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. A’dan 3,5 m uzaklıkta P tekil yükünü ve A’dan 3 m uzaklıkta saat yönünde dönen M kuvvet çiftini taşır. Yukarıyı pozitif alarak düşey tepki RA değerini bulun.
L = 6 mP = 20 kN @ 3,5 mM = 40 kN·m (saat yönünde) @ 3 m
RA = kN
2.Kiriş mesnet tepkileriZor
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RB değerini bulun.
L = 10 mP = 45 kN @ 5 mw = 4 kN/m, 7 ile 10 m arasında
RB = kN
3.Kafes: düğüm yöntemiOrta
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
B: 10 kN ↓D: 20 kN ↓H: 15 kN ↓
1AB elemanı
2BC elemanı
3CD elemanı
4DE elemanı
5FG elemanı
6GH elemanı
7AF elemanı
8HE elemanı
9BF elemanı
10CG elemanı
11DH elemanı
12BG elemanı
13DG elemanı
4.Kafes: düğüm yöntemiZor
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 5 myükseklik = 4 mB, A’dan 3 m uzaktadüşey yük = 45 kNyatay yük = 10 kN →
FAB = kN
5.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
A mesnedinden x = 1 m uzaklıktaki kesitte eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 8 mw = 10 kN/m, 0 ile 8 m arasındax = 1 m
Mx = kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
A mesnedinden x = 5,5 m uzaklıktaki kesitte eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 8 mP = 40 kN @ 7 mw = 10 kN/m, 0 ile 8 m arasındax = 5,5 m
Mx = kN·m
7.Kiriş sehimiOrta
L uzunluğundaki bir konsol kiriş A’da ankastredir ve A’dan a = 0,5 m uzaklıkta P tekil yükü taşır. Serbest uç B’deki sehim δB değerini bulun.
P = 24 kNa = 0,5 mL = 3 mE = 70 GPa (alüminyum)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δB = mm
8.Kiriş sehimiZor
Bir ucu ankastre, diğer ucu mesnetli kiriş A’da ankastre, B’de basit mesnetlidir. Açıklık ortasında P tekil yükü taşır. EI sabittir. Ankastre uçtaki eğilme momentinin büyüklüğü MA değerini bulun.
L = 5 mP = 40 kN @ 2,5 m
MA = kN·m
9.Kolon burkulmasıOrta
çelik malzemeden L boyunda bir kolon iki ucu ankastre. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 4 mE = 200 GPa (çelik)d = 25 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon tabanı ankastre, tepesi mafsallı. Narinliğini ve Euler formülünden kritik burkulma gerilmesi σcr değerini bulun.
L = 2,5 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 25 mm
σcr = MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
200 mm × 150 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 45 mm yukarıda olan 40 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 200 mmh = 150 mmd = 40 mmdelik merkezi: y = 45 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
200 mm × 200 mm boyutlarındaki bir levhada, 50 mm genişliğinde ve 30 mm yüksekliğinde, düşey merkez çizgisine ortalanmış ve merkezi alttan 120 mm yukarıda olan dikdörtgen bir kesik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 200 mmh = 200 mmkesik: 50 × 30 mmdelik merkezi: y = 120 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilmeOrta
Gösterilen zemin profili için X noktasındaki boşluk suyu basıncı u değerini bulun.
7,5 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,2, Cr = 0,04 ve e₀ = 1,1. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 95 kPa ve aşırı konsolidasyon oranı OCR = 1,5. Yeni bir bina orta derinlikte 50 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 5 dakikada %50 konsolidasyona ulaşıyor. Arazide aynı kil 7,5 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 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.
3 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, deniz suyu dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 2,5 m altında bulunuyor. Basınç merkezinin yüzeyden derinliği ycp değerini bulun.
Su, 800 m uzunluğunda ve iç çapı 50 mm olan bir borudan 1,4 m/s ortalama hızla akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,025 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı hf değerini bulun.
100 m uzunluğunda, iç çapı 300 mm (Darcy sürtünme faktörü f = 0,015) olan bir boru açık bir hazneden çıkıyor ve havaya serbest jet olarak boşalıyor. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 2 dirsek (her biri K = 0,3) ve bir vana (K = 10). g = 9,81 m/s² kullanın. 75 L/s debi için hazne yüzeyi boru çıkışının ne kadar H üstünde olmalıdır?
Yamuk kesitli bir perdahsız beton kanalın taban genişliği 2 m ve şev eğimleri 3:1 (yatay:düşey). Su 2 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,014 ve taban eğimi S = 0,004. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 2 my = 2 mz = 3n = 0,014S = 0,004
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
Taban genişliği 2,5 m ve şev eğimleri 3:1 (yatay:düşey) olan yamuk kesitli bir perdahsız beton kanal 2,3 m derinlikte üniform akışla 57 m³/s taşımalıdır. Manning n = 0,014. Gereken taban eğimi S değerini (m/m cinsinden) bulun.
Q = 57 m³/sb = 2,5 my = 2,3 mz = 3n = 0,014
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Verimi %75 olan bir pompa 42 m basma yüksekliğine karşı 100 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basıyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Gereken mil gücü Pshaft değerini kW cinsinden bulun.
Q = 100 L/sH = 42 mη = 75%g = 9,81 m/s²
Pshaft = kW
24.Pompalar ve pompa gücüZor
Bir pompa 50 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 9 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 600 m uzunluğunda, iç çapı 200 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,018; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 8 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Üst tank kapalıdır ve suyun üzerindeki hava 200 kPa etkin basınçtadır. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
8 yıl sonra €40 000 gerekiyor. Hesap aylık bileşik, yıllık %4,8 faiz ödüyor. Bugün ne kadar yatırmalısınız? Bugünkü değer PV'ü bulun.
FV = €40 0004,8% / 12n = 8
PV = €
26.Paranın zaman değeriZor
15 yıl sonra €10 000 istiyorsunuz. Aylık bileşik yıllık %4,2 faiz veren bir hesapta her ayın sonunda aynı tutarı biriktiriyorsunuz. Aylık yatırılacak tutar A değerini bulun.
FV = €10 0004,2% / 12N = 180
A = €
27.NBD ve IRROrta
€60 000 tutarındaki bir yatırım 1'den 4'e kadar yılların sonunda şu nakit akışlarını sağlar: €20 000, €16 000, €18 000, €16 000. Sermaye maliyeti %5'tür. Net bugünkü değer NPV'ü bulun.
Bir proje €50 000 tutarındadır ve 1'den 3'ye kadar yılların sonunda €25 000, €22 500, €30 500 getirir. İç verim oranı IRR'ü yüzde olarak bulun.
CF0 = −50 000CF1 = 25 000CF2 = 22 500CF3 = 30 500
IRR = %
29.Normal dağılımOrta
Standart normal eğri altında, z’nin sağındaki gölgeli alan 0,2148 olacak şekilde z’yi sürükleyin. z’yi iki ondalıkla bulun.
A = 0,2148
z =
30.Normal dağılımZor
Bir gruptaki erkeklerin boyu X ve kadınların boyu Y bağımsız ve normaldir: X’in ortalaması 180 cm, standart sapması 10 cm; Y’nin ortalaması 170 cm, standart sapması 12 cm’dir. X’in Y’den büyük olma olasılığını P bulun. z’yi iki ondalığa yuvarlayın.
μX = 180 cm, σX = 10 cmμY = 170 cm, σY = 12 cm
P =
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RA = 1,667 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·6 − 20·3,5 − 40 = 0
RB = 110/6 = 18,33 kN
Düşey denge
RA = 20 − 18,33 = 1,667 kN
Cevap
RA = 1,667 kN
Negatif tepki aşağı doğru etkir.
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 32,7 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 = 4·3 = 12 kN, x̄ = 8,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·10 = 45·5 + 4·3·8,5
RB = 327/10 = 32,7 kN
ΣFy = 0: RA = 57 − 32,7 = 24,3 kN
Cevap
RB = 32,7 kN
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: CG 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.
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·5 = 45·3 + 10·4 → Cy = 35 kN
ΣFy = 0: Ay = 45 − 35 = 10 kN
ΣFx = 0: Ax = −10 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 4/5 = 0,8
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −10/0,8 = −12,5 kN
Cevap
FAB = −12,5 kN (basınç)
5.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: Mx = 35 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.
Mesnet tepkileri
Tüm kirişin dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 10·8 = 80 kN, x̄ = 4 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·8 = 10·8·4
RB = 320/8 = 40 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 40 = 40 kN
x = 1 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.
M = RA·x − (kesitin solundaki her yük × kesite uzaklığı)
Mx = 40·1 − 10·1·0,5 = 35 kN·m
Cevap
Mx = 35 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: Mx = 96,25 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.
Mesnet tepkileri
Tüm kirişin dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 10·8 = 80 kN, x̄ = 4 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·8 = 40·7 + 10·8·4
RB = 600/8 = 75 kN
ΣFy = 0: RA = 120 − 75 = 45 kN
x = 5,5 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.
M = RA·x − (kesitin solundaki her yük × kesite uzaklığı)
Mx = 45·5,5 − 10·5,5·2,75 = 96,25 kN·m
Cevap
Mx = 96,25 kN·m
7.Kiriş sehimi
Cevap: δB = 10,12 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 = 24000 N, a = 500 mm, L = 3000 mm
EI = 8,4 × 10¹¹ N·mm²
Serbest uçtaki sehim
Yükteki sehim artı yükteki eğim çarpı kalan uzunluk.
δP = Pa³/(3EI) = 1,19 mm
θP = Pa²/(2EI) = 0,003571 rad
δB = δP + θP·(L − a) = Pa²(3L − a)/(6EI) = 10,12 mm
Cevap
δB = 10,12 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: MA = 37,5 kN·m
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon). Hiperstatik bir kirişte fazla bir mesnedi kaldırın ve oradaki sehimin sıfır olmasını şart koşun (uygunluk koşulu).
Ara mesnedi kaldırın
Mesnet olmadan kiriş bir konsoldur. Serbest ucu yük altında sehim yapardı.
δload = P(L/2)²(3L − L/2)/(6EI) = 5PL³/(48EI)
Mesnette uygunluk koşulu
Tek başına mesnet kuvveti RB serbest ucu RBL³/(3EI) kadar kaldırır. Mesnet B’nin sehimini sıfırda tutar, bu yüzden ikisi birbirini götürmelidir. EI sadeleşir.
Yüklerin ve mesnet kuvvetinin A’ya göre momentleri.
MA = P·L/2 − RB·L = 100 − 62,5 = 37,5 kN·m
Cevap
MA = 37,5 kN·m
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 9,462 kN
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dairesel kesitin I değeri her eksene göre aynıdır.
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dairesel kesitin I değeri her eksene göre aynıdır.
I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴
Atalet yarıçapı ve narinlik
A = 490,9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490,9) = 6,25 mm
KL = 0,7·2500 = 1750 mm
KL/r = 1750/6,25 = 280
Kritik gerilme
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/280² = 8,812 MPa
Cevap
σcr = 8,812 MPa
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 54,94 × 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 = (30000·75 − 1257·45)/(30000 − 1257) = 76,31 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
200·150³/12 + 30000·−1,312² = 56,3 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
π·40⁴/64 + 1257·−31,31² = 1,358 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 54,94 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 54,94 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 132,6 × 10⁶ mm⁴
Delikli kesitler: bir deliği negatif alan sayın. Ağırlık merkezi ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)’dir; A₁, y₁ tam levha için, A₂, y₂ delik içindir. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti için her parçaya paralel eksen teoremini uygulayın ve deliği çıkarın: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²); burada d, her parçanın kendi ağırlık merkezinden ȳ’den geçen eksene olan uzaklıktır. Bir dikdörtgenin Ic = bh³/12, bir dairenin Ic = πd⁴/64’tür.
Ağırlık merkezi
ȳ = (40000·100 − 1500·120)/(40000 − 1500) = 99,22 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
200·200³/12 + 40000·0,7792² = 133,4 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
50·30³/12 + 1500·20,78² = 0,7602 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 132,6 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 132,6 × 10⁶ mm⁴
13.Zeminde efektif gerilme
Cevap: u = 39,24 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) = 9,81·4 = 39,24 kPa
Cevap
u = 39,24 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ′ = 88,83 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·3 + γsat,clay·4
σ = 15,5·2 + 19,5·3 + 17·4 = 157,5 kPa
Boşluk suyu basıncı
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·7 = 68,67 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 157,5 − 68,67 = 88,83 kPa
Cevap
σ′ = 88,83 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 30,55 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 basıncı
σ′p = OCR·σ′0 = 1,5·95 = 142,5 kPa
Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın
σ′f = 95 + 50 = 145 kPa > 142,5 kPa
Oturma
σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.
S = 0,04·7,5/(1 + 1,1)·log₁₀(142,5/95) + 0,2·7,5/(1 + 1,1)·log₁₀(145/142,5)
S = 25,16 + 5,395 = 30,55 mm
Cevap
S = 30,55 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 1250 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 = 7,5 m
Süreyi ölçekleyin
Laboratuvarda ve arazide aynı Tv ve cv ile t = T_v·Hdr²/cv.
tfield = 5·(7,5/0,0125)² = 1,8 × 10⁶ min
tfield = 1,8 × 10⁶/1440 = 1250 gün
Cevap
t = 1250 gün
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 29,43 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 = 1 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·1 = 29,43 kN
Cevap
F = 29,43 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: ycp = 3,028 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 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·3 = 3 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·3·3 = 90,5 kN
Basınç merkezi
Basınç derinlikle arttığından bileşke ağırlık merkezinin altında etkir.
Ic = b·H³/12 = 3·1³/12 = 0,25 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3 + 0,25/(3·3) = 3,028 m
Cevap
ycp = 3,028 m
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: hf = 39,96 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 yüksekliği
V²/(2g) = 1,4²/(2·9,81) = 0,0999 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,025·(800/0,05)·1,4²/(2·9,81) = 39,96 m
Cevap
hf = 39,96 m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: H = 0,9812 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 = 0,075/0,07069 = 1,061 m/s
V²/(2g) = 0,05738 m
Kayıp katsayıları
f·L/D = 0,015·100/0,3 = 5
ΣK = 0,5 + 2·0,3 + 10 = 11,1
Enerji denklemi
Çıkış jeti hız yüksekliğini hâlâ taşır; bu bir kayıp değildir ama sağlanması gerekir.
H = (1 + 5 + 11,1)·0,05738 = 0,9812 m
Cevap
H = 0,9812 m
21.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: Q = 76,66 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 = (2 + 3·2)·2 = 16 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2 + 2·2·√(1 + 3²) = 14,65 m
R = A/P = 1,092 m
Hız
V = (1/0,014)·1,0922/3·0,0041/2 = 4,791 m/s
Debi
Q = A·V = 16·4,791 = 76,66 m³/s
Cevap
Q = 76,66 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,0009924 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 = (2,5 + 3·2,3)·2,3 = 21,62 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2,5 + 2·2,3·√(1 + 3²) = 17,05 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 = 1000·9,81·0,1·42 = 41,2 kW
Mil gücü
Pshaft = Ph/η = 41,2/0,75 = 54,94 kW
Cevap
Pshaft = 54,94 kW
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 37,39 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 = 9 + 20,39 + 8,004 = 37,39 m
Cevap
H = 37,39 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: PV = 27266 €
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 = 0,048/12 = 0,004
N = 12·8 = 96
Bugünkü değer
PV = FV/(1 + i)N = 40 000/1,467 = €27 266,13
Cevap
PV = €27 266,13
26.Paranın zaman değeri
Cevap: A = 39,98 €
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 = −60 000
CF1/(1 + 0,05)1 = 20 000/1,05 = 19 047,62
CF2/(1 + 0,05)2 = 16 000/1,103 = 14 512,47
CF3/(1 + 0,05)3 = 18 000/1,158 = 15 549,08
CF4/(1 + 0,05)4 = 16 000/1,216 = 13 163,24
Toplayın
NPV = €2 272,41
Cevap
NPV = €2 272,41
NBD pozitif, yani proje gerekli getiriden fazlasını kazandırır.
28.NBD ve IRR
Cevap: IRR = 25,02 %
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(25%) = 16,00
NPV(30%) = −3 573,05
Daraltın
Doğrusal enterpolasyon ilk tahmini verir; tekrarlamak (ya da hesap makinesinin IRR işlevi) kesin oranı verir.
IRR ≈ 25 + 5·16,00/(16,00 − (−3 573,05)) = 25,02%
kesin: NPV(25,02%) = 0 → IRR = 25,02%
Cevap
IRR = 25,02%
29.Normal dağılım
Cevap: z = 0,79
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 − 0,2148 = 0,7852
z tablosunu tersten okuyun
Tablonun içinde 0,7852 değerini bulun ve z’yi okuyun.
z = 0,79
Cevap
z = 0,79
30.Normal dağılım
Cevap: P = 0,7389
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 = 180 − 170 = 10 cm, σ = 15,62 cm
Standartlaştırın
z = (0 − 10)/15,62 = −0,64
Olasılık
P = 1 − Φ(−0,64) = 0,7389
Cevap
P = 0,7389
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.