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 sıfırdan B’de 15 kN/m değerine doğrusal artan bir yük taşır. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.
L = 5 mw0 = 15 kN/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 = 6 mP = 30 kN @ 4,5 mw = 8 kN/m, 0 ile 5 m arasında
RA = kN
3.Kafes: düğüm yöntemiOrta
AC çubuğundaki FAC kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 6 myükseklik = 2 mB, A’dan 5 m uzaktadüşey yük = 60 kN
FAC = kN
4.Kafes: düğüm yöntemiZor
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
Kiriş A’da sabit mafsala ve B’de kayıcı mesnede oturur ve B’den serbest uç C’ye kadar 1,5 m çıkma yapar. Mesnetler arasında P1 tekil yükünü ve C’de P2 tekil yükünü taşır. P1 yükünün altındaki eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 7,5 mP1 = 75 kN @ 3 mP2 = 75 kN @ 7,5 mmesnetler x = 0 ve x = 6 m konumlarında
Mx = kN·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 = 20 kN @ 4 mw = 5 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 = 15 kN/mL = 3 mE = 200 GPa (çelik)I = 23 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.Kiriş sehimiZor
Basit mesnetli bir kiriş B mesnedinden b = 1,5 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Açıklık ortasındaki sehim δmid değerini bulun.
P = 17 kNb = 1,5 mL = 8 mE = 200 GPa (çelik)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δmid = mm
9.Kolon burkulmasıOrta
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon tabanı ankastre, tepesi mafsallı. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 1 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 30 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
çelik malzemeden L boyunda dolu yuvarlak bir kolon iki ucu mafsallı. Burkulmaya karşı 2,5 güvenlik katsayısıyla 80 kN taşımalı. En küçük çap d değerini bulun.
P = 80 kNn = 2,5L = 5 mE = 200 GPa (çelik)
d = mm
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
Bir U kesit açık tarafı yukarıda duruyor: 240 mm genişliğinde bir taban levhası ve toplam 120 mm yüksekliğinde iki dik kol. Taban ve kolların hepsi 18 mm kalınlığındadır. Ağırlık merkezinin alt kenardan yüksekliği ȳ değerini bulun.
b = 240 mmh = 120 mmt = 18 mm
ȳ = mm
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
Kaynaklı bir I kesitin 150 × 24 mm üst başlığı, 390 mm yüksekliğinde ve 8 mm kalınlığında gövdesi ve 240 × 16 mm alt başlığı vardır (genişlik × kalınlık). Ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
üst başlık: 150 × 24 mmgövde: 8 × 390 mmalt başlık: 240 × 16 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 = 0,04 ve e₀ = 0,6. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 90 kPa ve aşırı konsolidasyon oranı OCR = 2. Yeni bir bina orta derinlikte 100 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
8,5 m kalınlığındaki bir kil tabakasının konsolidasyon katsayısı cv = 3 m²/yıl. İki kum tabakası arasında bulunur, bu yüzden su üstten ve alttan drene olur. %80 ortalama konsolidasyon için zaman faktörü Tv = 0,567. Tabakanın %80 konsolidasyona ulaşması kaç yıl t sürer?
2 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 1 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 1,5 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
Su, 400 m uzunluğunda ve iç çapı 300 mm olan bir borudan 100 L/s debiyle akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı hf değerini bulun.
İki açık hazne, 150 m uzunluğunda, iç çapı 150 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Üst haznenin su yüzeyi alttakinden 24 m yüksektedir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 3 dirsek (her biri K = 0,3), bir vana (K = 2) ve alt hazneye çıkış (K = 1,0). g = 9,81 m/s² kullanın. Debi Q değerini L/s cinsinden bulun.
Dikdörtgen kesitli bir çim kaplı toprak kanal 5 m genişliğinde. Su 2,2 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,03 ve taban eğimi S = 0,0005. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 5 my = 2,2 mn = 0,03S = 0,0005
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
1 m genişliğinde dikdörtgen kesitli bir perdahsız beton kanal 0,6 m derinlikte üniform akışla 1,1 m³/s taşımalıdır. Manning n = 0,014. Gereken taban eğimi S değerini (m/m cinsinden) bulun.
Q = 1,1 m³/sb = 1 my = 0,6 mn = 0,014
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Bir deneyde pompa 58 m basma yüksekliğine karşı 50 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basarken mili 36,5 kW çekiyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi η değerini yüzde olarak bulun.
Q = 50 L/sH = 58 mPshaft = 36,5 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 50 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 15 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 400 m uzunluğunda, iç çapı 150 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,02; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 5 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Üst tank kapalıdır ve suyun üzerindeki hava 400 kPa etkin basınçtadır. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
Bir kredi kartı yıllık %16 nominal faiz uyguluyor, günlük bileşik. Efektif yıllık faiz oranı EAR değerini yüzde olarak bulun.
r = 16%m = 365
EAR = %
26.Paranın zaman değeriZor
€25 000 tutarındaki bir kredi, aylık bileşik yıllık %2,4 faizle 3 yıl boyunca eşit aylık taksitlerle geri ödeniyor. Kredi süresi boyunca toplam ne kadar faiz I ödenir?
P = €25 0002,4% / 12N = 36
I = €
27.NBD ve IRROrta
Bir makine bugün €50 000 maliyetindedir, 10 yıl dayanır ve çalıştırılması yılda €5 000 tutar (her yılın sonunda ödenir). Sermaye maliyeti %10. Eşdeğer yıllık maliyeti EAC değerini bulun.
C0 = €50 000M = €5 000n = 10r = 10%
EAC = €
28.NBD ve IRRZor
Bir proje €10 000 tutarındadır ve 1'den 2'ye kadar yılların sonunda €5 500, €6 000 getirir. İç verim oranı IRR'ü yüzde olarak bulun.
CF0 = −10 000CF1 = 5 500CF2 = 6 000
IRR = %
29.Normal dağılımOrta
çimento torbaları kütleleri bağımsız ve normaldir; ortalama 25 kg, standart sapma 0,5 kg. Bunlardan 12 tanesinin toplam kütlesinin 299,1 kg değerini aşma olasılığını P bulun. z’yi iki ondalığa yuvarlayın.
μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 12> 299,1 kg
P =
30.Normal dağılımZor
pil ömürleri, ortalaması 500 h ve standart sapması 40 h olan normal dağılım gösterir. Gölgeli en üst %80 sağında kalacak şekilde kesme değerini sürükleyin. Kesme değerini x bulun.
μ = 500 hσ = 40 h80%
x = h
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 12,5 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 = ½·15·5 = 37,5 kN
x̄ = 2L/3 = 3,333 m
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
ΣMA = 0: RB·5 = 37,5·3,333
RB = 25 kN
RA = 37,5 − 25 = 12,5 kN
Cevap
RA = 12,5 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 30,83 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 = 8·5 = 40 kN, x̄ = 2,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·6 = 30·4,5 + 8·5·2,5
RB = 235/6 = 39,17 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 39,17 = 30,83 kN
Cevap
RA = 30,83 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAC = 25 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 = 60·5 → Cy = 50 kN
ΣFy = 0: Ay = 60 − 50 = 10 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 = 2/2,236 = 0,8944, cos γ = 1/2,236 = 0,4472
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).
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.
Mesnet tepkileri
Tüm kirişin dengesi. Çıkmadaki yük de A’ya göre moment oluşturur.
ΣMA = 0: RB·6 = 75·3 + 75·7,5
RB = 787,5/6 = 131,3 kN
ΣFy = 0: RA = 150 − 131,3 = 18,75 kN
P1 altından kesin ve sol parçayı tutun
Mx = RA·3 = 18,75·3 = 56,25 kN·m
Cevap
Mx = 56,25 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: Mmax = 108 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 = 5·10 = 50 kN, x̄ = 5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 20·4 + 5·10·5
RB = 330/10 = 33 kN
ΣFy = 0: RA = 70 − 33 = 37 kN
V = 0 nerede?
V(4⁻) = RA − w·4 = 17 kN
V(4⁺) = 17 − 20 = −3 kN
Kesme kuvveti yükte işaret değiştirir, bu yüzden en büyük değer yükün altındadır.
En büyük moment
Mmax = RA·4 − w·4²/2 = 37·4 − 5·4²/2 = 108 kN·m
Cevap
Mmax = 108 kN·m
A’dan x = 4 m uzaklıkta oluşur.
7.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 3,439 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 = 15 N/mm, L = 3000 mm
EI = 4,6 × 10¹² N·mm²
Sehim
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·3000⁴/(384·4,6 × 10¹²) = 3,439 mm
Cevap
δmax = 3,439 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: δmid = 3,038 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.
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.
Gereken kritik yük
Pcr = n·P = 2,5·80000 = 200000 N
KL = 1·5000 = 5000 mm
Çap için çözün
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·200000·5000²/(π³·200000))^(1/4) = 84,76 mm
Cevap
d = 84,76 mm
Kontrol: narinlik KL/r = 236, dolayısıyla kolon narindir ve Euler geçerlidir.
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: ȳ = 36,57 mm
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.
Dikdörtgenlere ayırın
Tabanı tam genişlikte ve iki kolu onun üstünde (yükseklik h − t) alın; böylece hiçbir şey iki kez sayılmaz.
baz: A1 = 240·18 = 4320 mm², y1 = 9 mm
iki kol: A2 = 2·18·102 = 3672 mm², y2 = 18 + 102/2 = 69 mm
Ağırlık merkezi
ȳ = (4320·9 + 3672·69)/7992 = 36,57 mm
Cevap
ȳ = 36,57 mm
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 352,2 × 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 = 3600 mm², y = 418 mm
gövde: A = 3120 mm², y = 211 mm
alt başlık: A = 3840 mm², y = 8 mm
Ağırlık merkezi
ȳ = (3600·418 + 3120·211 + 3840·8)/10560 = 207,8 mm
Paralel eksen teoremi
üst başlık: 150·24³/12 + 3600·210,3² = 1,593 × 10⁸ mm⁴
gövde: 8·390³/12 + 3120·3,25² = 3,958 × 10⁷ mm⁴
alt başlık: 240·16³/12 + 3840·199,8² = 1,533 × 10⁸ mm⁴
Ix = 1,593 × 10⁸ + 3,958 × 10⁷ + 1,533 × 10⁸
Ix = 3,522 × 10⁸ mm⁴ = 352,2 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 352,2 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: u = 9,81 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) = 9,81·1 = 9,81 kPa
Cevap
u = 9,81 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ = 154,8 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·4 + γsat,clay·3,5
σ = 15,5·1 + 19,5·4 + 17,5·3,5 = 154,8 kPa
Cevap
σ = 154,8 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 101,3 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 basıncı
σ′p = OCR·σ′0 = 2·90 = 180 kPa
Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın
σ′f = 90 + 100 = 190 kPa > 180 kPa
Oturma
σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.
S = 0,04·8/(1 + 0,6)·log₁₀(180/90) + 0,35·8/(1 + 0,6)·log₁₀(190/180)
S = 60,21 + 41,09 = 101,3 mm
Cevap
S = 101,3 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 3,414 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 = 8,5/2 = 4,25 m
Süre
t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·4,25²/3 = 3,414 yıl
Cevap
t = 3,414 yıl
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 110,4 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 = 1 + 2,5/2 = 2,25 m
A = H·b = 2,5·2 = 5 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,25·5 = 110,4 kN
Cevap
F = 110,4 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 123,6 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 = 1,5 + 2/2 = 2,5 m
A = H·b = 2·2 = 4 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2,5·4 = 123,6 kN
Cevap
F = 123,6 kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: hf = 2,04 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·0,3²/4 = 0,07069 m²
V = Q/A = 0,1/0,07069 = 1,415 m/s
Hız yüksekliği
V²/(2g) = 1,415²/(2·9,81) = 0,102 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(400/0,3)·1,415²/(2·9,81) = 2,04 m
Cevap
hf = 2,04 m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Q = 87,06 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 = 0,015·150/0,15 = 15
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 2 + 1,0 = 4,4
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 = b·y = 5·2,2 = 11 m²
P = b + 2y = 5 + 2·2,2 = 9,4 m
R = A/P = 1,17 m
Hız
V = (1/0,03)·1,172/3·0,00051/2 = 0,8277 m/s
Debi
Q = A·V = 11·0,8277 = 9,105 m³/s
Cevap
Q = 9,105 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,003725 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.
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 = 1000·9,81·0,05·58 = 28,45 kW
Verim
η = Ph/Pshaft = 28,45/36,5 = 77,94%
Cevap
η = 77,94%
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 79,58 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 pratikte durgundur, bu yüzden hız yüksekliği terimi yoktur.
H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 15 + 40,77 + 23,8 = 79,58 m
Cevap
H = 79,58 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: EAR = 17,35 %
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 = 0,16/365 = 0,0004384
Bir yıl boyunca bileşik
EAR = (1 + 0,0004384)365 − 1 = 1,173 − 1 = 17,35%
Cevap
EAR = 17,35%
Faiz yılda birden fazla kez bileşik hesaplandığında EAR her zaman nominal orandan büyüktür.
26.Paranın zaman değeri
Cevap: I = 935,8 €
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.
Aylık taksit
i = 0,002, N = 36
A = 25 000·0,002/(1 − (1 + 0,002)−36) = €720,44
Toplam faiz
I = N·A − P = 36·720,4 − 25 000 = €935,78
Cevap
I = €935,78
27.NBD ve IRR
Cevap: EAC = 13137 €
Eşdeğer yıllık maliyet: tüm maliyetlerin bugünkü değerini ömür boyunca eşit bir yıllık tutar (anüite) olarak dağıtın: EAC = PV·r/(1 − (1 + r)⁻ⁿ). Farklı ömürlü makineleri karşılaştırmayı sağlar.
Anüite faktörü
(1 − 1,1−10)/0,1 = 6,145
Yıllıklandırılmış satın alma fiyatı
50 000/6,145 = 8 137,27
EAC
EAC = 8 137,27 + 5 000 = €13 137,27
Cevap
EAC = €13 137,27
28.NBD ve IRR
Cevap: IRR = 9,696 %
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%) = 680,27
NPV(10%) = −41,32
Daraltın
Doğrusal enterpolasyon ilk tahmini verir; tekrarlamak (ya da hesap makinesinin IRR işlevi) kesin oranı verir.
IRR ≈ 5 + 5·680,27/(680,27 − (−41,32)) = 9,714%
kesin: NPV(9,696%) = 0 → IRR = 9,696%
Cevap
IRR = 9,696%
29.Normal dağılım
Cevap: P = 0,6985
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.
Toplamın dağılımı
μT = 300 kg, σT = 0,5·√12 = 1,732 kg
Standartlaştırın
z = (299,1 − 300)/1,732 = −0,52
Olasılık
P = 1 − Φ(−0,52) = 0,6985
Cevap
P = 0,6985
30.Normal dağılım
Cevap: x = 466 h
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) = 0,2
Tablodan z
z ≈ −0,84
Özgün birimlere geri dönüş
x = 500 − 0,84·40 = 466 h
Cevap
x = 466 h
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.