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 = 6 mP1 = 15 kN @ 1,5 mP2 = 45 kN @ 5 m
RB = kN
2.Kiriş mesnet tepkileriZor
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. A’dan 4,5 m uzaklıkta yatayla 40° açı yapan bir P yükü ve A’dan 0,5 m uzaklıkta düşey bir Q yükü etkir. A mafsalındaki toplam tepki kuvveti ile yatay arasındaki açı α değerini bulun.
L = 5 mP = 50 kN @ 4,5 m, θ = 40°Q = 55 kN @ 0,5 m
α = °
3.Kafes: düğüm yöntemiOrta
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
açıklık = 6 myükseklik = 3 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 40 kNyatay yük = 5 kN →
FBC = kN
5.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
A mesnedinden x = 8,5 m uzaklıktaki kesitte kesme kuvveti Vx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 10 mw = 10 kN/m, 0 ile 10 m arasındax = 8,5 m
Vx = kN
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 = 10 kN/m, 0 ile 3 m arasında
x0 = 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 = 4 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 36 × 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 = 19 kNw = 6 kN/mL = 4 mE = 11 GPa (yapı kerestesi)I = 84 × 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 = 4 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 50 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu mafsallı. Narinliğini ve Euler formülünden kritik burkulma gerilmesi σcr değerini bulun.
L = 4 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 60 mm
σcr = MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
150 mm × 240 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 96 mm yukarıda olan 40 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 150 mmh = 240 mmd = 40 mmdelik merkezi: y = 96 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
Kaynaklı bir I kesitin 160 × 12 mm üst başlığı, 160 mm yüksekliğinde ve 14 mm kalınlığında gövdesi ve 240 × 24 mm alt başlığı vardır (genişlik × kalınlık). Ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
üst başlık: 160 × 12 mmgövde: 14 × 160 mmalt başlık: 240 × 24 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilmeOrta
Gösterilen zemin profili için X noktasındaki toplam düşey gerilme σ değerini bulun.
8 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,5, Cr = 0,06 ve e₀ = 1. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 115 kPa ve aşırı konsolidasyon oranı OCR = 3. Yeni bir bina orta derinlikte 130 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
7,5 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. %80 ortalama konsolidasyon için zaman faktörü Tv = 0,567. Tabakanın %80 konsolidasyona ulaşması kaç yıl t sürer?
3 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
d = 2 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Hidrostatik kuvvetZor
2 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
d = 2 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta
Su (ρ = 1000 kg/m³), 100 m uzunluğunda ve iç çapı 75 mm olan yatay bir borudan 1,6 m/s hızla akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,028 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Boru boyunca basınç düşüşü Δp değerini kPa cinsinden bulun.
İki açık hazne, 200 m uzunluğunda, iç çapı 250 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Üst haznenin su yüzeyi alttakinden 5 m yüksektedir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 4 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.
Yamuk kesitli bir tuğla kaplama kanalın taban genişliği 5 m ve şev eğimleri 3:1 (yatay:düşey). Su 2,3 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,015 ve taban eğimi S = 0,0015. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 5 my = 2,3 mz = 3n = 0,015S = 0,0015
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
İç çapı 200 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 = 200 mmn = 0,013V = 0,6 m/s
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Verimi %75 olan bir pompa 80 m basma yüksekliğine karşı 60 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basıyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Gereken mil gücü Pshaft değerini kW cinsinden bulun.
Q = 60 L/sH = 80 mη = 75%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 30 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 8 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 200 m uzunluğunda, iç çapı 150 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,015; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 4 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi %65. Mil gücü Pshaft değerini kW cinsinden bulun.
6 yıl sonra €10 000 gerekiyor. Hesap aylık bileşik, yıllık %6 faiz ödüyor. Bugün ne kadar yatırmalısınız? Bugünkü değer PV'ü bulun.
FV = €10 0006% / 12n = 6
PV = €
26.Paranın zaman değeriZor
€250 000 tutarındaki bir kredi 30 yıl boyunca eşit aylık taksitlerle ödenir. Faiz oranı aylık bileşik, yıllık %6'dir. Aylık taksit A'ü bulun.
P = €250 0006% / 12N = 360
A = €
27.NBD ve IRROrta
Bir proje bugün €20 000 maliyetindedir ve 1’den 4. yıla kadar her yılın sonunda €7 500, €9 000, €8 000, €8 000 getirir. Sermaye maliyeti %8. Nakit akışlarının her yıl boyunca eşit geldiğini varsayın. İskontolu geri ödeme süresi DPB değerini yıl cinsinden bulun.
A projesi €40 000 maliyetindedir ve 1’den 3. yıla kadar her yılın sonunda €22 000, €16 500, €9 000 getirir. B projesi €42 000 maliyetindedir ve €11 000, €18 000, €23 000 getirir. İki projenin aynı NBD’ye sahip olduğu kesişim oranı r* değerini yüzde olarak bulun.
Standart normal eğri altında, −z ile z arasındaki gölgeli alan 0,9109 olacak şekilde z’yi sürükleyin. z’yi iki ondalıkla bulun.
A = 0,9109
z =
30.Normal dağılımZor
pil ömürleri, ortalaması 500 h ve standart sapması 40 h olan normal dağılıma uyar. Altında kalan değerlerin oranı %75 olan x değerini bulun (75. yüzdelik).
μ = 500σ = 40P = 75%
x = h
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 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.
ΣMA = 0: RB·6 = 15·1,5 + 45·5
RB = 247,5/6 = 41,25 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 41,25 = 18,75 kN
Cevap
RB = 41,25 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: α = 54 °
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.
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).
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 + 5·3 → Cy = 9,167 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 9,167 = 30,83 kN
ΣFx = 0: Ax = −5 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 = 3/5,831 = 0,5145, cos γ = 5/5,831 = 0,8575
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.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 10·10 = 100 kN, x̄ = 5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 10·10·5
RB = 500/10 = 50 kN
ΣFy = 0: RA = 100 − 50 = 50 kN
x = 8,5 m noktasında kesin ve sol parçayı tutun
Yalnızca kesitin solundaki kuvvetler dikkate alınır. Yayılı yükün bir kısmı, o kısmın ortasında tek bir kuvvet gibi etkir.
V = RA − (kesitin solundaki tüm aşağı yükler)
Vx = 50 − 10·8,5 = −35 kN
Cevap
Vx = −35 kN
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 = 10·3 = 30 kN, x̄ = 1,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 10·3·1,5
RB = 45/4 = 11,25 kN
ΣFy = 0: RA = 30 − 11,25 = 18,75 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 + 18,75/10 = 1,875 m
Cevap
x0 = 1,875 m
7.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 19,84 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 = 4000 mm
EI = 2,52 × 10¹² N·mm²
Sehim
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·15·4000⁴/(384·2,52 × 10¹²) = 19,84 mm
Cevap
δmax = 19,84 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: δmax = 49,06 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 = 19000 N, w = 6 N/mm, L = 4000 mm, EI = 9,24 × 10¹¹ N·mm²
Her yük tek başına
δP = PL³/(48EI) = 19000·4000³/(48·9,24 × 10¹¹) = 27,42 mm
δw = 5wL⁴/(384EI) = 5·6·4000⁴/(384·9,24 × 10¹¹) = 21,65 mm
Toplayın
δmax = 27,42 + 21,65 = 49,06 mm
Cevap
δmax = 49,06 mm
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 3,312 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·60⁴/64 = 636173 mm⁴
Atalet yarıçapı ve narinlik
A = 2827 mm²
r = √(I/A) = √(636173/2827) = 15 mm
KL = 1·4000 = 4000 mm
KL/r = 4000/15 = 266,7
Kritik gerilme
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/266,7² = 9,715 MPa
Cevap
σcr = 9,715 MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 171,9 × 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 = (36000·120 − 1257·96)/(36000 − 1257) = 120,9 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
150·240³/12 + 36000·−0,8681² = 172,8 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
π·40⁴/64 + 1257·−24,87² = 0,9028 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 171,9 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 171,9 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 54,62 × 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 = 1920 mm², y = 190 mm
gövde: A = 2240 mm², y = 104 mm
alt başlık: A = 5760 mm², y = 12 mm
Ağırlık merkezi
ȳ = (1920·190 + 2240·104 + 5760·12)/9920 = 67,23 mm
Paralel eksen teoremi
üst başlık: 160·12³/12 + 1920·122,8² = 2,896 × 10⁷ mm⁴
gövde: 14·160³/12 + 2240·36,77² = 7,808 × 10⁶ mm⁴
alt başlık: 240·24³/12 + 5760·55,23² = 1,784 × 10⁷ mm⁴
Ix = 2,896 × 10⁷ + 7,808 × 10⁶ + 1,784 × 10⁷
Ix = 5,462 × 10⁷ mm⁴ = 54,62 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 54,62 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ = 52 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·zw + γsat·(z − zw) = 16·2 + 20·1 = 52 kPa
Cevap
σ = 52 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ = 145 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·3 + γsat,clay·4
σ = 15,5·1 + 18,5·3 + 18,5·4 = 145 kPa
Cevap
σ = 145 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 78,83 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 = 3·115 = 345 kPa
Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın
σ′f = 115 + 130 = 245 kPa ≤ 345 kPa
Oturma
Kil yeniden sıkışma doğrusu üzerinde kalır.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,06·8/(1 + 1)·log₁₀(245/115) = 78,83 mm
Cevap
S = 78,83 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 15,95 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 = 7,5/2 = 3,75 m
Süre
t = Tv·Hdr²/cv = 0,567·3,75²/0,5 = 15,95 yıl
Cevap
t = 15,95 yıl
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 309 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 + 3/2 = 3,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·9 = 309 kN
Cevap
F = 309 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 206 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 + 3/2 = 3,5 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·6 = 206 kN
Cevap
F = 206 kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: Δp = 47,79 kPa
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.
Yük kaybı
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,028·(100/0,075)·1,6²/(2·9,81) = 4,871 m
Basınç düşüşü
Boru yataydır ve hız değişmez, bu yüzden enerji denklemi Δp = ρ·g·hf’ye indirgenir.
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 = 0,015·200/0,25 = 12
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 2 + 1,0 = 4,7
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 = (5 + 3·2,3)·2,3 = 27,37 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 5 + 2·2,3·√(1 + 3²) = 19,55 m
R = A/P = 1,4 m
Hız
V = (1/0,015)·1,42/3·0,00151/2 = 3,232 m/s
Debi
Q = A·V = 27,37·3,232 = 88,45 m³/s
Cevap
Q = 88,45 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,003303 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 = 0,2/4 = 0,05 m
Manning’i S için çözün
S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,6/0,1357)² = 0,003303
Cevap
S = 0,003303
Bu, kilometrede 3,303 m düşü demektir.
23.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: Pshaft = 62,78 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 = 1000·9,81·0,06·80 = 47,09 kW
Mil gücü
Pshaft = Ph/η = 47,09/0,75 = 62,78 kW
Cevap
Pshaft = 62,78 kW
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: Pshaft = 5,218 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.
Oran ve dönem sayısı
i = 0,06/12 = 0,005
N = 12·6 = 72
Bugünkü değer
PV = FV/(1 + i)N = 10 000/1,432 = €6 983,02
Cevap
PV = €6 983,02
26.Paranın zaman değeri
Cevap: A = 1499 €
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 oran ve taksit sayısı
i = 0,06/12 = 0,005
N = 12·30 = 360
Taksit
N eşit A ödemesinin bugünkü değeri A·(1 − (1 + i)⁻ᴺ)/i'dir. Bunu krediye eşitleyin ve A'yı çözün.
(1 + i)−N = 0,166
A = 250 000·0,005/(1 − 0,166) = €1 498,88
Cevap
A = €1 498,88
27.NBD ve IRR
Cevap: DPB = 2,841 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: 7 500/1,08 = 6 944,44 → Σ = 6 944,44
yıl 2: 9 000/1,166 = 7 716,05 → Σ = 14 660,49
yıl 3: 8 000/1,26 = 6 350,66 → Σ = 21 011,15
Son yılın kesri
DPB = 2 + 5 339,51/6 350,66 = 2,841
Cevap
DPB = 2,841 yıl
İskontolu geri ödeme süresi her zaman basit geri ödeme süresinden (2,438 yıl) uzundur.
28.NBD ve IRR
Cevap: r* = 8,918 %
Kesişim oranı: iki projenin aynı NBD’ye sahip olduğu iskonto oranı. Nakit akışları farkının (B − A) IRR’sidir. Bunun altında nakit akışları daha geç ve daha büyük olan projenin NBD’si daha yüksektir; üstünde diğeri kazanır.
Nakit akışları farkı
ΔCF0 = −42 000 − (−40 000) = −2 000
ΔCF1 = 11 000 − 22 000 = −11 000
ΔCF2 = 18 000 − 16 500 = 1 500
ΔCF3 = 23 000 − 9 000 = 14 000
Farkın IRR’si
NPVΔ(8%) = 214,47
NPVΔ(9%) = −18,65
r* = 8,918%
Cevap
r* = 8,918%
Kontrol: 8,918% oranında iki NBD de €1 072,45.
29.Normal dağılım
Cevap: z = 1,7
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 + 0,9109)/2 = 0,9554
z tablosunu tersten okuyun
Tablonun içinde 0,9554 değerini bulun ve z’yi okuyun.
z = 1,70
Cevap
z = 1,70
30.Normal dağılım
Cevap: x = 527 h
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) = 0,75 → z = 0,6745
x’e geri dönüş
x = 500 + 0,6745·40 = 526,98 h
Cevap
x = 526,98 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.