Ausnutzungsvorhersage mithilfe eines maschinell erlernten Modells

Diese Funktionalität ist für ausgewählte parametrische Verbindungsvorlagen verfügbar, die im vordefinierten Satz von IDEA StatiCa enthalten sind. In Version 26.0 unterstützt nur eine begrenzte Anzahl von Vorlagen die Vorhersage, aber die Abdeckung wird in zukünftigen Versionen schrittweise erweitert.

Für unterstützte Vorlagen wird die vorhergesagte Ausnutzung direkt in der Szene angezeigt und liefert sofortiges Feedback zur erwarteten Tragfähigkeit der aktuellen Konfiguration. Der angezeigte Wert stellt eine Schätzung dar, die von einem maschinellen Lernmodell generiert wurde.

Die Vorhersagemethode

Die vorhergesagte Ausnutzung basiert auf einem maschinellen Lernmodell, das auf einem großen Datensatz vorberechneter Verbindungsvarianten trainiert wurde. Für jede unterstützte parametrische Vorlage wurden automatisch Zehntausende von Modellen mit unterschiedlichen Parameterkombinationen generiert.

Alle diese Modelle wurden vollständig mit der Standard-IDEA StatiCa Connection-Analyse berechnet. Auf Basis der Ergebnisse wurde ein maschinelles Lernmodell trainiert, um die Ausnutzung der Vorlage für neue Parameterkombinationen vorherzusagen, die zuvor nicht explizit berechnet worden waren.

Der Ansatz liefert eine schnelle Schätzung der Verbindungs-Ausnutzung, ohne dass nach jeder Parameteränderung eine vollständige Berechnung durchgeführt werden muss.

Wie die Vorhersage ausgewertet wird

Für jede unterstützte parametrische Vorlage berücksichtigt das maschinelle Lernmodell die Geometrie und Parameter der Vorlage sowie die während des Trainings angewendeten Lastkomponenten.

Wenn der Benutzer einen Vorlagenparameter ändert (z. B. Plattendicke, Schraubengröße oder Randabstände), wird die vorhergesagte Ausnutzung sofort aktualisiert. Dies ermöglicht es dem Benutzer, schnell einzuschätzen, ob die aktuelle Konfiguration näher an oder weiter von der erwarteten Tragfähigkeit entfernt ist.

Die Benutzervorteile der vorhergesagten Ausnutzung

Dank der vorhergesagten Ausnutzung kann der Benutzer die Verbindungskonfiguration optimieren, ohne wiederholt die vollständige Berechnung durchzuführen. Die Vorhersage liefert sofortiges Feedback während der Parameteränderungen.

Sobald der Benutzer mit der vorhergesagten Ausnutzung zufrieden ist, muss die abschließende Überprüfung stets durch Ausführen der Standard-Spannung-Dehnung-Berechnung durchgeführt werden. Nur das berechnete Ergebnis stellt den tatsächlichen Normnachweis gemäß dem ausgewählten Code dar.

Dieser Ansatz beschleunigt den Bemessungsprozess erheblich, da es nicht mehr notwendig ist, jede Zwischenentwurfsvariante durch Berechnung zu überprüfen.

Angezeigte Vorhersage in der Szene

Wenn mehrere Lasteffekte im Projekt definiert sind, entspricht die in der Szene angezeigte vorhergesagte Ausnutzung stets dem Lasteffekt, bei dem die Verbindung die höchste Ausnutzung erreicht. Vorhersagen für andere Lasteffekte werden nicht gleichzeitig angezeigt.

Wenn zwei oder mehr parametrische Vorlagen innerhalb eines einzelnen Verbindungsmodells verwendet werden, stellt die in der Szene angezeigte vorhergesagte Ausnutzung entsprechend die am stärksten ausgenutzte Vorlage dar, nicht die Ausnutzung der Verbindung als Ganzes, da die Wechselwirkung der kombinierten Vorlagen nicht berücksichtigt wird.

Vorhergesagte Ausnutzungen für einzelne Vorlagen können durch separate Auswahl jeder Vorlage eingesehen werden. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die geschätzte Ausnutzung jeder Vorlage unabhängig zu beurteilen, wobei zu beachten ist, dass der angezeigte Wert nicht das kombinierte Verhalten des gesamten Verbindungsmodells darstellt.

Einschränkungen

Die vorhergesagte Ausnutzung soll eine schnelle Schätzung während der Verbindungsbemessung liefern. Bei der Interpretation des angezeigten Wertes ist es wichtig, die beim Training des maschinellen Lernmodells verwendeten Annahmen und die daraus resultierenden inhärenten Einschränkungen zu verstehen.

Für die vorhergesagte Ausnutzung gelten folgende Einschränkungen:

 1  Lastbetrachtungen

• Begrenzte Lastkomponenten – Das Training jeder Vorlage umfasste nur zwei Lastkomponenten (z. B. Vz und My), wobei Verankerungsfälle mit drei Komponenten trainiert wurden. Andere Lastkomponenten werden für die Vorhersage nicht berücksichtigt. Wenn diese Komponenten für das Verbindungsverhalten maßgebend sind, kann die vorhergesagte Ausnutzung erheblich vom berechneten Ergebnis abweichen.
• Nur angeschlossenes Bauteil – Die Vorhersage berücksichtigt nur Lasten, die auf das angeschlossene Bauteil wirken. Lasten, die auf das tragende Bauteil wirken, sind nicht enthalten. Wenn das tragende Bauteil erheblich belastet ist, kann das berechnete Ergebnis wesentlich ungünstiger als die Vorhersage sein.

2  Modellierungsannahmen

• Stumpfnähte (CJP) angenommen – Die Modelle wurden unter der Annahme von Stumpfnähten (CJP) trainiert. Die Nahtgröße wird daher in der vorhergesagten Ausnutzung nicht berücksichtigt. Wenn die Nahtkapazität maßgebend ist, kann die Vorhersage erheblich vom berechneten Ergebnis abweichen. Automatische Nahtbemessung mit Überfestigkeit, für volle Tragfähigkeit, minimale Duktilität oder Kapazitätsschätzung ist im Kontextmenü des Projektelements verfügbar.
• Standard-Projekteinstellungen erforderlich – Die vorhergesagte Ausnutzung liefert zuverlässige Ergebnisse nur, wenn die Projekteinstellungen mit den beim Training verwendeten übereinstimmen. Das bedeutet, dass Standard-Projekteinstellungen verwendet werden müssen, insbesondere Sicherheitsbeiwerte, Netzeinstellungen, Standardlängen und Segmenteinteilung.

3  Verfügbarkeit

• Nur für EN- und AISC-Bemessungsnormen.
• Nur wenn Spannung-Dehnung-Analyse ausgewählt ist.
• Eine Internetverbindung ist erforderlich.
  

4  Vorlagenänderungen

• Änderungen im Entwickler-Tab und am tragwerksbezogenen Schema – Wenn der Benutzer die Vorlage im Entwickler-Tab ändert (z. B. Parameter entfernt, Parametergrenzen ändert) oder ein anderes tragendes Bauteil auswählt, wird die Vorhersage nicht mehr verfügbar. In solchen Fällen kann der Algorithmus nicht kontrollieren, wie stark die geänderte Verbindung von der ursprünglich trainierten Vorlage abweicht.
• Geometrische Änderungen – Einige geometrische Änderungen werden in der vorhergesagten Ausnutzung noch nicht berücksichtigt. Beispielsweise wird die Änderung des Winkels oder der Achsenexzentrizität des angeschlossenen Bauteils nicht berücksichtigt, und in solchen Fällen kann die vorhergesagte Ausnutzung erheblich vom berechneten Ergebnis abweichen.
• Zusätzliche Operationen – Wenn der Vorlage eine zusätzliche Operation hinzugefügt wird (z. B. eine Steife), wird die vorhergesagte Ausnutzung weiterhin angezeigt, aber der Effekt dieser Operation ist nicht in der Vorhersage enthalten.
  

5  Mehrere Vorlagen

• Wenn mehrere Vorlagen innerhalb eines Verbindungsmodells verwendet werden, kann die Ausnutzung jeder Vorlage separat vorhergesagt werden. Ihre gegenseitige Wechselwirkung wird jedoch nicht berücksichtigt.

Abschließende Bemerkung

Die vorhergesagte Ausnutzung sollte stets als Schätzung verstanden werden. Maschinelle Lernwerkzeuge können eine vollständige tragwerksbezogene Berechnung durch einen Ingenieur nicht ersetzen.

Die Vorhersage kann erhebliche Zeitersparnisse bei der Verbindungsoptimierung bieten, indem ein schneller Vergleich verschiedener Parameterkonfigurationen ermöglicht wird.

Die aufgeführten Einschränkungen werden schrittweise reduziert, da der maschinelle Lernprozess und die Trainingsdatensätze weiter ausgebaut werden. Gleichzeitig wird die Anzahl der unterstützten parametrischen Vorlagen mit Vorhersagefunktionalität weiter zunehmen.