Re ≈ 2000’in altında laminer, Re ≈ 4000’in üstünde türbülanslı
Ortalama hız
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Yerel kayıplar
hm = ΣK·V²/(2g)
Tipik K değerleri
giriş 0,5, çıkış 1,0, 90° dirsek ≈ 0,3
Basınç düşüşü
Δp = ρ·g·hf
İki açık hazne
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Serbest çıkış
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Açık kanal akışı (Manning)
Manning denklemi
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Debi
Q = A·V
Hidrolik yarıçap
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Dikdörtgen
A = b·y, P = b + 2y
Yamuk (şev eğimi z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Dairesel boru, tam veya yarı dolu
R = D/4
Gerekli eğim
S = (n·Q/(A·R2/3))²
Pompalar ve pompa gücü
Hidrolik güç
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Mil gücü
Pshaft = Ph/ηpump
Elektrik gücü
Pel = Pshaft/ηmotor
Pompa basma yüksekliği
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Sistem kayıpları
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Paranın zaman değeri
Gelecek değer
FV = PV·(1 + i)n
Bugünkü değer
PV = FV/(1 + i)n
Yılda birden çok dönem
i = r/m, N = m·n
Anüite, bugünkü değer
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Anüite, gelecek değer
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i
Yöntem
Her nakit akışını ve zamanlamasını gösteren bir zaman çizelgesi çizin.
Faiz oranını döneme uydurun: aylık ödemeler için aylık oran.
Tek tutarlar için FV = PV·(1 + i)ⁿ, eşit ödemeler için anüite formüllerini kullanın.
Cevabın işaretini ve büyüklük mertebesini kontrol edin.
NBD ve IRR
Net bugünkü değer
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Eşit nakit akışları
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
İç verim oranı
NPV = 0 yapan r
Karar
NPV > 0 ise (veya IRR > gerekli getiri) kabul et
Yöntem
Tüm nakit akışlarını yıllarıyla listeleyin; 0. yıldaki yatırım negatiftir.
Her nakit akışını iskonto edin: CFt/(1 + r)t.
NBD’yi bulmak için toplayın. Pozitif değer, projenin r’den fazla kazandırdığı anlamına gelir.
İVO için NBD’yi sıfır yapan oranı deneme yoluyla veya enterpolasyonla bulun.
Normal dağılım
z puanı
z = (x − μ)/σ
x’in altında
P(X < x) = Φ(z)
x’in üstünde
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Arasında
Φ(z2) − Φ(z1)
Yüzdelik
x = μ + z·σ
Yöntem
Değeri z puanına çevirin: z = (x − μ)/σ.
z’nin solundaki alan olan Φ(z)’yi tablodan bulun.
Sağdaki alan için 1 − Φ(z) kullanın; bir aralık için iki sol alanı birbirinden çıkarın.
Bir yüzdelik için geriye doğru çalışın: alan için z’yi bulun, sonra x = μ + z·σ.
2Alıştırma soruları
1.Kiriş mesnet tepkileriOrta
Basit mesnetli kiriş (A’da sabit mafsal, B’de kayıcı mesnet), A’da 10 kN/m değerinden B’de sıfıra doğrusal azalan bir yük taşır. A’dan 7 m uzaklıkta bir P tekil yükü de etkir. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.
L = 8 mw0 = 10 kN/mP = 60 kN @ 7 m
RA = kN
2.Kiriş mesnet tepkileriZor
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.
L = 8 mP = 15 kN @ 1 mw = 10 kN/m, 1 ile 6 m arasında
açıklık = 6 myükseklik = 4 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 40 kN
FBC = kN
4.Kafes: düğüm yöntemiZor
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
F: 35 kN ↓G: 30 kN ↓H: 30 kN ↓H: 35 kN ←
1AB elemanı
2BC elemanı
3CD elemanı
4DE elemanı
5FG elemanı
6GH elemanı
7AF elemanı
8HE elemanı
9BF elemanı
10CG elemanı
11DH elemanı
12BG elemanı
13DG elemanı
5.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
A’dan G’ye işaretler kirişi altı eşit parçaya böler. Eğilme momenti hangi işarette büyüklükçe en büyüktür, sehim yapan veya yapmayan? Diyagramda ona tıklayın.
20 kN @ 4 m10 kN @ 2 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
6.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
Basit mesnetli kiriş, açıklığının bir kısmında düzgün yayılı yük taşır. A’dan eğilme momentinin en büyük olduğu kesite olan uzaklık x0 değerini bulun.
L = 4 mw = 6 kN/m, 0 ile 3 m arasında
x0 = m
7.Kiriş sehimiOrta
Basit mesnetli bir kiriş A mesnedinden a = 4 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Yükün altındaki sehim δP değerini bulun.
P = 17 kNa = 4 mL = 6 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
8.Kiriş sehimiZor
Bir ucu ankastre, diğer ucu mesnetli kiriş A’da ankastre, B’de basit mesnetlidir. Açıklık ortasında P tekil yükü taşır. EI sabittir. Ankastre uçtaki eğilme momentinin büyüklüğü MA değerini bulun.
L = 4 mP = 60 kN @ 2 m
MA = kN·m
9.Kolon burkulmasıOrta
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu ankastre. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 1,5 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 25 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
çelik malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu mafsallı. Narinliğini ve Euler formülünden kritik burkulma gerilmesi σcr değerini bulun.
L = 2,5 mE = 200 GPa (çelik)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
200 mm × 200 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 140 mm yukarıda olan 40 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 200 mmh = 200 mmd = 40 mmdelik merkezi: y = 140 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
Kaynaklı bir I kesitin 180 × 10 mm üst başlığı, 370 mm yüksekliğinde ve 16 mm kalınlığında gövdesi ve 230 × 10 mm alt başlığı vardır (genişlik × kalınlık). Ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
üst başlık: 180 × 10 mmgövde: 16 × 370 mmalt başlık: 230 × 10 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilmeOrta
Gösterilen zemin profili için X noktasındaki boşluk suyu basıncı u değerini bulun.
8 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,35, Cr = 0,02 ve e₀ = 0,8. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 40 kPa ve ön konsolidasyon basıncı 140 kPa’dır. Yeni bir bina orta derinlikte 170 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
7 m kalınlığındaki bir kil tabakasının konsolidasyon katsayısı cv = 0,5 m²/yıl. İki kum tabakası arasında bulunur, bu yüzden su üstten ve alttan drene olur. %50 ortalama konsolidasyon için zaman faktörü Tv = 0,197. Tabakanın %50 konsolidasyona ulaşması kaç yıl t sürer?
2 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2,5 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
2 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, gliserin dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 1 m altında bulunuyor. Basınç merkezinin yüzeyden derinliği ycp değerini bulun.
d = 1 mH = 1 mb = 2 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta
Su, 1000 m uzunluğunda ve iç çapı 150 mm olan bir borudan 1,1 m/s ortalama hızla akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı hf değerini bulun.
İki açık hazne, 100 m uzunluğunda, iç çapı 200 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,018 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Üst haznenin su yüzeyi alttakinden 23 m yüksektedir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 3 dirsek (her biri K = 0,3), bir vana (K = 5) ve alt hazneye çıkış (K = 1,0). g = 9,81 m/s² kullanın. Debi Q değerini L/s cinsinden bulun.
İç çapı 450 mm olan beton bir yağmur suyu kanalı tam dolu akıyor (basınç altında değil, açık kanal olarak). Manning n = 0,013 ve eğim S = 0,0008. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
D = 450 mmn = 0,013S = 0,0008
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
İç çapı 250 mm olan beton bir kanalizasyon borusu (Manning n = 0,013) tam dolu akarken 0,6 m/s’lik kendi kendini temizleme hızına ulaşmalıdır. En küçük eğim S değerini (m/m cinsinden) bulun.
D = 250 mmn = 0,013V = 0,6 m/s
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Verimi %80 olan bir pompa 50 m basma yüksekliğine karşı 30 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basıyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Gereken mil gücü Pshaft değerini kW cinsinden bulun.
Q = 30 L/sH = 50 mη = 80%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 75 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 12 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 200 m uzunluğunda, iç çapı 200 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,022; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 4 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi %78. Mil gücü Pshaft değerini kW cinsinden bulun.
Bir kredi kartı yıllık %18 nominal faiz uyguluyor, altı ayda bir bileşik. Efektif yıllık faiz oranı EAR değerini yüzde olarak bulun.
r = 18%m = 2
EAR = %
26.Paranın zaman değeriZor
€300 000 tutarındaki bir konut kredisi, aylık bileşik yıllık %6 faizle 20 yıl boyunca eşit aylık taksitlerle geri ödeniyor. 11. yılın sonundaki ödemeden hemen sonra hâlâ ne kadar borç vardır? Kalan bakiye B değerini bulun.
P = €300 0006% / 12N = 240k = 132
B = €
27.NBD ve IRROrta
Bir proje bugün €20 000 maliyetindedir ve 5 yıl boyunca her yılın sonunda €7 000 getirir. Sermaye maliyeti %8. Nakit akışlarının her yıl boyunca eşit geldiğini varsayın. İskontolu geri ödeme süresi DPB değerini yıl cinsinden bulun.
€80 000 tutarındaki bir yatırım 3 yıl boyunca her yılın sonunda €34 500 getiriyor. İç verim oranı IRR değerini yüzde olarak bulun.
C0 = €80 000CF = €34 500n = 3
IRR = %
29.Normal dağılımOrta
Standart normal eğri altında, z’nin sağındaki gölgeli alan 0,8577 olacak şekilde z’yi sürükleyin. z’yi iki ondalıkla bulun.
A = 0,8577
z =
30.Normal dağılımZor
IQ puanları, ortalaması 100 puan ve standart sapması 15 puan olan normal dağılım gösterir. Gölgeli en üst %5 sağında kalacak şekilde kesme değerini sürükleyin. Kesme değerini x bulun.
μ = 100 puanσ = 15 puan5%
x = puan
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 34,17 kN
Statik denge: durgun bir cisim için ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve herhangi bir noktaya göre ΣM = 0’dır. Her yayılı yükü, yük diyagramının ağırlık merkezinde etkiyen bileşkesiyle (alanıyla) değiştirin ve o mesnedin tepkisini denklemden çıkarmak için bir mesnede göre moment alın.
Üçgen yükün bileşkesi
W = ½·10·8 = 40 kN
x̄ = L/3 = 2,667 m
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
ΣMA = 0: RB·8 = 40·2,667 + 60·7
RB = 65,83 kN
RA = 100 − 65,83 = 34,17 kN
Cevap
RA = 34,17 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 41,25 kN
Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.
Serbest cisim diyagramı
Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 10·5 = 50 kN, x̄ = 3,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·8 = 15·1 + 10·5·3,5
RB = 190/8 = 23,75 kN
ΣFy = 0: RA = 65 − 23,75 = 41,25 kN
Cevap
RA = 41,25 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FBC = −10,67 kN
Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·6 = 40·1 → Cy = 6,667 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 6,667 = 33,33 kN
C düğümü
Kayıcı mesnet yalnızca düşey tepki verir, bu yüzden C düğümünde yalnızca iki bilinmeyen çubuk kuvveti vardır. İkisinin de çekmede olduğunu varsayın.
sin γ = 4/6,403 = 0,6247, cos γ = 5/6,403 = 0,7809
Sıfır kuvvet elemanları: bir düğüm noktasında kuvvetler her yönde dengelenmelidir. Bir düğüm noktasında yük ve mesnet yoksa ve üç elemanından ikisi aynı doğru üzerindeyse, o doğruya dik dengede yalnızca üçüncü eleman yer alır, yani kuvveti sıfırdır. Yüksüz bir düğüm noktasında yalnızca iki eleman buluşuyorsa ve aynı doğru üzerinde değillerse, ikisi de sıfırdır.
C düğüm noktası
BC ve CD aynı düz doğru üzerindedir ve düğüm noktası yük taşımaz. O doğruya dik kuvvetleri dengelemek yalnızca CG’yi bırakır.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Düğüm noktaları yöntemiyle kontrol edin
Tüm düğüm noktalarını çözmek şu eleman kuvvetlerini verir (T = çekme, C = basınç).
En büyük eğilme momenti: M, kesme kuvvetinin değiştiği her yerde eğim değiştirir, yani tepeleri kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerlerdedir: tekil bir yükün altında, yayılı bir yükün içinde veya bir konsolun mesnedi üzerinde. Konsol kirişin ankastre mesnedinde moment duvarda en büyüktür. M’nin büyüklüğünü o yerlerde, sehim yapan veya yapmayan, karşılaştırın.
Mesnet tepkileri
Bir mesnete göre moment alın, sonra düşey kuvvet dengesini kullanın.
R1 = 13,33 kN, R2 = 16,67 kN
Her işaretteki eğilme momenti
Kesimin bir yanındaki tüm kuvvetlerin momentlerini toplayın. Sehim yapan pozitif, tersi negatiftir.
MA = 0, MB = 13,33, MC = 26,67, MD = 30, ME = 33,33 kN·m, MF = 16,67, MG = 0
Cevap
İşaret E: ME = 33,33 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: x0 = 1,875 m
Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler. En büyük moment: dM/dx = V olduğundan eğilme momenti, kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerde, yani ya bir tekil yükte ya da yayılı yükün içinde en büyük değerine ulaşır.
Mesnet tepkileri
Tüm kirişin dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 6·3 = 18 kN, x̄ = 1,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 6·3·1,5
RB = 27/4 = 6,75 kN
ΣFy = 0: RA = 18 − 6,75 = 11,25 kN
Sıfır kesme kuvveti
Kesme kuvveti RA ile başlar, yüksüz kısımlarda sabit kalır ve yükün içinde w eğimiyle azalır.
RA − w·(x0 − 0) = 0
x0 = 0 + 11,25/6 = 1,875 m
Cevap
x0 = 1,875 m
7.Kiriş sehimi
Cevap: δP = 37,54 mm
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon).
Tutarlı birimler
N ve mm ile çalışın: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
P = 17000 N, a = 4000 mm, b = 2000 mm, L = 6000 mm
EI = 1,61 × 10¹² N·mm²
Yükün altındaki sehim
δP = Pa²b²/(3EIL) = 17000·4000²·2000²/(3·1,61 × 10¹²·6000) = 37,54 mm
Cevap
δP = 37,54 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: MA = 45 kN·m
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon). Hiperstatik bir kirişte fazla bir mesnedi kaldırın ve oradaki sehimin sıfır olmasını şart koşun (uygunluk koşulu).
Ara mesnedi kaldırın
Mesnet olmadan kiriş bir konsoldur. Serbest ucu yük altında sehim yapardı.
δload = P(L/2)²(3L − L/2)/(6EI) = 5PL³/(48EI)
Mesnette uygunluk koşulu
Tek başına mesnet kuvveti RB serbest ucu RBL³/(3EI) kadar kaldırır. Mesnet B’nin sehimini sıfırda tutar, bu yüzden ikisi birbirini götürmelidir. EI sadeleşir.
Yüklerin ve mesnet kuvvetinin A’ya göre momentleri.
MA = P·L/2 − RB·L = 120 − 75 = 45 kN·m
Cevap
MA = 45 kN·m
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 23,55 kN
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dairesel kesitin I değeri her eksene göre aynıdır.
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dairesel kesitin I değeri her eksene göre aynıdır.
I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴
Atalet yarıçapı ve narinlik
A = 490,9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490,9) = 6,25 mm
KL = 1·2500 = 2500 mm
KL/r = 2500/6,25 = 400
Kritik gerilme
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/400² = 12,34 MPa
Cevap
σcr = 12,34 MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 131,1 × 10⁶ mm⁴
Delikli kesitler: bir deliği negatif alan sayın. Ağırlık merkezi ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)’dir; A₁, y₁ tam levha için, A₂, y₂ delik içindir. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti için her parçaya paralel eksen teoremini uygulayın ve deliği çıkarın: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²); burada d, her parçanın kendi ağırlık merkezinden ȳ’den geçen eksene olan uzaklıktır. Bir dikdörtgenin Ic = bh³/12, bir dairenin Ic = πd⁴/64’tür.
Ağırlık merkezi
ȳ = (40000·100 − 1257·140)/(40000 − 1257) = 98,7 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
200·200³/12 + 40000·1,297² = 133,4 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
π·40⁴/64 + 1257·41,3² = 2,269 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 131,1 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 131,1 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 214,7 × 10⁶ mm⁴
Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.
Üç dikdörtgene ayırın
Her y’yi alt kenardan ölçün.
üst başlık: A = 1800 mm², y = 385 mm
gövde: A = 5920 mm², y = 195 mm
alt başlık: A = 2300 mm², y = 5 mm
Ağırlık merkezi
ȳ = (1800·385 + 5920·195 + 2300·5)/10020 = 185,5 mm
Paralel eksen teoremi
üst başlık: 180·10³/12 + 1800·199,5² = 7,164 × 10⁷ mm⁴
gövde: 16·370³/12 + 5920·9,481² = 6,807 × 10⁷ mm⁴
alt başlık: 230·10³/12 + 2300·180,5² = 7,497 × 10⁷ mm⁴
Ix = 7,164 × 10⁷ + 6,807 × 10⁷ + 7,497 × 10⁷
Ix = 2,147 × 10⁸ mm⁴ = 214,7 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 214,7 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: u = 29,43 kPa
Efektif gerilme (Terzaghi): zemin iskeleti σ′ = σ − u taşır. Toplam gerilme σ, noktanın üstündeki her şeyin ağırlığıdır, Σγ·h; su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığı kullanılır. Su seviyesinin altında boşluk suyu basıncı hidrostatiktir: u = γw·(su seviyesinin altındaki derinlik).
Boşluk suyu basıncı
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·3 = 29,43 kPa
Cevap
u = 29,43 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ = 98,75 kPa
Efektif gerilme (Terzaghi): zemin iskeleti σ′ = σ − u taşır. Toplam gerilme σ, noktanın üstündeki her şeyin ağırlığıdır, Σγ·h; su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığı kullanılır. Su seviyesinin altında boşluk suyu basıncı hidrostatiktir: u = γw·(su seviyesinin altındaki derinlik).
Toplam gerilme
X’in üstündeki her zemin bandının ağırlığını toplayın. Su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığını kullanın.
σ = γd·2 + γsat,sand·1 + γsat,clay·2,5
σ = 16,5·2 + 19,5·1 + 18,5·2,5 = 98,75 kPa
Cevap
σ = 98,75 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 322,3 mm
H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.
Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın
σ′f = 40 + 170 = 210 kPa > 140 kPa
Oturma
σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.
S = 0,02·8/(1 + 0,8)·log₁₀(140/40) + 0,35·8/(1 + 0,8)·log₁₀(210/140)
S = 48,36 + 273,9 = 322,3 mm
Cevap
S = 322,3 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 4,827 yıl
H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.
Drenaj yolu
Hdr = H/2 = 7/2 = 3,5 m
Süre
t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·3,5²/0,5 = 4,827 yıl
Cevap
t = 4,827 yıl
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 183,9 kN
Düzlem yüzeye hidrostatik kuvvet: F = ρ·g·yc·A. Her zaman ağırlık merkezinin altında bulunan basınç merkezinde, ycp = yc + Ic/(ycA), etkir.
Ağırlık merkezi derinliği ve alan
yc = d + H/2 = 2,5 + 2,5/2 = 3,75 m
A = H·b = 2,5·2 = 5 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,75·5 = 183,9 kN
Cevap
F = 183,9 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: ycp = 1,556 m
Düzlem yüzeye hidrostatik kuvvet: F = ρ·g·yc·A. Her zaman ağırlık merkezinin altında bulunan basınç merkezinde, ycp = yc + Ic/(ycA), etkir.
Ağırlık merkezi derinliği ve alan
yc = d + H/2 = 1 + 1/2 = 1,5 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·1,5·2 = 37,08 kN
Basınç merkezi
Basınç derinlikle arttığından bileşke ağırlık merkezinin altında etkir.
Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına hf = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar hm = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = hf + hm verir.
Hız yüksekliği
V²/(2g) = 1,1²/(2·9,81) = 0,06167 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(1000/0,15)·1,1²/(2·9,81) = 6,167 m
Cevap
hf = 6,167 m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Q = 164,8 L/s
Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına hf = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar hm = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = hf + hm verir.
Kayıp katsayıları
f·L/D = 0,018·100/0,2 = 9
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 5 + 1,0 = 7,4
Enerji denklemi
İki yüzey de havaya açıktır ve pratikte durgundur, bu yüzden Δz’nin tamamı boruda kaybolur.
Manning denklemi (SI): açık kanalda üniform akış için V = (1/n)·R2/3·S1/2 ve Q = A·V; burada n pürüzlülük katsayısı, S taban eğimi (m/m) ve R = A/P hidrolik yarıçaptır: akış alanı bölü ıslak çevre. P’ye serbest yüzey değil, yalnızca suyla temas eden sınır dahil edilir. Dikdörtgen: A = b·y, P = b + 2y. Şev eğimi z:1 (yatay:düşey) olan yamuk: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Tam veya yarı dolu akan dairesel bir boruda R = D/4’tür.
Geometri
A = 0,159 m², R = D/4 = 0,1125 m
Hız
V = (1/0,013)·0,11252/3·0,00081/2 = 0,507 m/s
Debi
Q = A·V = 0,159·0,507 = 0,08064 m³/s
Cevap
Q = 0,08064 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,002453 m/m
Manning denklemi (SI): açık kanalda üniform akış için V = (1/n)·R2/3·S1/2 ve Q = A·V; burada n pürüzlülük katsayısı, S taban eğimi (m/m) ve R = A/P hidrolik yarıçaptır: akış alanı bölü ıslak çevre. P’ye serbest yüzey değil, yalnızca suyla temas eden sınır dahil edilir. Dikdörtgen: A = b·y, P = b + 2y. Şev eğimi z:1 (yatay:düşey) olan yamuk: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Tam veya yarı dolu akan dairesel bir boruda R = D/4’tür.
Hidrolik yarıçap
R = D/4 = 0,25/4 = 0,0625 m
Manning’i S için çözün
S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,6/0,1575)² = 0,002453
Cevap
S = 0,002453
Bu, kilometrede 2,453 m düşü demektir.
23.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: Pshaft = 18,39 kW
Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: Pshaft = Ph/ηpump; motor ise Pel = Pshaft/ηmotor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.
Hidrolik güç
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,03·50 = 14,71 kW
Mil gücü
Pshaft = Ph/η = 14,71/0,8 = 18,39 kW
Cevap
Pshaft = 18,39 kW
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: Pshaft = 18,44 kW
Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: Pshaft = Ph/ηpump; motor ise Pel = Pshaft/ηmotor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.
Paranın zaman değeri: bugünkü para, faiz kazanabileceği için aynı miktarın ileride olandan daha değerlidir. Dönem başına i faiz oranıyla bir tutar FV = PV·(1 + i)n olarak büyür. Eşit ödemeler dizisi (anüite) her ödeme toplanarak değerlenir; anüite formülleri buradan gelir.
Dönem başına oran
r/m = 0,18/2 = 0,09
Bir yıl boyunca bileşik
EAR = (1 + 0,09)2 − 1 = 1,188 − 1 = 18,81%
Cevap
EAR = 18,81%
Faiz yılda birden fazla kez bileşik hesaplandığında EAR her zaman nominal orandan büyüktür.
26.Paranın zaman değeri
Cevap: B = 179022 €
Paranın zaman değeri: bugünkü para, faiz kazanabileceği için aynı miktarın ileride olandan daha değerlidir. Dönem başına i faiz oranıyla bir tutar FV = PV·(1 + i)n olarak büyür. Eşit ödemeler dizisi (anüite) her ödeme toplanarak değerlenir; anüite formülleri buradan gelir.
Hâlâ borçlu olunan tutar, kalan ödemelerle tam olarak kapatılmalıdır.
N − k = 240 − 132 = 108
B = 2149·(1 − (1 + 0,005)−108)/0,005 = €179 021,99
Cevap
B = €179 021,99
27.NBD ve IRR
Cevap: DPB = 3,381 yıl
Geri ödeme süresi: birikimli nakit akışlarının ilk yatırımı karşılamasına kadar geçen süre. Nakdin her yıl boyunca eşit geldiği varsayılır, bu yüzden son kısım bir yılın kesridir. Basit geri ödeme süresi paranın zaman değerini göz ardı eder; iskontolu geri ödeme süresi ise iskonto edilmiş nakit akışlarını kullanır.
İskonto edilmiş ve birikimli nakit akışları
yıl 1: 7 000/1,08 = 6 481,48 → Σ = 6 481,48
yıl 2: 7 000/1,166 = 6 001,37 → Σ = 12 482,85
yıl 3: 7 000/1,26 = 5 556,83 → Σ = 18 039,68
yıl 4: 7 000/1,36 = 5 145,21 → Σ = 23 184,89
Son yılın kesri
DPB = 3 + 1 960,32/5 145,21 = 3,381
Cevap
DPB = 3,381 yıl
İskontolu geri ödeme süresi her zaman basit geri ödeme süresinden (2,857 yıl) uzundur.
28.NBD ve IRR
Cevap: IRR = 14,07 %
Net bugünkü değer: her nakit akışını gerekli getiri oranı r ile bugüne indirgeyin ve toplayın: NBD = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. NBD > 0 olan proje r'den fazla kazandırır ve değer yaratır. İç verim oranı (IRR), NBD = 0 yapan orandır.
Gerekli anüite faktörü
(1 − (1 + i)−3)/i = 80 000/34 500 = 2,319
Oranı çözün
Oran arttıkça anüite faktörü azalır; oranı iki değer arasına alın ve aralığı daraltın.
i = 14%: 2,322
i = 15%: 2,283
IRR = 14,07%
Cevap
IRR = 14,07%
29.Normal dağılım
Cevap: z = −1,07
Bir alandan z’ye geri dönmek: Φ(z), z’nin solundaki alandır. Sol kuyruk alanı A için tabloda Φ(z) = A olan z’yi bulun. Sağ kuyruk alanı A, Φ(z) = 1 − A demektir. −z ile z arasındaki merkezî alan A, her kuyrukta (1 − A)/2 bırakır, yani Φ(z) = (1 + A)/2. Bir x değeri için x = μ + zσ kullanın.
z’nin solundaki alan
Φ(z) = 1 − 0,8577 = 0,1423
z tablosunu tersten okuyun
Tablonun içinde 0,1423 değerini bulun ve z’yi okuyun.
z = −1,07
Cevap
z = −1,07
30.Normal dağılım
Cevap: x = 124,6 puan
Bir alandan z’ye geri dönmek: Φ(z), z’nin solundaki alandır. Sol kuyruk alanı A için tabloda Φ(z) = A olan z’yi bulun. Sağ kuyruk alanı A, Φ(z) = 1 − A demektir. −z ile z arasındaki merkezî alan A, her kuyrukta (1 − A)/2 bırakır, yani Φ(z) = (1 + A)/2. Bir x değeri için x = μ + zσ kullanın.
Soldaki alan
Φ(z) = 0,95
Tablodan z
z ≈ 1,64
Özgün birimlere geri dönüş
x = 100 + 1,64·15 = 124,6 puan
Cevap
x = 124,6 puan
Bu bağımsız bir alıştırma materyalidir. ExamProblems bu sınavı düzenleyen kuruluşla bağlantılı değildir ve onun tarafından onaylanmamıştır; sınav adı yalnızca içeriği tanımlamak için kullanılmaktadır. FE exam sınavı NCEES tarafından yürütülür; bu kuruluş ExamProblems ile bağlantılı değildir ve onu desteklemez.