Kaynak otomatik tasarımı / kaynak boyutlandırma

Kaynak boyutlandırma aracı, belirli girdilere ve tanımlanmış stratejilere (Kapasite tahmini, Tam mukavemet, Minimum süneklik veya Aşırı mukavemet gibi) dayalı olarak optimum kaynak boyutunu hesaplar. Yeni tasarım, seçilen ayarlara göre oluşturulur; bu ayarlar aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Bu özellik, manuel iterasyonları ortadan kaldırmak için güçlü bir yardımcı işlev görür ve nihai doğrulamanıza hazır sağlam bir tasarım önerisi sunar.

IDEA StatiCa Connection'da tüm kullanıcılara sunulan iki kaynak boyutlandırma stratejisi mevcuttur:

• tam mukavemete göre
• aşırı mukavemet ile

Eurocode kullanıcıları için iki strateji daha mevcuttur:

• kapasite tahminine göre
• minimum sünekliğe göre

AISC kullanıcıları için bir strateji daha mevcuttur:

• kapasite tahminine göre

Fonksiyonlar nasıl çağrılır

Kaynak boyutlandırma şu yollarla çağrılabilir:

• Üst paneldeki Kaynak boyutlandırma düğmesine tıklanarak

• İşlemler iletişim kutusunda

• İşlemler üzerine sağ tıklayarak Tümünü otomatik tasarla seçeneğini seçerek; ancak burada yalnızca kaynakları değil, cıvataları da otomatik olarak tasarlarsınız.

• İşlemler üzerine sağ tıklayarak belirli bir Kaynak boyutlandırma türünü seçerek

• Kaynaklı işlem üzerine sağ tıklayarak Otomatik tasarla seçeneğini seçerek; ancak burada belirli bir işlemde yalnızca kaynakları değil, cıvataları da otomatik olarak tasarlarsınız.

Fonksiyonu çağırdığınızda, İşlemler iletişim kutusunda Kaynak boyutlandırma yöntemini belirtmek gerekir. Genel olarak, kaynak boyutları aşağıdaki sırayla artacaktır:

• Kapasite tahmini
• Minimum süneklik
• Tam mukavemet
• Aşırı mukavemet ile

Yöntemler aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. 

Kaynak boyutunu etkileyen ayarlar

Kaynak boyutlandırma süreci, belirli genel ayarlar tarafından belirlenir. Algoritma aşağıdaki girdileri değerlendirir:

• Kaynaklar: Hedef kapasite kullanım oranı: Bu sınır, Proje ayarları > Tasarım – Genel bölümünde tanımlanır (Varsayılan değer 0,9'dur). Algoritma, gerçek etki eden yükleri bu belirlenen değerle karşılaştırarak gereksinimi karşılayan bir çözüm bulur. Kontrol edilen spesifik değer Kullanım oranı Ut_c'dir.
• Kaynaklar: Aşırı mukavemet faktörü: Bu faktör, EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) tarafından önerildiği üzere plastik mafsal oluşumuna izin vermek amacıyla kaynağın bağlı elemandan daha güçlü olmasını sağlar (genellikle 1,4 veya 1,7). Sınır, Proje ayarları > Tasarım – Genel bölümünde tanımlanır (varsayılan 1,4) ve yalnızca 'Aşırı mukavemet' boyutlandırma yöntemi seçildiğinde uygulanır.
• Yuvarlama Kuralı:  Kaynak yüksekliği, Proje > Tercihler > Uygulama birimleri - Yeni nesne yuvarlama > Kaynak boyutu bölümündeki yuvarlama ayarlarına göre düzenlenir.
• Denetleyici artımları: Algoritmanın kaynak yüksekliğini artırdığı minimum değer, Proje > Tercihler > Uygulama birimleri - Denetleyici artımları > Kaynak boyutu bölümünde ayarlanır.

Kapasite tahmini

Kapasite tahminine göre kaynak boyutlandırma, belirlenen yükleri aktarmaya yetecek kadar güçlü kaynak boyutlarını otomatik olarak sağlar. 

Fonksiyon nasıl çalışır

Kaynaklar için sonuçlar sekmesinde iki kullanım oranı listelenmektedir. Ut (gerilme kullanım oranı), tüm kaynağın en çok gerilmiş sonlu elemanının kullanım değerini (tepe değeri) gösterirken, Ut_c (kaynak kapasitesi kullanım oranı) tüm kaynağın kullanımını göstererek kullanıcıya kalan kaynak kapasitesi hakkında bilgi verir.

FEM tabanlı modellerde kaynak gerilme dağılımı uygulanan yüke bağlı olarak belirsiz biçimde değiştiğinden, kalan kapasiteyi doğrusal bir fonksiyon olarak belirlemek kolay değildir. Uygulanan yük artımıyla birlikte kaynak gerilme dağılımındaki değişim çok dramatik olabilir.

Ut_c hesabı, makine öğrenmesi tahmin fonksiyonu kullanır. Çok sayıda kaynaklı birleşim modelinden ve çeşitli yük senaryolarından öğrenmeye dayalı olarak algoritma, kalan kaynak kapasitesini doğru biçimde tahmin edebilir. Değer, Kontrol bölümünde, Kaynaklar sekmesinde, Ut_c sütununda görüntülenir.

Bu işlevsellik, kaynakların kapasitesini belirlemek için yapay zeka ve makine öğrenmesini kullanır. En iyi yanı ise uygulamanın bunu %10 eşik değeri içinde yapabilmesidir! Bu mükemmel bir sonuç olarak değerlendirilebilir.

Şu anda Eurocode ve AISC'de uygulanmaktadır.

Kapasite tahminine göre kaynak boyutlandırma, sonuçlar gerektirir. Köşe kaynak boyutu aşağıdaki formüle göre düzenlenir:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

burada:

• \(a_{new}\) – düzenlenmiş köşe kaynak boyutu
• \(a\) – önceden belirlenen köşe kaynak boyutu
• \(Ut_c\) – Kaynak kontrolünde görünen makine öğrenmesi algoritmasına dayalı kapasite tahmini 
• \(Ut_{target}\) – Ayarlar → Tasarım → Otomatik tasarım → Kaynak boyutlandırma bölümündeki hedef kullanım oranı

Kaynak boyutlarının detaylandırma kurallarıyla sınırlandırıldığını unutmayın; örneğin kaynak boyutu 3 mm'den küçük olamaz (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Bu detaylandırma kurallarına uyulmaktadır. Ayrıca, IDEA StatiCa'da birden fazla kaynağın genellikle tek bir değere ayarlandığını göz önünde bulundurun. Bu durumlarda boyut, en çok kullanılan kaynağa göre belirlenir.

Ayrıca bir hesaplama döngüsü mevcuttur. Kaynak boyutlandırma yöntemi kapasite tahminine ayarlandığında:

1. Köşe kaynakları tam mukavemete göre boyutlandırır
2. Modeli hesaplar
3. Köşe kaynakları kapasite tahminine göre boyutlandırır
4. Modeli hesaplar

Kaynaklar tek bir tıklamayla hedef kullanım oranında veya altında ayarlanır.

Minimum süneklik

Minimum sünekliğe göre kaynak boyutlandırma, gevrek kırılmaları önleyecek kadar güçlü kaynaklı birleşimler otomatik olarak sağlar. Kaynak mukavemeti plakanın başlangıç akmasına izin verir; ancak sonuçta kaynak kopar.

Kaynaklı birleşimlerde minimum süneklik gereksinimi FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4)'te yer almaktadır. Bu gereksinim, kaynak mukavemeti ile plaka mukavemeti arasındaki sabit oranın 0,8 olduğu EN 1993-1-8'in Hollanda ulusal ekinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca yaygın olarak kullanılan Birleşik Krallık'ın Yeşil kitaplarında, özellikle C2 ve C3 Bölümlerinde yer almaktadır. Ancak sabit oran yalnızca S355 çelik sınıfı için uygundur. İkinci nesil Eurocode'da bu, tüm çelik sınıfları için genişletilmiştir.

Bu gereksinim, çift taraflı köşe kaynakları için şu şekilde kontrol edilir:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

burada:

• \(a\) – kaynak boğaz kalınlığı
• \(t\) – kenardan bağlanan plakanın kalınlığı 
• \(\beta_w\) – kaynak korelasyon faktörü 
• \(\gamma_{M2}\) – cıvatalar ve kaynaklar için güvenlik faktörü; Kod ayarlarında düzenlenebilir
• \(f_y\) – plaka akma mukavemeti
• \(f_u\) – kaynak nihai mukavemeti
• \(\gamma_{M0}\) – plakalar için güvenlik faktörü; Kod ayarlarında düzenlenebilir

Tek taraflı köşe kaynak için kaynak boğaz kalınlığı, çift taraflı köşe kaynağınkinin iki katıdır.

Yöntemin enine yüklü kaynaklar için yararlı olduğunu ve plakanın tam genişliğiyle bağlandığı durumlarda işe yaradığını unutmayın.

Tam mukavemet

Tam mukavemete göre kaynak boyutlandırma, bağlanan plakadan daha güçlü kaynakları otomatik olarak sağlar. Hesaplamada, kaynak mukavemeti ve sünekliği açısından en kötü durum olarak plakaların çekmeye, kaynakların ise enine yüklendiği varsayılır. Bu tasarım, statik yükleme altında kaynakların gevrek kırılmalarını önlemek için kullanışlıdır.

Bu yaklaşım ayrıca yaygın olarak kullanılan Birleşik Krallık'ın Yeşil kitaplarında, özellikle C1 Bölümünde yer almaktadır.

Bu gereksinim, çift taraflı köşe kaynakları için şu şekilde kontrol edilir:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

burada:

• \(a\) – kaynak boğaz kalınlığı
• \(t\) – kenardan bağlanan plakanın kalınlığı 
• \(\beta_w\) – kaynak korelasyon faktörü 
• \(f_y\) – plaka akma mukavemeti
• \(f_u\) – kaynak nihai mukavemeti
• \(\gamma_{M0}\) – plakalar için güvenlik faktörü; Kod ayarlarında düzenlenebilir

Yöntemin enine yüklü kaynaklar için yararlı olduğunu ve plakanın tam genişliğiyle bağlandığı durumlarda işe yaradığını unutmayın.

Aşırı mukavemetli kaynaklar

Aşırı mukavemet ile kaynak boyutlandırma, bağlanan plakadan çok daha güçlü kaynakları otomatik olarak sağlar. Aşırı mukavemet faktörü, Ayarlar → Tasarım → Otomatik tasarım → Kaynak boyutlandırma bölümünde belirtilir. Varsayılan 1,4 değeri, plastik mafsal oluşumu için EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5)'ten alınmıştır. 

Hesaplamada, kaynak mukavemeti ve sünekliği açısından en kötü durum olarak plakaların çekmeye, kaynakların ise enine yüklendiği varsayılır. Bu tasarım, plastik tasarım veya döngüsel yükleme altında kaynakların gevrek kırılmalarını önlemek için kullanışlıdır. Büyük kaynak boyutunun otomatik olarak yüksek sünekliği garanti etmediğini unutmayın. Aksine, kaynak çekmesinin neden olduğu aşırı kalıntı gerilmelere ve deformasyonlara yol açabilir.

Bu gereksinim, çift taraflı köşe kaynakları için şu şekilde kontrol edilir:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

burada:

• \(a\) – kaynak boğaz kalınlığı
• \(t\) – kenardan bağlanan plakanın kalınlığı 
• \(\beta_w\) – kaynak korelasyon faktörü 
• \(\gamma_{M2}\) – cıvatalar ve kaynaklar için güvenlik faktörü; Kod ayarlarında düzenlenebilir
• \(f_y\) – plaka akma mukavemeti
• \(f_u\) – kaynak nihai mukavemeti
• \(\gamma_{M0}\) – plakalar için güvenlik faktörü; Kod ayarlarında düzenlenebilir
• \(f_{overstrength}\) – Ayarlar → Tasarım → Otomatik tasarım → Kaynak boyutlandırma bölümünde belirtilen aşırı mukavemet faktörü

Yöntemin enine yüklü kaynaklar için yararlı olduğunu ve plakanın tam genişliğiyle bağlandığı durumlarda işe yaradığını unutmayın.