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
Kirişin A’da sabit mafsalı ve A’dan 2,5 m uzaklıkta B’de kayıcı mesnedi var; B’den serbest uç C’ye kadar çıkma yapar. Yukarıyı pozitif alarak düşey tepki RB değerini bulun.
AB = 2,5 mAC = 4 mP1 = 55 kN @ 2 mP2 = 45 kN @ 4 m
RB = 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 = 30 kN @ 1 mw = 2 kN/m, 5 ile 8 m arasında
RA = kN
3.Kafes: düğüm yöntemiOrta
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
C: 35 kN ↓D: 30 kN ↓G: 25 kN ↓
1AB elemanı
2BC elemanı
3CD elemanı
4DE elemanı
5FG elemanı
6GH elemanı
7AF elemanı
8HE elemanı
9BF elemanı
10CG elemanı
11DH elemanı
12FC elemanı
13HC elemanı
4.Kafes: düğüm yöntemiZor
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
B: 10 kN ↓F: 25 kN ↓F: 20 kN →G: 10 kN ↓
1AB elemanı
2BC elemanı
3CD elemanı
4DE elemanı
5FG elemanı
6GH elemanı
7AF elemanı
8HE elemanı
9BF elemanı
10CG elemanı
11DH elemanı
12FC elemanı
13HC 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.
30 kN @ 1 m30 kN @ 4 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 tüm açıklık boyunca düzgün yayılı w yükü ve bir P tekil yükü taşır. Kirişteki en büyük eğilme momenti Mmax değerini bulun.
L = 10 mP = 30 kN @ 5 mw = 4 kN/m, 0 ile 10 m arasında
Mmax = kN·m
7.Kiriş sehimiOrta
Basit mesnetli bir kiriş tüm açıklıkta düzgün yayılı w yükü taşıyor. Açıklık ortasındaki en büyük sehim δmax değerini bulun.
w = 8 kN/mL = 3 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Kiriş sehimiZor
Basit mesnetli bir kiriş düzgün yayılı w yükü ve açıklık ortasında P tekil yükü taşıyor. Süperpozisyon kullanarak orta nokta sehimi δmax değerini bulun.
P = 27 kNw = 8 kN/mL = 5 mE = 200 GPa (çelik)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
9.Kolon burkulmasıOrta
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu ankastre. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 3 mE = 70 GPa (alüminyum)b × h = 50 × 80 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
çelik malzemeden L boyunda dolu yuvarlak bir kolon iki ucu ankastre. Burkulmaya karşı 2 güvenlik katsayısıyla 10 kN taşımalı. En küçük çap d değerini bulun.
P = 10 kNn = 2L = 1 mE = 200 GPa (çelik)
d = mm
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
T kesitin ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
bf = 240 mmtf = 25 mmtw = 12 mmhw = 100 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
120 mm × 300 mm boyutlarındaki bir levhada, 30 mm genişliğinde ve 50 mm yüksekliğinde, düşey merkez çizgisine ortalanmış ve merkezi alttan 180 mm yukarıda olan dikdörtgen bir kesik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 120 mmh = 300 mmkesik: 30 × 50 mmdelik merkezi: y = 180 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilmeOrta
Gösterilen zemin profili için X noktasındaki düşey efektif gerilme σ′ değerini bulun.
6,5 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,4, Cr = 0,04 ve e₀ = 0,65. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 100 kPa ve ön konsolidasyon basıncı 210 kPa’dır. Yeni bir bina orta derinlikte 230 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 4 dakikada %50 konsolidasyona ulaşıyor. Arazide aynı kil 9,5 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 0,5 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
2 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, deniz suyu dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
d = 2 mH = 2 mb = 2 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta
Su, 500 m uzunluğunda ve iç çapı 200 mm olan bir borudan 75 L/s debiyle akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,02 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı hf değerini bulun.
İki açık hazne, 200 m uzunluğunda, iç çapı 300 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,025 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 3 dirsek (her biri K = 0,3), bir vana (K = 0,2) ve alt hazneye çıkış (K = 1,0). g = 9,81 m/s² kullanın. Hazneler arasındaki hangi su seviyesi farkı Δz, 120 L/s debi verir?
Yamuk kesitli bir tuğla kaplama kanalın taban genişliği 5,5 m ve şev eğimleri 2:1 (yatay:düşey). Su 1,7 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,015 ve taban eğimi S = 0,0015. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 5,5 my = 1,7 mz = 2n = 0,015S = 0,0015
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 0,9 m/s’lik kendi kendini temizleme hızına ulaşmalıdır. En küçük eğim S değerini (m/m cinsinden) bulun.
D = 250 mmn = 0,013V = 0,9 m/s
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Bir deneyde pompa 80 m basma yüksekliğine karşı 80 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basarken mili 83,7 kW çekiyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi η değerini yüzde olarak bulun.
Q = 80 L/sH = 80 mPshaft = 83,7 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 80 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 19 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 300 m uzunluğunda, iç çapı 200 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,02; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 5 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
Bir anüite 13 yıl boyunca her yılın sonunda €1 500 ödüyor. Faiz oranı yıllık %4. Anüitenin bugünkü değeri PV değerini bulun.
A = €1 500i = 4%n = 13
PV = €
26.Paranın zaman değeriZor
7 yıl boyunca her ayın sonunda €500 biriktiriyorsunuz. Hesap aylık bileşik, yıllık %3 faiz ödüyor. Sonunda ne kadar birikmiş olur? FV'ü bulun.
A = €5003% / 12N = 84
FV = €
27.NBD ve IRROrta
€20 000 tutarındaki bir yatırım 1'den 3'e kadar yılların sonunda şu nakit akışlarını sağlar: €8 000, €6 000, €5 000. Sermaye maliyeti %7,000000000000001'tür. Net bugünkü değer NPV'ü bulun.
Bir proje €25 000 tutarındadır ve 1'den 2'ye kadar yılların sonunda €17 000, €11 500 getirir. İç verim oranı IRR'ü yüzde olarak bulun.
CF0 = −25 000CF1 = 17 000CF2 = 11 500
IRR = %
29.Normal dağılımOrta
IQ puanları, ortalaması 100 puan ve standart sapması 15 puan olan normal dağılıma uyar. Hangi oran 82 ile 118,75 puan arasındadır? P değerini ondalık sayı olarak verin.
μ = 100σ = 15x1 = 82x2 = 118,75
P =
30.Normal dağılımZor
Delik çapları D normaldir; ortalaması 25,03 mm, standart sapması 0,01 mm. Mil çapları d bağımsızdır ve normaldir; ortalaması 25 mm, standart sapması 0,01 mm. Rastgele seçilen bir mil, D − d > 0 olduğunda yerine oturur. Yerine oturma olasılığını P bulun. z’yi iki ondalığa yuvarlayın.
delik: μ = 25,03 mm, σ = 0,01 mmmil: μ = 25 mm, σ = 0,01 mm
P =
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 116 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.
A’ya göre momentler
Saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: RB·2,5 = 55·2 + 45·4
RB = 290/2,5 = 116 kN
Düşey denge
RA = 55 + 45 − 116 = −16 kN
Cevap
RB = 116 kN
RA negatif: A’daki mafsal kirişi aşağı tutmak zorundadır.
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 27,38 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 = 2·3 = 6 kN, x̄ = 6,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·8 = 30·1 + 2·3·6,5
RB = 69/8 = 8,625 kN
ΣFy = 0: RA = 36 − 8,625 = 27,38 kN
Cevap
RA = 27,38 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: BF elemanı
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.
B düğüm noktası
AB ve BC aynı düz doğru üzerindedir ve düğüm noktası yük taşımaz. O doğruya dik kuvvetleri dengelemek yalnızca BF’yi bırakır.
ΣF⊥ = 0 → FBF = 0
Düğüm noktaları yöntemiyle kontrol edin
Tüm düğüm noktalarını çözmek şu eleman kuvvetlerini verir (T = çekme, C = basınç).
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.
D düğüm noktası
CD ve DE aynı düz doğru üzerindedir ve düğüm noktası yük taşımaz. O doğruya dik kuvvetleri dengelemek yalnızca DH’yi bırakır.
ΣF⊥ = 0 → FDH = 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 = 35 kN, R2 = 25 kN
Her işaretteki eğilme momenti
Kesimin bir yanındaki tüm kuvvetlerin momentlerini toplayın. Sehim yapan pozitif, tersi negatiftir.
MA = 0, MB = 35, MC = 40, MD = 45, ME = 50 kN·m, MF = 25, MG = 0
Cevap
İşaret E: ME = 50 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: Mmax = 125 kN·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 = 4·10 = 40 kN, x̄ = 5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 30·5 + 4·10·5
RB = 350/10 = 35 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 35 = 35 kN
V = 0 nerede?
V(5⁻) = RA − w·5 = 15 kN
V(5⁺) = 15 − 30 = −15 kN
Kesme kuvveti yükte işaret değiştirir, bu yüzden en büyük değer yükün altındadır.
En büyük moment
Mmax = RA·5 − w·5²/2 = 35·5 − 4·5²/2 = 125 kN·m
Cevap
Mmax = 125 kN·m
A’dan x = 5 m uzaklıkta oluşur.
7.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 5,241 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 = 8 N/mm, L = 3000 mm
EI = 1,61 × 10¹² N·mm²
Sehim
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·3000⁴/(384·1,61 × 10¹²) = 5,241 mm
Cevap
δmax = 5,241 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 5,642 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 = 27000 N, w = 8 N/mm, L = 5000 mm, EI = 2,4 × 10¹³ N·mm²
Her yük tek başına
δP = PL³/(48EI) = 27000·5000³/(48·2,4 × 10¹³) = 2,93 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·8·5000⁴/(384·2,4 × 10¹³) = 2,713 mm
Toplayın
δmax = 2,93 + 2,713 = 5,642 mm
Cevap
δmax = 5,642 mm
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 255,9 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.
Gereken kritik yük
Pcr = n·P = 2·10000 = 20000 N
KL = 0,5·1000 = 500 mm
Çap için çözün
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·20000·500²/(π³·200000))^(1/4) = 15,07 mm
Cevap
d = 15,07 mm
Kontrol: narinlik KL/r = 132,7, dolayısıyla kolon narindir ve Euler geçerlidir.
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 5,219 × 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.
İki dikdörtgene ayırın
Her y’yi alt kenardan ölçün.
başlık: Af = 240·25 = 6000 mm², yf = 100 + 25/2 = 112,5 mm
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 = (36000·150 − 1500·180)/(36000 − 1500) = 148,7 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
120·300³/12 + 36000·1,304² = 270,1 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
30·50³/12 + 1500·31,3² = 1,782 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 268,3 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 268,3 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 72,69 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) = 9,81·1 = 9,81 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 82,5 − 9,81 = 72,69 kPa
Cevap
σ′ = 72,69 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 59,45 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·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·3
σ = 16,5·1 + 19·2 + 18·3 = 108,5 kPa
Boşluk suyu basıncı
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·5 = 49,05 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 108,5 − 49,05 = 59,45 kPa
Cevap
σ′ = 59,45 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 360,1 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 = 100 + 230 = 330 kPa > 210 kPa
Oturma
σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.
S = 0,04·6,5/(1 + 0,65)·log₁₀(210/100) + 0,4·6,5/(1 + 0,65)·log₁₀(330/210)
S = 50,77 + 309,3 = 360,1 mm
Cevap
S = 360,1 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 1604 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 = 9,5 m
Süreyi ölçekleyin
Laboratuvarda ve arazide aynı Tv ve cv ile t = T_v·Hdr²/cv.
tfield = 4·(9,5/0,0125)² = 2,31 × 10⁶ min
tfield = 2,31 × 10⁶/1440 = 1604 gün
Cevap
t = 1604 gün
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 64,38 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 = 0,5 + 2,5/2 = 1,75 m
A = H·b = 2,5·1,5 = 3,75 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·1,75·3,75 = 64,38 kN
Cevap
F = 64,38 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 120,7 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 + 2/2 = 3 m
A = H·b = 2·2 = 4 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·3·4 = 120,7 kN
Cevap
F = 120,7 kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: hf = 14,52 m
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.
Ortalama hız
A = π·0,2²/4 = 0,03142 m²
V = Q/A = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
Hız yüksekliği
V²/(2g) = 2,387²/(2·9,81) = 0,2905 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,02·(500/0,2)·2,387²/(2·9,81) = 14,52 m
Cevap
hf = 14,52 m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Δz = 2,83 m
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
V = Q/A = 0,12/0,07069 = 1,698 m/s
V²/(2g) = 0,1469 m
Kayıp katsayıları
f·L/D = 0,025·200/0,3 = 16,67
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 0,2 + 1,0 = 2,6
Toplam yük kaybı
hf = 16,67·0,1469 = 2,448 m
hm = 2,6·0,1469 = 0,3819 m
Δz = hf + hm = 2,83 m
Cevap
Δz = 2,83 m
21.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: Q = 43 m³/s
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 = (5,5 + 2·1,7)·1,7 = 15,13 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5,5 + 2·1,7·√(1 + 2²) = 13,1 m
R = A/P = 1,155 m
Hız
V = (1/0,015)·1,1552/3·0,00151/2 = 2,842 m/s
Debi
Q = A·V = 15,13·2,842 = 43 m³/s
Cevap
Q = 43 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,005519 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 = (0,013·0,9/0,1575)² = 0,005519
Cevap
S = 0,005519
Bu, kilometrede 5,519 m düşü demektir.
23.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: η = 75,01 %
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 = 1000·9,81·0,08·80 = 62,78 kW
Verim
η = Ph/Pshaft = 62,78/83,7 = 75,01%
Cevap
η = 75,01%
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 30,57 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 = 19 + 11,57 = 30,57 m
Cevap
H = 30,57 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: PV = 14978 €
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.
Anüite faktörü
(1 − (1 + i)−n)/i = (1 − 0,6006)/0,04 = 9,986
Bugünkü değer
PV = 1 500·9,986 = €14 978,47
Cevap
PV = €14 978,47
26.Paranın zaman değeri
Cevap: FV = 46671 €
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 = −20 000
CF1/(1 + 0,07)1 = 8 000/1,07 = 7 476,64
CF2/(1 + 0,07)2 = 6 000/1,145 = 5 240,63
CF3/(1 + 0,07)3 = 5 000/1,225 = 4 081,49
Toplayın
NPV = €−3 201,24
Cevap
NPV = €−3 201,24
NBD negatif, yani proje gerekli getiriden azını kazandırır.
28.NBD ve IRR
Cevap: IRR = 9,868 %
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.
IRR'yi iki taraftan sınırlayın
Oran arttıkça NBD azalır; bu yüzden IRR, pozitif NBD veren oran ile negatif NBD veren oran arasındadır.
NPV(5%) = 1 621,32
NPV(10%) = −41,32
Daraltın
Doğrusal enterpolasyon ilk tahmini verir; tekrarlamak (ya da hesap makinesinin IRR işlevi) kesin oranı verir.
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.
z puanları
z₁ = (82 − 100)/15 = −1,2
z₂ = (118,75 − 100)/15 = 1,25
Aradaki alan
P = Φ(1,25) − Φ(−1,2) = 0,8944 − 0,1151 = 0,7793
Cevap
P = 0,7793
30.Normal dağılım
Cevap: P = 0,983
Normal değişkenlerin toplamı ve farkı: X ve Y bağımsız ve normal ise X + Y ve X − Y de normaldir. Ortalamalar toplanır ya da çıkarılır: E(X ± Y) = μX ± μY. Varyanslar fark için de her zaman toplanır: Var(X ± Y) = σX² + σY², dolayısıyla σ = √(σX² + σY²). Standart sapmalar asla doğrudan toplanmaz. Aynı dağılıma sahip n bağımsız parçanın toplamının ortalaması n·μ, standart sapması σ·√n’dir. Sonra her zamanki gibi standartlaştırın: z = (x − ortalama)/σ ve Φ(z)’yi okuyun.
Farkın dağılımı
μ = 25,03 − 25 = 0,03 mm, σ = 0,01414 mm
Standartlaştırın
z = (0 − 0,03)/0,01414 = −2,12
Olasılık
P = 1 − Φ(−2,12) = 0,983
Cevap
P = 0,983
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.