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 kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RB değerini bulun.
L = 8 mP1 = 55 kN @ 5 mP2 = 25 kN @ 6 m
RB = kN
2.Kiriş mesnet tepkileriZor
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RB değerini bulun.
L = 4 mP = 60 kN @ 1,5 mw = 3 kN/m, 2 ile 3 m arasında
RB = kN
3.Kafes: düğüm yöntemiOrta
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 4 myükseklik = 2 mB, A’dan 3 m uzaktadüşey yük = 60 kN
FAB = kN
4.Kafes: düğüm yöntemiZor
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 6 myükseklik = 4 mB, A’dan 5 m uzaktadüşey yük = 45 kNyatay yük = 20 kN →
FAB = kN
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.
30 kN @ 4 m55 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
Kiriş A’da sabit mafsala ve B’de kayıcı mesnede oturur ve B’den serbest uç C’ye kadar 1,5 m çıkma yapar. Tüm A–C boyunca düzgün yayılı w yükü etkir. A’dan mesnetler arasındaki dönüm noktasına (eğilme momentinin işaret değiştirdiği yere) olan uzaklık xc değerini bulun.
L = 5,5 mw = 5 kN/m, 0 ile 5,5 m arasındamesnetler x = 0 ve x = 4 m konumlarında
xc = m
7.Kiriş sehimiOrta
Basit mesnetli bir kiriş tüm açıklıkta düzgün yayılı w yükü taşıyor. Açıklık ortasındaki en büyük sehim δmax değerini bulun.
w = 5 kN/mL = 6 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Kiriş sehimiZor
Basit mesnetli bir kiriş B mesnedinden b = 2 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Kirişin en büyük sehimi δmax değerini bulun.
P = 7 kNb = 2 mL = 5 mE = 200 GPa (çelik)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Kolon burkulmasıOrta
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon tabanı ankastre, tepesi serbest. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 1 mE = 70 GPa (alüminyum)b × h = 25 × 40 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
çelik malzemeden L boyunda bir kolon tabanı ankastre, tepesi mafsallı. Narinliğini ve Euler formülünden kritik burkulma gerilmesi σcr değerini bulun.
L = 4 mE = 200 GPa (çelik)d = 80 mm
σcr = MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
150 mm × 150 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 60 mm yukarıda olan 30 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 150 mmh = 150 mmd = 30 mmdelik merkezi: y = 60 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
120 mm × 150 mm boyutlarındaki bir levhada, 80 mm genişliğinde ve 20 mm yüksekliğinde, düşey merkez çizgisine ortalanmış ve merkezi alttan 90 mm yukarıda olan dikdörtgen bir kesik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 120 mmh = 150 mmkesik: 80 × 20 mmdelik merkezi: y = 90 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilmeOrta
Gösterilen zemin profili için X noktasındaki düşey efektif gerilme σ′ değerini bulun.
3 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,25, Cr = 0,02 ve e₀ = 0,85. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 95 kPa ve ön konsolidasyon basıncı 215 kPa’dır. Yeni bir bina orta derinlikte 160 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
Bir laboratuvar ödometre deneyinde, üstten ve alttan drene edilen 25 mm kalınlığındaki bir kil numunesi 6 dakikada %50 konsolidasyona ulaşıyor. Arazide aynı kil 9 m kalınlığında bir tabaka oluşturuyor. Üstünde kum bulunan geçirimsiz kaya üzerinde durur, bu yüzden su yalnızca üstten drene olur. Arazideki tabakanın %50 konsolidasyona ulaşması kaç gün t sürer?
1,5 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.
1 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, yağ dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2 m altında bulunuyor. Basınç merkezinin yüzeyden derinliği ycp değerini bulun.
d = 2 mH = 1 mb = 1 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta
Su, 800 m uzunluğunda ve iç çapı 250 mm olan bir borudan 2,5 m/s ortalama hızla akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,03 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı hf değerini bulun.
İki açık hazne, 400 m uzunluğunda, iç çapı 250 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,018 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Üst haznenin su yüzeyi alttakinden 25 m yüksektedir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 2 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.
Yamuk kesitli bir tuğla kaplama kanalın taban genişliği 4,5 m ve şev eğimleri 2:1 (yatay:düşey). Su 1 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,015 ve taban eğimi S = 0,0008. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 4,5 my = 1 mz = 2n = 0,015S = 0,0008
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
Taban genişliği 4,5 m ve şev eğimleri 1,5:1 (yatay:düşey) olan yamuk kesitli bir çakıl kanal 0,8 m derinlikte üniform akışla 4,2 m³/s taşımalıdır. Manning n = 0,025. Gereken taban eğimi S değerini (m/m cinsinden) bulun.
Q = 4,2 m³/sb = 4,5 my = 0,8 mz = 1,5n = 0,025
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Bir deneyde pompa 12 m basma yüksekliğine karşı 150 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basarken mili 29,4 kW çekiyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi η değerini yüzde olarak bulun.
Q = 150 L/sH = 12 mPshaft = 29,4 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 100 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 14 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 150 m uzunluğunda, iç çapı 250 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,02; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 8 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
3 yıl sonra €25 000 gerekiyor. Hesap aylık bileşik, yıllık %2 faiz ödüyor. Bugün ne kadar yatırmalısınız? Bugünkü değer PV'ü bulun.
FV = €25 0002% / 12n = 3
PV = €
26.Paranın zaman değeriZor
28 yıl boyunca her ayın sonunda €250 biriktiriyorsunuz. Hesap aylık bileşik, yıllık %4,2 faiz ödüyor. Sonunda ne kadar birikmiş olur? FV'ü bulun.
A = €2504,2% / 12N = 336
FV = €
27.NBD ve IRROrta
€30 000 tutarındaki bir yatırım 1'den 3'e kadar yılların sonunda şu nakit akışlarını sağlar: €11 000, €12 000, €11 000. Sermaye maliyeti %5'tür. Net bugünkü değer NPV'ü bulun.
Bir proje bugün €100 000 maliyetindedir. Nakit akışı 1. yılın sonunda €11 000 olur ve 9. yılın sonundaki son nakit akışına kadar yıllık %5 büyür. Sermaye maliyeti %12. Net bugünkü değer NPV değerini bulun.
C0 = €100 000CF1 = €11 000g = 5%n = 9r = 12%
NPV = €
29.Normal dağılımOrta
Standart normal eğri altında, −z ile z arasındaki gölgeli alan 0,2812 olacak şekilde z’yi sürükleyin. z’yi iki ondalıkla bulun.
A = 0,2812
z =
30.Normal dağılımZor
yetişkin erkeklerin boyları, ortalaması 178 cm ve standart sapması 7 cm olan normal dağılıma uyar. Altında kalan değerlerin oranı %20 olan x değerini bulun (20. yüzdelik).
μ = 178σ = 7P = 20%
x = cm
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 53,13 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.
ΣMA = 0: RB·8 = 55·5 + 25·6
RB = 425/8 = 53,13 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 53,13 = 26,88 kN
Cevap
RB = 53,13 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 24,38 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 = 3·1 = 3 kN, x̄ = 2,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 60·1,5 + 3·1·2,5
RB = 97,5/4 = 24,38 kN
ΣFy = 0: RA = 63 − 24,38 = 38,63 kN
Cevap
RB = 24,38 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAB = −27,04 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·4 = 60·3 → Cy = 45 kN
ΣFy = 0: Ay = 60 − 45 = 15 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 2/3,606 = 0,5547
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −15/0,5547 = −27,04 kN
Cevap
FAB = −27,04 kN (basınç)
4.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAB = 9,338 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 = 45·5 + 20·4 → Cy = 50,83 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 50,83 = −5,833 kN
ΣFx = 0: Ax = −20 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 4/6,403 = 0,6247
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −−5,833/0,6247 = 9,338 kN
Cevap
FAB = 9,338 kN (çekme)
5.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: C (x = 2 m)
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 = 46,67 kN, R2 = 38,33 kN
Her işaretteki eğilme momenti
Kesimin bir yanındaki tüm kuvvetlerin momentlerini toplayın. Sehim yapan pozitif, tersi negatiftir.
MA = 0, MB = 46,67, MC = 93,33 kN·m, MD = 85, ME = 76,67, MF = 38,33, MG = 0
Cevap
İşaret C: MC = 93,33 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: xc = 3,438 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
Çıkmadaki yük dahil tüm kirişin dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 5·5,5 = 27,5 kN, x̄ = 2,75 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 5·5,5·2,75
RB = 75,63/4 = 18,91 kN
ΣFy = 0: RA = 27,5 − 18,91 = 8,594 kN
Sıfır moment
Mesnetler arasında M(x) = RA·x − w·x²/2. x = 0 dışında x = 2RA/w’de sıfırdır.
RA·xc − w·xc²/2 = 0
xc = 2·8,594/5 = 3,438 m
Cevap
xc = 3,438 m
7.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 21,15 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.
w = 5 N/mm, L = 6000 mm
EI = 3,99 × 10¹² N·mm²
Sehim
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·6000⁴/(384·3,99 × 10¹²) = 21,15 mm
Cevap
δmax = 21,15 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 2,401 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 = 7000 N, b = 2000 mm, L = 5000 mm
EI = 7,2 × 10¹² N·mm²
En büyük değerin konumu
Uzun parçadaki eğimi sıfıra eşitlemek konumu verir.
x = √((L² − b²)/3) = √((5000² − 2000²)/3) = 2646 mm
En büyük sehim
δmax = Pb(L² − b²)3/2/(9√3·EIL) = 2,401 mm
Cevap
δmax = 2,401 mm
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 8,996 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
Dikdörtgen zayıf ekseni etrafında, küçük boyutun küpüyle burkulur.
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·80⁴/64 = 2,011 × 10⁶ mm⁴
Atalet yarıçapı ve narinlik
A = 5027 mm²
r = √(I/A) = √(2,011 × 10⁶/5027) = 20 mm
KL = 0,7·4000 = 2800 mm
KL/r = 2800/20 = 140
Kritik gerilme
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/140² = 100,7 MPa
Cevap
σcr = 100,7 MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 41,98 × 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 = (22500·75 − 706,9·60)/(22500 − 706,9) = 75,49 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
150·150³/12 + 22500·−0,4865² = 42,19 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
π·30⁴/64 + 706,9·−15,49² = 0,2093 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 41,98 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 41,98 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 33,3 × 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 = (18000·75 − 1600·90)/(18000 − 1600) = 73,54 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
120·150³/12 + 18000·1,463² = 33,79 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
80·20³/12 + 1600·16,46² = 0,487 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 33,3 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 33,3 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 88,26 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.
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 127,5 − 39,24 = 88,26 kPa
Cevap
σ′ = 88,26 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 72,76 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·2 + γsat,clay·2
σ = 16,5·2 + 20,5·2 + 19·2 = 112 kPa
Boşluk suyu basıncı
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 112 − 39,24 = 72,76 kPa
Cevap
σ′ = 72,76 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 41,55 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 = 95 + 160 = 255 kPa > 215 kPa
Oturma
σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.
S = 0,02·3/(1 + 0,85)·log₁₀(215/95) + 0,25·3/(1 + 0,85)·log₁₀(255/215)
S = 11,5 + 30,04 = 41,55 mm
Cevap
S = 41,55 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 2160 gün
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 yolları
Hdr,lab = 25/2 = 12,5 mm = 0,0125 m
Hdr,field = 9 m
Süreyi ölçekleyin
Laboratuvarda ve arazide aynı Tv ve cv ile t = T_v·Hdr²/cv.
tfield = 6·(9/0,0125)² = 3,11 × 10⁶ min
tfield = 3,11 × 10⁶/1440 = 2160 gün
Cevap
t = 2160 gün
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 44,15 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 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1,5 = 1,5 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·1,5 = 44,15 kN
Cevap
F = 44,15 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: ycp = 2,533 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 = 2 + 1/2 = 2,5 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·2,5·1 = 21,58 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) = 2,5²/(2·9,81) = 0,3186 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,03·(800/0,25)·2,5²/(2·9,81) = 30,58 m
Cevap
hf = 30,58 m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Q = 181,4 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 = 0,018·400/0,25 = 28,8
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 5 + 1,0 = 7,1
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 = (b + z·y)·y = (4,5 + 2·1)·1 = 6,5 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4,5 + 2·1·√(1 + 2²) = 8,972 m
R = A/P = 0,7245 m
Hız
V = (1/0,015)·0,72452/3·0,00081/2 = 1,521 m/s
Debi
Q = A·V = 6,5·1,521 = 9,887 m³/s
Cevap
Q = 9,887 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,001008 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.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (4,5 + 1,5·0,8)·0,8 = 4,56 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 4,5 + 2·0,8·√(1 + 1,5²) = 7,384 m
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 = 1000·9,81·0,15·12 = 17,66 kW
Verim
η = Ph/Pshaft = 17,66/29,4 = 60,06%
Cevap
η = 60,06%
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 18,23 m
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.
İki yüzey de açıktır ve pratikte durgundur, bu yüzden basınç ve hız terimleri düşer.
H = Δz + hL = 14 + 4,23 = 18,23 m
Cevap
H = 18,23 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: PV = 23545 €
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.
Oran ve dönem sayısı
i = 0,02/12 = 0,001667
N = 12·3 = 36
Bugünkü değer
PV = FV/(1 + i)N = 25 000/1,062 = €23 545,29
Cevap
PV = €23 545,29
26.Paranın zaman değeri
Cevap: FV = 159624 €
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.
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.
Her nakit akışının bugünkü değeri
CF0 = −30 000
CF1/(1 + 0,05)1 = 11 000/1,05 = 10 476,19
CF2/(1 + 0,05)2 = 12 000/1,103 = 10 884,35
CF3/(1 + 0,05)3 = 11 000/1,158 = 9 502,21
Toplayın
NPV = €862,76
Cevap
NPV = €862,76
NBD pozitif, yani proje gerekli getiriden fazlasını kazandırır.
28.NBD ve IRR
Cevap: NPV = −30767 €
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.
NBD negatif, yani proje gerekli getiriden azını kazandırır.
29.Normal dağılım
Cevap: z = 0,36
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 + 0,2812)/2 = 0,6406
z tablosunu tersten okuyun
Tablonun içinde 0,6406 değerini bulun ve z’yi okuyun.
z = 0,36
Cevap
z = 0,36
30.Normal dağılım
Cevap: x = 172,1 cm
Normal dağılım: bir x değerini z = (x − μ)/σ ile z puanına çevirin; z, ortalamadan kaç standart sapma uzakta olunduğunu sayar. z tablosu (ya da Φ(z)) z’nin solundaki alanı, yani P(X < x) değerini verir. Sağdaki alan 1 − Φ(z), iki değer arasındaki alan ise bu iki alanın farkıdır.
Yüzdelik için z
Φ(z) = 0,2 → z = −0,8416
x’e geri dönüş
x = 178 + −0,8416·7 = 172,11 cm
Cevap
x = 172,11 cm
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.