 2 my = 1,8 m1,5 : 1n = 0,022, Q = 11 m³/s

Trapezowy kanał (czysty grunt) o szerokości dna 2 m i nachyleniu skarp 1,5:1 (poziomo:pionowo) ma przeprowadzić 11 m³/s w przepływie jednostajnym przy głębokości 1,8 m. Współczynnik Manninga n = 0,022. Wyznacz wymagany spadek dna S (w m/m).

Q = 11 m³/sb = 2 my = 1,8 mz = 1,5n = 0,022
S = m/m
23.Pompy i moc pompŚredni
PQ = 100 L/sH = 76 m

Pompa tłoczy 100 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) przy wysokości podnoszenia 76 m. Sprawność pompy wynosi 72%, a napędzającego ją silnika elektrycznego 92%. Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz moc elektryczną Pel pobieraną przez silnik, w kW.

Q = 100 L/sH = 76 mηpump = 72%ηmotor = 92%g = 9,81 m/s²
Pel = kW
24.Pompy i moc pompTrudny
PQ = 25 L/sΔz = 7 mL = 100 m, D = 150 mm, f = 0,018, ΣK = 5

Pompa przetłacza 25 L/s wody (ρ = 1000 kg/m³) z otwartego dolnego zbiornika do górnego zbiornika, którego zwierciadło wody leży 7 m wyżej. Rura ma długość 100 m, średnicę wewnętrzną 150 mm i współczynnik tarcia Darcy’ego f = 0,018; współczynniki strat miejscowych sumują się do ΣK = 5 (łącznie z wlotem i wylotem). Przyjmij g = 9,81 m/s². Wyznacz wysokość podnoszenia H, którą musi zapewnić pompa.

Q = 25 L/sΔz = 7 mL = 100 mD = 150 mmf = 0,018ΣK = 5
H = m
25.Wartość pieniądza w czasieŚredni
lata0123…9PV = ?€2 000+1%+1%…r = 4%

Nieruchomość ma w przyszłym roku przynieść czynsz netto €2 000. Oczekuje się, że czynsz będzie rósł o 1 % rocznie bez końca. Wymagana stopa zwrotu wynosi 4 % rocznie. Wyznacz dzisiejszą wartość PV nieruchomości.

C1 = €2 000g = 1%r = 4%
PV = €
26.Wartość pieniądza w czasieTrudny
lata0123…8€6 000€6 000€6 000FV = ?

Na początku każdego roku przez 8 lat wpłacasz €6 000, pierwszą wpłatę dziś. Konto jest oprocentowane 5 % rocznie. Ile jest na koncie na koniec roku 8? Wyznacz FV.

A = €6 000i = 5%n = 8
FV = €
27.NPV i IRRŚredni
lata012345€40 000€3 000€3 000€3 000€3 000€3 000r = 12%, EAC = ?

Maszyna kosztuje dziś €40 000, działa przez 5 lat, a jej eksploatacja kosztuje €3 000 rocznie (płatne na koniec każdego roku). Koszt kapitału wynosi 12 %. Wyznacz jej równoważny koszt roczny EAC.

C0 = €40 000M = €3 000n = 5r = 12%
EAC = €
28.NPV i IRRTrudny
lata01234−10 0005 5005 5003 0004 000

Projekt kosztuje €10 000 i przynosi €5 500, €5 500, €3 000, €4 000 na koniec lat od 1 do 4. Przepływy można reinwestować przy koszcie kapitału 10 %. Wyznacz zmodyfikowaną wewnętrzną stopę zwrotu MIRR w procentach.

r = 10%CF0 = −10 000CF1 = 5 500CF2 = 5 500CF3 = 3 000CF4 = 4 000
MIRR = %
29.Rozkład normalnyŚredni
88,75127P = ?

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Jaka część wartości leży między 88,75 a 127 pkt? Podaj P w postaci dziesiętnej.

μ = 100σ = 15x1 = 88,75x2 = 127
P =
30.Rozkład normalnyTrudny
0,02 mm0D − d?

Średnice otworów D mają rozkład normalny ze średnią 25,02 mm i odchyleniem standardowym 0,02 mm. Średnice wałów d są niezależne i mają rozkład normalny ze średnią 25 mm i odchyleniem standardowym 0,01 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 = 0,02 mmwał: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =

3Roztwory

1.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RA = 10,83 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.

P1​ = 20 kNP2​ = 25 kNABRA​RB​4 m1 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.

ΣMA = 0: RB·6 = 20·4 + 25·5
RB = 205/6 = 34,17 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 34,17 = 10,83 kN

Odpowiedź

RA = 10,83 kN
2.Reakcje podpór belek

Odpowiedź: RB = 11,4 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 = 60 kNABRA​RB​1 m3 m1 m5 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 = 60·1 + 12·1·4,5
RB = 114/10 = 11,4 kN
ΣFy = 0: RA = 72 − 11,4 = 60,6 kN

Odpowiedź

RB = 11,4 kN
3.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt CG

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł C

BC i CD leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko CG.

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 12,19 kN (T), BC: 13,12 kN (T), CD: 13,12 kN (T), DE: 14,06 kN (T), FG: 12,19 kN (C), GH: 14,06 kN (C), AF: 20,31 kN (C), HE: 23,44 kN (C), BF: 1,25 kN (T), CG: 0, DH: 8,75 kN (T), BG: 1,563 kN (C), DG: 1,563 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: CG
4.Kratownica: równoważenie węzłów

Odpowiedź: pręt BF

Pręty zerowe: w węźle siły muszą się równoważyć w każdym kierunku. Jeśli węzeł nie ma obciążenia ani podpory, a dwa z trzech jego prętów leżą na jednej prostej, to równowaga w kierunku prostopadłym do tej prostej dotyczy tylko trzeciego pręta, więc jego siła jest równa zeru. Jeśli w nieobciążonym węźle schodzą się tylko dwa pręty i nie leżą na jednej prostej, oba są zerowe.

Węzeł B

AB i BC leżą na jednej prostej, a węzeł nie jest obciążony. Równowaga sił w poprzek tej prostej dotyczy tylko BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

Sprawdź metodą węzłów

Rozwiązanie wszystkich węzłów daje takie siły w prętach (T = rozciąganie, C = ściskanie).

AB: 51,56 kN (T), BC: 51,56 kN (T), CD: 40,94 kN (T), DE: 40,94 kN (T), FG: 63,12 kN (C), GH: 63,12 kN (C), AF: 19,27 kN (C), HE: 68,23 kN (C), BF: 0, CG: 35 kN (C), DH: 25 kN (T), FC: 19,27 kN (T), HC: 36,98 kN (T)

Odpowiedź

Pręt zerowy: BF
5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: E (x = 4 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 = 31,67 kN, R2 = 48,33 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 = 29,17, MC = 53,33, MD = 72,5, ME = 86,67 kN·m, MF = 45,83, MG = 0

Odpowiedź

Punkt E: ME = 86,67 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 56,25 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.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 10·4 = 40 kN, przyłożona w x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 40·2,5 + 10·4·2
RB = 180/4 = 45 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 45 = 35 kN
w = 10 kN/mP = 40 kNABRA​ = 35RB​ = 45przekrój2,5 m1,5 m

Przetnij w x = 2,5 m i zostaw lewą część

Uwzględniasz tylko siły na lewo od przekroju. Fragment obciążenia ciągłego działa jak jedna siła w środku tego fragmentu.

M = RA·x − (każde obciążenie na lewo od przekroju × jego odległość od przekroju)
Mx = 35·2,5 − 10·2,5·1,25 = 56,25 kN·m

Odpowiedź

Mx = 56,25 kN·m
7.Ugięcie belki

Odpowiedź: δ = 72,38 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 = 21000 N, w = 5 N/mm, L = 4000 mm
EI = 8,4 × 10¹² N·mm²

Każde obciążenie osobno

δP = PL³/(3EI) = 21000·4000³/(3·8,4 × 10¹²) = 53,33 mm
δw = wL⁴/(8EI) = 5·4000⁴/(8·8,4 × 10¹²) = 19,05 mm

Dodaj

δ = 53,33 + 19,05 = 72,38 mm

Odpowiedź

δ = 72,38 mm
8.Ugięcie belki

Odpowiedź: hreq = 302,3 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.

w = 3 N/mm, L = 6000 mm, E = 11000 N/mm²

Warunek ugięcia

δallow = L/300 = 6000/300 = 20 mm

Wymagany moment bezwładności

Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·3·6000⁴/(384·11000·20) = 2,301 × 10⁸ mm⁴

Wymagana wysokość

bh³/12 = Ireq → h = (12·2,301 × 10⁸/100)1/3 = 302,3 mm

Odpowiedź

hreq = 302,3 mm

W praktyce wybierz najbliższą większą wysokość znormalizowaną.

9.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 32,64 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 = 80·50³/12 = 833333 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 0,7·6000 = 4200 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·70000·833333/4200² = 32638 N = 32,64 kN

Odpowiedź

Pcr = 32,64 kN
10.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: d = 73,84 mm

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.

Wymagana siła krytyczna

Pcr = n·P = 2·40000 = 80000 N
KL = 1·6000 = 6000 mm

Wyznacz średnicę

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·80000·6000²/(π³·200000))^(1/4) = 73,84 mm

Odpowiedź

d = 73,84 mm

Sprawdzenie: smukłość KL/r wynosi 325, więc słup jest smukły i wzór Eulera obowiązuje.

11.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 16,74 × 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 prostokąty

Przyjmij podstawę na pełnej szerokości i dwa ramiona nad nią (wysokość h − t), aby nic nie liczyć dwa razy.

baza: A1 = 180·8 = 1440 mm², y1 = 4 mm
dwa ramiona: A2 = 2·8·182 = 2912 mm², y2 = 8 + 182/2 = 99 mm

Środek ciężkości

ȳ = (1440·4 + 2912·99)/4352 = 67,57 mm

Twierdzenie Steinera

baza: 180·8³/12 + 1440·(4 − 67,57)² = 5,826 × 10⁶ mm⁴
dwa ramiona: 2·8·182³/12 + 2912·(99 − 67,57)² = 1,092 × 10⁷ mm⁴
Ix = 5,826 × 10⁶ + 1,092 × 10⁷
Ix = 1,674 × 10⁷ mm⁴ = 16,74 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 16,74 × 10⁶ mm⁴
12.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Mallow = 3,799 kN·m

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.

Środek ciężkości

ȳ = (5600·110 + 2000·50)/7600 = 94,21 mm
krawędź górna: c = 120 − 94,21 = 25,79 mm

Moment bezwładności przekroju

I = 280·20³/12 + 5600·15,79² + 20·100³/12 + 2000·44,21² = 7,159 × 10⁶ mm⁴

Moment dopuszczalny dla każdej krawędzi

Moment dodatni: góra jest ściskana, dół rozciągany.

krawędź górna: M = 120·7,159 × 10⁶/25,79 = 33,31 kN·m
krawędź dolna: M = 50·7,159 × 10⁶/94,21 = 3,799 kN·m

Wartość decydująca

Mallow = min = 3,799 kN·m (krawędź dolna)

Odpowiedź

Mallow = 3,799 kN·m
13.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ = 208 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) = 16·3 + 20·8 = 208 kPa

Odpowiedź

σ = 208 kPa
14.Naprężenie efektywne w gruncie

Odpowiedź: σ′ = 88,6 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·3 + γsat,sand·1 + γsat,clay·3,5
σ = 16·3 + 20·1 + 18,5·3,5 = 132,8 kPa

Ciśnienie wody w porach

Ciśnienie wody rośnie z głębokością poniżej zwierciadła.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4,5 = 44,15 kPa

Naprężenie efektywne

σ′ = σ − u = 132,8 − 44,15 = 88,6 kPa

Odpowiedź

σ′ = 88,6 kPa
15.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: S = 477,7 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.

Porównaj z naprężeniem prekonsolidacji

σ′f = 45 + 170 = 215 kPa > 85 kPa

Osiadanie

Ponowne ściskanie do σ′p, ściskanie pierwotne powyżej.

S = 0,06·5/(1 + 0,65)·log₁₀(85/45) + 0,35·5/(1 + 0,65)·log₁₀(215/85)
S = 50,22 + 427,4 = 477,7 mm

Odpowiedź

S = 477,7 mm
16.Osiadanie konsolidacyjne

Odpowiedź: t = 10417 dni

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.

Drogi filtracji

Hdr,lab = 19/2 = 9,5 mm = 0,0095 m
Hdr,field = 9,5 m

Przeskaluj czas

t = Tv·Hdr²/cv z tymi samymi T_v i cv w laboratorium i w terenie.

tfield = 15·(9,5/0,0095)² = 1,5 × 10⁷ min
tfield = 1,5 × 10⁷/1440 = 10417 dni

Odpowiedź

t = 10417 dni
17.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 239,1 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 + 2,5/2 = 3,25 m
A = H·b = 2,5·3 = 7,5 m²
zasuwad = 2 mH = 2,5 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,25·7,5 = 239,1 kN

Odpowiedź

F = 239,1 kN
18.Parcie hydrostatyczne

Odpowiedź: F = 77,7 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 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
zasuwad = 2 mH = 2 mF

Siła wypadkowa

F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·3·3 = 77,7 kN

Odpowiedź

F = 77,7 kN
19.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: hf = 0,1197 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 średnia

A = π·0,3²/4 = 0,07069 m²
V = Q/A = 0,04/0,07069 = 0,5659 m/s

Wysokość prędkości

V²/(2g) = 0,5659²/(2·9,81) = 0,01632 m

Darcy–Weisbach

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,022·(100/0,3)·0,5659²/(2·9,81) = 0,1197 m

Odpowiedź

hf = 0,1197 m
20.Tarcie w rurach i straty wysokości

Odpowiedź: H = 1,991 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 = 0,04/0,03142 = 1,273 m/s
V²/(2g) = 0,08263 m

Współczynniki strat

f·L/D = 0,02·200/0,2 = 20
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 2 = 3,1

Równanie energii

Strumień na wylocie nadal niesie swoją wysokość prędkości; to nie strata, ale trzeba ją dostarczyć.

H = (1 + 20 + 3,1)·0,08263 = 1,991 m

Odpowiedź

H = 1,991 m
21.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: Q = 9,326 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 = (6 + 2·0,5)·0,5 = 3,5 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·0,5·√(1 + 2²) = 8,236 m
R = A/P = 0,425 m

Prędkość

V = (1/0,015)·0,4252/3·0,0051/2 = 2,665 m/s

Natężenie przepływu

Q = A·V = 3,5·2,665 = 9,326 m³/s

Odpowiedź

Q = 9,326 m³/s
22.Przepływ w kanałach otwartych (Manning)

Odpowiedź: S = 0,0008221 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.

Geometria

A = (b + z·y)·y = (2 + 1,5·1,8)·1,8 = 8,46 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·1,8·√(1 + 1,5²) = 8,49 m
R = A/P = 0,9965 m

Wyznacz S ze wzoru Manninga

S1/2 = n·Q/(A·R2/3) = 0,022·11/(8,46·0,9976) = 0,02867
S = 0,02867² = 0,0008221

Odpowiedź

S = 0,0008221

To spadek o 0,8221 m na kilometr.

23.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: Pel = 112,6 kW

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 = 1000·9,81·0,1·76 = 74,56 kW

Moc na wale

Pshaft = 74,56/0,72 = 103,5 kW

Moc elektryczna

Pel = 103,5/0,92 = 112,6 kW

Odpowiedź

Pel = 112,6 kW
24.Pompy i moc pomp

Odpowiedź: H = 8,734 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 = 0,025/0,01767 = 1,415 m/s
V²/(2g) = 0,102 m

Straty wysokości

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (12 + 5)·0,102 = 1,734 m

Wysokość podnoszenia pompy

Oba zwierciadła są otwarte i praktycznie w spoczynku, więc człony ciśnienia i prędkości znikają.

H = Δz + hL = 7 + 1,734 = 8,734 m

Odpowiedź

H = 8,734 m
25.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: PV = 66667 €

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.

Rosnąca renta wieczysta

PV = C1/(r − g) = 2 000/(0,04 − 0,01) = 2 000/0,03 = €66 666,67

Odpowiedź

PV = €66 666,67
26.Wartość pieniądza w czasie

Odpowiedź: FV = 60159 €

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.

Współczynnik renty zwykłej

((1 + 0,05)8 − 1)/0,05 = 9,549

Renta płatna z góry

Każda wpłata jest inwestowana o rok dłużej.

FV = 6 000·9,549·1,05 = €60 159,39

Odpowiedź

FV = €60 159,39
27.NPV i IRR

Odpowiedź: EAC = 14096 €

Równoważny koszt roczny: rozłóż wartość bieżącą wszystkich kosztów na okres użytkowania jako równą kwotę roczną (rentę): EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). Pozwala to porównywać maszyny o różnych okresach użytkowania.

Współczynnik dyskontowy renty

(1 − 1,12−5)/0,12 = 3,605

Zannualizowana cena zakupu

40 000/3,605 = 11 096,39

EAC

EAC = 11 096,39 + 3 000 = €14 096,39

Odpowiedź

EAC = €14 096,39
28.NPV i IRR

Odpowiedź: MIRR = 20,77 %

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

5 500·1,13 = 7 320,50
5 500·1,12 = 6 655,00
3 000·1,11 = 3 300,00
4 000·1,10 = 4 000,00
TV = 21 275,50

MIRR

MIRR = (21 275,50/10 000)1/4 − 1 = 20,77%

Odpowiedź

MIRR = 20,77%
29.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,7374

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

Wyniki z

z₁ = (88,75 − 100)/15 = −0,75
z₂ = (127 − 100)/15 = 1,8

Pole pomiędzy

P = Φ(1,8) − Φ(−0,75) = 0,9641 − 0,2266 = 0,7374

Odpowiedź

P = 0,7374
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