Birləşdirilmiş qaynaq keçidi–büzülmə funksiyası–ekvivalent dolayı təsir çərçivəsi, H-şəkilli polad tirlərdə çoxkeçidli alın qaynağının yaratdığı eninə büzülməni əvvəlcə ətraflı termo-elasto-plastik sonlu element nəticələrindən öyrənən, sonra isə bu büzülməni daha böyük konstruktiv sonlu element modellərinə tətbiq edilə bilən ekvivalent temperatur yükünə çevirən çoxmərhələli mühəndislik metodudur. Tədqiqat Q355B poladı, ER50-6 qaynaq məftili, CO₂ qoruyucu qazlı metal-qövs qaynağı, birtərəfli V-yivli alın qaynağı və güclü uc məhdudiyyətləri şəraitində hazırlanmışdır.

Tədqiqatın ilk problemi hesablama xərcidir. Mənbədəki 24 mm qalınlığında istinad plitəsi modeli əvvəlcə 10 ayrı qaynaq keçidi ilə həll edilmişdir. Tədqiqatçılar bu modeli dörd, üç və iki birləşdirilmiş keçidə endirən üç sxemi müqayisə etmişlər. Balanslaşdırılmış üç keçidli sxem, qalıq gərginlik və qalıq deformasiya davranışını digər sadələşdirilmiş variantlara nisbətən daha yaxşı qoruyarkən ümumi hesablama müddətini 18,863 saatdan 5,528 saata endirmiş; bu, mənbədə %70,69 müddət azalması və 3,41 dəfə sürətlənmə kimi bildirilmişdir.

İkinci mərhələdə, üfüqi və şaquli qaynaq mövqelərindəki plitələr üçün plitə qalınlığı, qaynaq istiqamətinə perpendikulyar eninə uzunluq və qaynaq istiqamətindəki uzununa uzunluqdan istifadə edən ikinci dərəcəli cavab səthi funksiyaları qurulmuşdur. H-tirin iki başlığı və gövdəsi əvvəlcə bu plitə funksiyaları ilə təmsil edilmiş, sonra H-kəsiyin bütöv şəkildə davranmasının doğurduğu əlavə həndəsi əlaqələnmə düzəliş termini ilə modelləşdirilmişdir. Son qatlı modelin leave-one-out cross-validation (LOOCV) nəticələri RMSE 0,2855 mm, MAE 0,2424 mm və maksimum mütləq xəta 0,5123 mm-dir.

Üçüncü mərhələdə proqnozlaşdırılmış eninə büzülmə ekvivalent oxboyu deformasiya vasitəsilə ekvivalent temperatur yükünə çevrilmişdir. Bu temperatur real qaynaq temperaturu deyil və qaynaq hovuzunun istilik tarixçəsini təmsil etmir. Məqsəd böyük konstruktiv sonlu element modellərində real qaynaq prosesinin bütün keçici termo-mexaniki təfərrüatlarını yenidən həll etmədən qaynağın yaratdığı ümumi büzülmə təsirini konstruksiyaya tətbiq etməkdir.

Ekvivalent dolayı təsir metodunun H-tir sonlu element modellərində yoxlanılmasında MAE 0,1883 mm, RMSE 0,2713 mm, MAPE %9,2685, Pearson korrelyasiya əmsalı 0,9730 və R² 0,9042 əldə edilmişdir. Metod daha sonra Tianjin Zhonghai City Plaza əsas qülləsinin 19. seqmentindəki cənub xarici çərçivəyə tətbiq edilmiş; 12 sütunun simulyasiya edilmiş və sahədə izlənmiş üst ofset paylanmaları müqayisə olunmuşdur.

Sahə tətbiqində orta simulyasiya edilmiş sütun üstü ofset 5,592 mm, izlənmiş orta isə 5,964 mm kimi bildirilmiş və simulyasiya ortalaması ölçmədən %6,22 aşağı qalmışdır. Sahə müqayisəsində MAE 0,518 mm, RMSE 0,602 mm, maksimum mütləq xəta 1,046 mm, xətti korrelyasiya əmsalı 0,836 və R² 0,700-dür.

Bu nəticələr metodun bütün qaynaq deformasiyalarını proqnozlaşdırdığı anlamına gəlmir. Tədqiqat xüsusilə eninə büzülməni və onun böyük miqyasda toplanan konstruktiv deformasiya təsirini hədəfləyir. Bucaqlı deformasiya, uzununa büzülmə, qaynaq hovuzunun ətraflı temperatur tarixçəsi, yerli qalıq gərginliyin pik qiymətləri və mikrostruktur dəyişiklikləri bu sürətli metodun birbaşa proqnoz hədəfləri deyil.

Tədqiqatın əsas mühəndislik problemi

Polad konstruksiyalarda çoxkeçidli qaynaq qaynaq zonasını çox yüksək temperatura qaldırarkən ətraf material eyni vaxtda daha soyuq qalır. Bu qeyri-bərabər temperatur sahəsi istilik genişlənməsi, plastik deformasiya, soyuma zamanı büzülmə və məhdudiyyətlər səbəbindən qalıq gərginlik və daimi həndəsi deformasiya yaradır. H-şəkilli tirlərdə qaynaq tikişinə perpendikulyar istiqamətdəki eninə büzülmə, element oxlarının yayınmasına, birləşmə boşluqlarının dəyişməsinə, montaj toleranslarının toplanmasına və çoxelementli polad çərçivələrdə son həndəsənin sapmasına səbəb ola bilər.

Qaynaq prosesini ən ətraflı şəkildə təmsil edən termo-elasto-plastik sonlu element yanaşması hərəkətli istilik mənbəyini, temperaturdan asılı material xassələrini, keçici temperatur sahəsini, plastik deformasiyanı, gərginliyin inkişafını və soyumadan sonrakı daimi deformasiyanı birlikdə həll edə bilər. Lakin çoxsaylı keçidli böyük konstruksiyalar üçün bu yanaşma incə tor, kiçik zaman addımları, təkrarlanan element aktivləşdirilməsi və hər qaynaq keçidi üçün ayrıca istilik yükləmə tərifi tələb edir.

Tədqiqatçılar buna görə üç ayrı problemi birlikdə həll etməyə çalışmışlar: çoxkeçidli qaynağı həddindən artıq hesablama xərci yaratmadan sadələşdirmək; plitədən H-kəsiyin bütövlüyünə keçərkən başlıq-gövdə əlaqələnməsini itirməmək; və əldə edilən büzülmə qiymətini böyük polad çərçivə modelinə tətbiq oluna bilən sadə konstruktiv yükə çevirmək.

H-Şəkilli Polad Tirlərdə Qaynaq Mənşəli Eninə Büzülmə Nədir?

Qaynaq mənşəli eninə büzülmə, qaynaq zonasının qızma və soyuma dövrünün sonunda daimi plastik deformasiya toplaması səbəbindən element ölçüsünün qaynaq istiqamətinə perpendikulyar istiqamətdə azalmasıdır; bu tədqiqatda H-kəsiyin üst başlıq, alt başlıq və gövdə bölgələrindəki yerli büzülmələr real polad kəsik sahəsinə görə sahə çəkili şəkildə birləşdirilərək bütün kəsiyi təmsil edən vahid uc-səth büzülmə qiyməti yaradılmışdır.

Tədqiqatın bütün hesablama zənciri

24 mm istinad plitəsi və sərhəd şərtləri

Qaynaq keçidlərini birləşdirmə strategiyasını seçmək üçün iki Q355B plitəsinin yaratdığı birtərəfli V-yivli alın birləşməsi modelləşdirilmişdir. Plitənin qalınlığı 24 mm-dir. Bir plitə 100 mm uzunluğa və 200 mm enə malik düzbucaqlı prizmadır. Digər plitənin düz xarici kənarı ilə V-yiv tərəfi arasında alt kənarın uzunluğu 94 mm-dir. Plitələr arasında 6 mm kök aralığı, 2 mm kök səthi və 45° yiv bucağı vardır.

Modelin iki ucuna ümumi sərt-cisim hərəkətini qarşısını almaq və mühəndislikdəki güclü uc məhdudiyyətlərini təxmini təmsil etmək üçün bir sürüşən oynaqlı dayaq və bir sabit oynaqlı dayaq tətbiq edilmişdir. Başlanğıc və ətraf mühit temperaturu yay xarici mühitini təmsil etmək üçün 30 °C-dir. Bütün açıq səthlərə 50 W·m⁻²·°C⁻¹ konveksiya əmsalı və 0,85 səth emissiya əmsalı tətbiq edilmişdir.

Qaynaq prosesi CO₂ qoruyucu qazlı metal-qövs qaynağıdır. Qaynaq məftili ER50-6, məftilin diametri isə 1,2 mm-dir. Qaynaq metalı üçün ayrıca temperaturdan asılı material modeli istifadə edilməmiş; çökdürülmüş qaynaq metalına Q355B əsas metalı ilə eyni temperaturdan asılı termo-mexaniki xassələr təyin edilmişdir. Tədqiqatçılar bunun yalnız ümumi eninə büzülmə və konstruktiv miqyaslı deformasiya məqsədi üçün edilmiş mühəndislik sadələşdirməsi olduğunu açıq şəkildə bildirirlər.

Qaynaq metalı, istilikdən təsirlənmiş zona və əsas metalın yerli gərginlik–deformasiya xassələri reallıqda fərqli ola bilər. Buna görə tədqiqatın yanaşması yerli qalıq gərginlik pik qiymətləri, qırılma davranışı və ya istilikdən təsirlənmiş zonanın mexaniki xassələri hədəfləndikdə yetərli əvəz kimi təqdim edilmir.

Q355B poladının kimyəvi tərkibi

Bu kimyəvi tərkib JMatPro proqramına daxil edilərək Q355B-nin temperaturdan asılı termofiziki və termo-mexaniki xassələri hesablanmışdır. Tədqiqatçılar bu qiymətləri həmçinin Q345GJ/Q355 sinif qalın plitələr və qaynaqlı birləşmələr üçün dərc edilmiş material tədqiqatları ilə müqayisə etmişlər.

Temperaturdan asılı Q355B material xassələri

Mənbə qaynaq faza çevrilməsinin bu tədqiqatdakı mühəndislik miqyaslı büzülmə proqnozunda temperatur sahəsinə təsirini nisbətən kiçik qəbul edərək faza çevrilməsi təsirini nəzərə almamışdır. Bu fərziyyə yerli metallurgiya təhlilinə ümumiləşdirilməməlidir.

Birləşdirilmiş Qaynaq Keçidi Yanaşması Niyə İstifadə Edildi?

Birləşdirilmiş qaynaq keçidi yanaşması çoxkeçidli qaynağın hər bir hərəkətli istilik mənbəyini ayrıca həll etməyin xərcini azaltmaq üçün bir neçə real keçidin xətti enerjisini daha az sayda ekvivalent keçiddə birləşdirir; bu tədqiqatda məqsəd keçici temperatur tarixçəsini eynilə yenidən yaratmaq deyil, son qaynaqdan sonrakı qalıq gərginlik paylanmasını və eninə deformasiyanı yetərincə qoruyaraq hesablama müddətini azaltmaqdır.

Orijinal 10 keçid və üç birləşdirmə sxemi

• Orijinal model: 10 ayrı qaynaq keçidi.
• Sxem 1 – pilləli dörd keçid: Keçid 1 tək saxlanıldı; 2–3, 4–6 və 7–10 ayrıca qruplar şəklində birləşdirildi.
• Sxem 2 – balanslaşdırılmış üç keçid: 1–3 birinci qrupu; 4–5 ilə 7–8 ikinci qrupu; 6 ilə 9–10 üçüncü qrupu təşkil etdi.
• Sxem 3 – pilləli iki keçid: 1–3 və 4–10 olmaqla iki qrup yaradıldı.

Qaynaq gücləndirməsi, yəni qaynaq tikişinin əsas səthdən yuxarı qalan qabarıq hissəsi, birləşdirilmiş modellərin həndəsəsini və istilik mənbəyinin tətbiqini sadələşdirmək üçün nəzərə alınmamışdır.

Əsas qaynaq prosesi parametrləri

Tənlik (1): tək keçidin xətti enerjisi

\[ q=\frac{\eta P}{v}=\frac{\eta U I}{v} \tag{1} \]

\(q\), vahid qaynaq uzunluğuna düşən istilik girişidir və J/m vahidindədir. \(\eta\) qaynaq istilik səmərəliliyi, \(P\) qaynaq gücü, \(U\) gərginlik, \(I\) cərəyan və \(v\) qaynaq sürətidir. Riyazi olaraq eyni elektrik enerjisi daha aşağı sürətdə daha qısa məsafəyə verildikdə vahid uzunluğa düşən enerji artır.

Mənbədaxili notasiya qeydi: Tənlik (1), \(P\)-ni \(UI\) ilə ekvivalent şəkildə istifadə edir. Buna qarşılıq Cədvəl 3-də P sütunundakı 5312,5 W qiyməti 250×25=6250 W-a deyil, 0,85×250×25=5312,5 W-a bərabərdir. Eyni vəziyyət 5967 W üçün də keçərlidir. Buna görə tənliklə cədvəldəki “P” etiketinin istifadəsi arasında notasiya fərqi vardır; Verianla bu fərqi səssizcə yenidən tərif etməmişdir.

Tənlik (2): birləşdirilmiş xətti enerji

\[ q_n=\sum_{i=1}^{n} q_i \tag{2} \]

Birləşdirilən \(n\) real keçidin xətti enerjiləri toplanaraq ekvivalent keçidin ümumi xətti enerjisi \(q_n\) alınır. Buradakı əsas məqsəd enerji girişini itirmədən keçid sayını azaltmaqdır.

Tənlik (3): birləşdirilmiş keçidin gücü

\[ P_c=q_n v_c= \left( \sum_{i=1}^{n} \frac{\eta_i U_i I_i}{v_i} \right)v_c \tag{3} \]

\(P_c\) birləşdirilmiş keçidin gücü, \(v_c\) isə bu keçiddə istifadə olunan ortaq qaynaq sürətidir. Real keçidlər fərqli sürətlərə malik olsa belə əvvəlcə hər birinin xətti enerjisi müəyyən edilir, sonra ümumi enerji seçilmiş ortaq sürətlə gücə çevrilir.

Goldak ikiqat ellipsoidal istilik mənbəyinin rolu

İstilik girişinin yalnız ümumi enerjisini qorumaq kifayət deyil; enerji məkanda yanlış paylanarsa qaynaq hovuzunun forması və istilik təsir zonası dəyişə bilər. Buna görə tədqiqat ikiqat ellipsoidal Goldak istilik mənbəyinin ön yarımoxu \(a_1\), arxa yarımoxu \(a_2\), eni \(b\) və dərinliyi \(c\) parametrlərini qaynaq həndəsəsinə görə kalibrə etmişdir.

Birləşdirmədən sonra qaynaq hovuzu konturları orijinal doldurma zonasını ümumilikdə əhatə edə bilmiş, lakin yerli pik temperaturların artdığı müşahidə edilmişdir. Mənbə bunu bir neçə real keçidin enerjisinin daha az sayda keçiddə cəmlənməsi və keçidlərarası soyumanın zəifləməsi ilə izah edir.

Buradakı yoxlama sərhədi xüsusilə vacibdir: 24 mm plitə nümunəsi üçün termocütlə ölçülmüş qaynaq istilik dövrləri yoxdur. İstilik mənbəyinin kalibrlənməsi ərimiş hovuz həndəsəsinin əsas doldurma zonasını əhatə edib-etmədiyini yoxlayan mühəndislik səviyyəli kalibrləmədir. Tədqiqat hər real keçidin yerli keçici temperatur tarixçəsini, soyuma sürətini və ya qaynaq hovuzunun təkamülünü eksperimental olaraq doğruladığını iddia etmir.

Sonlu element həll ardıcıllığı

Hesablamalar dolayı əlaqələndirmə yanaşması ilə aparılmışdır. Əvvəlcə Abaqus-da keçici temperatur sahəsi hesablanmış, alınmış temperatur tarixçəsi eyni həndəsə və sərhəd şərtlərinə malik mexaniki modelə istilik yükü kimi ötürülmüş və sonra qalıq gərginliklə qalıq deformasiya həll edilmişdir.

Qaynaq və yaxın ətrafı incə torla bölünmüş, digər bölgələrə keçərkən hesablama xərcini azaltmaq üçün 4-ə-2 tor keçid strategiyası istifadə edilmişdir. Mənbə bu ilkin ətraflı qaynaq modeli üçün konkret Abaqus versiyası, prosessor modeli və ya kompüter avadanlığı bildirmir.

Qalıq gərginlik niyə von Mises əvəzinə istiqamətli normal gərginliklə müqayisə edildi?

Von Mises gərginliyi axma vəziyyətini qiymətləndirmək üçün faydalı skalyar ekvivalent gərginlikdir; lakin dartılma ilə sıxılmanı və ya müəyyən istiqamətdə gərginliyin işarəsini birbaşa göstərmir. Qaynaq büzülməsində isə qaynaq istiqamətinə görə dartılma və sıxılma zonalarının harada yarandığı vacibdir. Buna görə tədqiqat qaynaq istiqamətinə perpendikulyar CD mərkəz xəttində istiqamətli normal gərginliyi müqayisə meyarı kimi istifadə etmişdir.

RMSE₀, sürüşən məhdudiyyət götürüldükdən sonra gərginliyin yenidən paylanmasının orijinal 10-keçidli modelə nisbətən nə qədər yaxşı bərpa edildiyini qiymətləndirmək üçün istifadə olunan əlavə xəta göstəricisidir. Sxem 2 həm statik qalıq gərginlik paylanmasında, həm də məhdudiyyətin sərbəst buraxılmasına cavabda ən yaxşı ümumi uyğunluğu təmin etmişdir.

Qalıq deformasiya müqayisəsi

Orijinal 10-keçidli modelin uc deformasiyası məhdudiyyət saxlanıldıqda 0,6629 mm, məhdudiyyət götürüldükdən sonra 0,7340 mm-dir. Sxem 2-nin müvafiq 0,6949 və 0,7805 mm nəticələri digər iki sadələşdirilmiş sxemdən xeyli daha yaxın olmuşdur.

Hesablama müddətinin müqayisəsi

Sxem 3 ən sürətli seçim olsa da qalıq gərginlik və deformasiya dəqiqliyi nəzərəçarpacaq dərəcədə zəifdir. Tədqiqat buna görə yalnız hesablama müddətini minimumlaşdırmamış, dəqiqliklə səmərəlilik arasında tarazlıq quraraq Sxem 2-ni sonrakı parametrik tədqiqatlar üçün seçmişdir.

Plitə büzülməsi üçün klassik əlaqə

Mənbə əvvəlki sadə alın qaynağı yanaşmalarını göstərmək üçün aşağıdakı empirik əlaqəni verir:

\[ B=k\frac{A}{d} \tag{4} \]

Bu kontekstdə \(B\) alın qaynağının eninə büzülməsi, \(A\) çökdürülmüş qaynaq metalının kəsik sahəsi, \(d\) qaynaq hündürlüyü və \(k\) birləşmə forması ilə qaynaq prosesindən asılı empirik əmsaldır.

Simvolun təkrar istifadəsi: Tədqiqatın sonrakı plitə cavab səthi tənliklərində \(d\) artıq qaynaq hündürlüyünü deyil, plitə qalınlığını təmsil edir. Eyni simvol iki fərqli bölmədə fərqli fiziki kəmiyyət üçün istifadə olunduğu üçün kontekst qorunmalıdır.

Plitənin uc-səth büzülməsi necə bir ədədə çevrildi?

Sonlu element modelindən alınan uc səth nəticələri bərabər aralıqlı vahid xətt deyil, səpələnmiş nöqtə bulududur. Müxtəlif nümunələrdə uc səthin istiqaməti və nöqtə paylanması dəyişə bildiyindən tədqiqat büzülməni real uc-səth sahəsi üzrə sahə ortalaması kimi müəyyən edir:

\[ B_{\mathrm{plate}}= \frac{1}{A_{\mathrm{face}}} \int B(\mathbf{x})\,dA \tag{5} \]

Üfüqi qaynaqda bu qiymət \(B_f\), şaquli qaynaqda isə \(B_v\) adlandırılır.

Səpələnmiş nöqtələri sahə çəkili hesablamaq üçün Delaunay üçbucaqlaması istifadə edilmişdir. Yerli \((u,v)\) koordinatlarındakı k-cı üçbucağın sahəsi mənbədə:

\[ A_k= \frac{1}{2} \left[ (u_j-u_i)(v_l-v_i) - (u_l-u_i)(v_j-v_i) \right] \tag{6} \]

şəklində verilir. Mənbə formulunda mütləq qiymət işarəsi ayrıca yazılmayıb; formula burada dərc edilmiş forması ilə qorunub.

Üçbucağın daxilində büzülmə sahəsinin xətti dəyişdiyi fərz edilərək k-cı üçbucağın orta büzülməsi:

\[ B_k=\frac{B_i+B_j+B_l}{3} \tag{7} \]

və bütün uc səthin diskret sahə çəkili ortalaması:

\[ B_{\mathrm{plate}} \approx \frac{\sum_k A_k B_k}{\sum_k A_k} \tag{8} \]

şəklində hesablanmışdır. Beləliklə çoxsaylı düyün yerdəyişmələri, hər üçbucağın real səth sahəsinə verdiyi töhfə nəzərə alınmaqla vahid mühəndislik büzülmə ölçüsünə çevrilir.

Niyə uc bölgələr kəsildi?

Qaynaq başlanğıcı, qaynaq sonu, yerli istilik itkisi və sərhədin sərbəst buraxılması təsirləri uzun kənarın iki ucunda daha səpələnmiş deformasiya yarada bilər. Tədqiqat bu anomaliyaların bütün səth ortalamasına həddindən artıq təsirini azaltmaq üçün yalnız uc səthin əsas uzun istiqamətində simmetrik kəsmə aparmışdır.

\[ \xi\in \left[ \xi_{\min}+ \alpha(\xi_{\max}-\xi_{\min}), \; \xi_{\max}- \alpha(\xi_{\max}-\xi_{\min}) \right] \tag{9} \]

Tədqiqatda \(\alpha=0,1\)-dir. Yəni əsas uzun istiqamətin hər iki ucundakı %10-luq hissə çıxarılarkən qalınlıq istiqamətindəki məlumat qorunmuşdur.

FCCD eksperiment dizaynı

Plitə funksiyaları üçün üç dəyişənli, üç səviyyəli face-centered central composite design (FCCD) istifadə edilmişdir. Ümumi 15 dizayn nöqtəsi 8 künc, 6 səth-mərkəz və 1 mərkəz nöqtəsindən ibarətdir. İkinci dərəcəli üç dəyişənli tam modeldə 10 əmsal olduğuna görə 15 nöqtə əmsalların təyin edilə bilməsi üçün bundan artıq müşahidə təmin edir.

Eyni 15 həndəsi nöqtə həm üfüqi, həm də şaquli qaynaq mövqeyi üçün həll edilmişdir. Mənbə 40 mm-dən qalın plitələrə əmsalların birbaşa ekstrapolyasiya edilməsini tövsiyə etmir; daha qalın plitələrdə qalınlıq boyunca temperatur qradiyentinin, keçidlərarası istilik yığılmasının və əsas metal–qaynaq metalı–HAZ fərqlərinin daha nəzərəçarpan ola biləcəyini bildirir.

Tənlik (10): ikinci dərəcəli plitə cavab səthi

\[ \hat{B}_{\mathrm{plate}}= \beta_0+\beta_1d+\beta_2l_x+\beta_3l_y+ \beta_{11}d^2+\beta_{22}l_x^2+\beta_{33}l_y^2+ \beta_{12}dl_x+\beta_{13}dl_y+\beta_{23}l_xl_y \tag{10} \]

Model sabit, xətti, ikinci dərəcəli və ikili qarşılıqlı təsir terminlərini birlikdə istifadə edir. Beləliklə, məsələn, plitə qalınlığının təsirinin tək sabit meyllə məhdudlaşması lazım deyil; \(d^2\) termini əyriliyi, \(dl_x\) kimi hasil terminləri isə bir dəyişənin təsirinin digərinin səviyyəsinə görə dəyişə bilməsini təmsil edir.

Üfüqi qaynaq plitə funksiyası

\[ \begin{aligned} \hat{B}_{f}(d,l_x,l_y)=& 0.611561+0.019244d-0.319535l_x+0.197042l_y\\ &+0.000031d^2-0.014872l_x^2-0.064561l_y^2\\ &+0.002033dl_x+0.001620dl_y-0.018550l_xl_y \end{aligned} \tag{11} \]

Şaquli qaynaq plitə funksiyası

\[ \begin{aligned} \hat{B}_{v}(d,l_x,l_y)=& 0.436846+0.039510d-0.359281l_x+0.327642l_y\\ &-0.000314d^2-0.003730l_x^2-0.112278l_y^2\\ &+0.001562dl_x+0.002540dl_y-0.019598l_xl_y \end{aligned} \tag{12} \]

Bu iki tənlik yalnız mənbədə kalibrə edilmiş həndəsə, proses və məhdudiyyət sahəsi daxilində istifadə edilməlidir. Əmsalların vahidləri giriş dəyişənlərinin mənbədə müəyyən edilən mm və m vahidlərindən asılıdır; dəyişənlərin ədədi vahidlərini özbaşına dəyişib eyni əmsallardan istifadə etmək düzgün deyil.

Plitə funksiyalarında hansı dəyişən daha təsirlidir?

Kalibrə edilmiş diapazon daxilində eninə uzunluq \(l_x\) və plitə qalınlığı \(d\) büzülmə dəyişkənliyinin dominant mənbələridir. Uzununa uzunluğun \(l_y\) töhfəsi xeyli kiçikdir. Birinci dərəcəli və ümumi indekslərin bir-birinə yaxın olması modeldə qarşılıqlı təsir terminləri olsa da ümumi çıxış dəyişkənliyində qarşılıqlı təsirlərin dominant olmadığını göstərir.

Plitədən H-şəkilli tirə keçid

H-tir qaynaq modelləşdirilməsində iki başlıq və bir gövdə plitəsi kimi ayrılmışdır. Başlıq qaynaqları üfüqi plitə funksiyası, gövdə qaynağı isə şaquli plitə funksiyası ilə əlaqələndirilmişdir. Lakin tədqiqat bu üç plitənin büzülməsinin birbaşa toplanmasının bütün H-kəsiyin davranışını yetərincə təmsil etmədiyini göstərmişdir.

Gövdənin xalis hündürlüyü:

\[ h_w=h-2d_f \tag{13} \]

Bir başlığın sahəsi:

\[ A_f=b_fd_f \tag{14} \]

Gövdənin sahəsi:

\[ A_w=h_wd_w \tag{15} \]

Burada \(b_f\) başlıq eni, \(h\) ümumi H-kəsik hündürlüyü, \(h_w\) gövdə hündürlüyü, \(d_f\) başlıq qalınlığı və \(d_w\) gövdə qalınlığıdır.

H-tir kalibrləmə nümunələri

Bu 15 model beş dəyişənli məhdudiyyətsiz ikinci dərəcəli cavab səthi yaratmaq üçün istifadə edilməmişdir. Plitə funksiyaları əvvəlcədən qurulduğuna görə H-tir modelləri yalnız əlavə həndəsi əlaqələnmə düzəlişini kalibrə etmək üçün istifadə edilmişdir.

Qatlı H-tir büzülmə modeli

Modelin əsas quruluşu:

\[ \hat{B}_H=B_0+\Delta \tag{16} \]

\(\hat{B}_H\), H-tir üçün proqnozlaşdırılan ümumi uc-səth eninə büzülməsi; \(B_0\), müstəqil plitə funksiyalarından qurulan başlanğıc/baseline büzülməsi; \(\Delta\) isə başlıq-gövdə əlaqələnməsi və bütün kəsik həndəsəsinin əlavə təsirini təmsil edən düzəlişdir.

Plitə bazası:

\[ B_0= 2\hat{B}_f(d_f,L,b_f)+ \hat{B}_v(d_w,L,h_w) \tag{17} \]

Başlıqlar üçün dəyişən çevrilməsindən sonrakı üfüqi qaynaq funksiyası:

\[ \begin{aligned} \hat{B}_f(d_f,L,b_f)=& 0.611561+0.019244d_f-0.319535L+0.197042b_f\\ &+0.000031d_f^2-0.014872L^2-0.064561b_f^2\\ &+0.002033d_fL+0.001620d_fb_f-0.018550Lb_f \end{aligned} \tag{18} \]

Gövdə üçün şaquli qaynaq funksiyası:

\[ \begin{aligned} \hat{B}_v(d_w,L,h_w)=& 0.436846+0.039510d_w-0.359281L+0.327642h_w\\ &-0.000314d_w^2-0.003730L^2-0.112278h_w^2\\ &+0.001562d_wL+0.002540d_wh_w-0.019598Lh_w \end{aligned} \tag{19} \]

Bu tənliklərdə mənbə \(d_f\) və \(d_w\)-ni mm; \(b_f\), \(h_w\) və \(L\)-ni m vahidində funksiyaya daxil edir. Bu vahid düzəni əmsallara daxil edilmişdir.

Həndəsi əlaqələnmə dəyişənləri

\[ s=\frac{L}{h}, \qquad r_t=\frac{d_f}{d_w}, \qquad r_g=\frac{b_f}{h} \tag{20} \]

\(s\) elementin incəlik nisbətini, \(r_t\) başlıq/gövdə qalınlıq nisbətini və \(r_g\) kəsik en/hündürlük nisbətini təmsil edir. Hər üçü ölçüsüzdür.

LOOCV müqayisəsində yalnız \(s,r_t,r_g\) dəyişənlərindən istifadə edən düzəliş modeli; \(B_0\)-ın ayrıca düzəliş modelinə giriş kimi əlavə edildiyi variantlardan daha aşağı çarpaz yoxlama xətası vermişdir. Seçilmiş model üçün RMSE_LOOCV 0,2855 mm, MAE_LOOCV 0,2424 mm və MaxAE_LOOCV 0,5123 mm-dir.

Həndəsi düzəliş:

\[ \Delta= 14.768847+ 0.240833s- 6.659333r_t- 9.248714r_g \tag{21} \]

Son qatlı model:

\[ \hat{B}_H= 2\hat{B}_f(d_f,L,b_f) + \hat{B}_v(d_w,L,h_w) + \Delta \tag{22} \]

Tənlik (21)-dəki ayrı-ayrı əmsalların işarələrini müstəqil fizika qanunu kimi şərh etmək düzgün deyil; \(\Delta\), plitə baza funksiyasının buraxdığı fərqi düzəldir. Həndəsənin ümumi büzülməyə daha birbaşa həssaslıq şərhi üçün mənbə əlavə olaraq kompakt qüvvət qanunu qurmuşdur.

Kompakt qüvvət qanunu

Qatlı model fiziki baxımdan daha izahlı olsa da hesablama zənciri uzundur. Mühəndislikdə daha sürətli istifadə üçün mənbə aşağıdakı ümumi qüvvət qanununu fərz edir:

\[ \tilde{B}_H= C \left(\frac{L}{h}\right)^a \left(\frac{d_f}{d_w}\right)^b \left(\frac{b_f}{h}\right)^c \tag{23} \]

Loqarifm götürüldükdə:

\[ \ln\tilde{B}_H= \ln C+ a\ln\left(\frac{L}{h}\right)+ b\ln\left(\frac{d_f}{d_w}\right)+ c\ln\left(\frac{b_f}{h}\right) \tag{24} \]

\[ Y=\beta_0+\beta_1X_1+\beta_2X_2+\beta_3X_3 \tag{25} \]

şəklində xətti reqressiya formasına çevrilir. Burada \(Y=\ln\tilde{B}_H\), \(X_1=\ln(L/h)\), \(X_2=\ln(d_f/d_w)\), \(X_3=\ln(b_f/h)\)-dir.

Mənbənin fit etdiyi son kompakt tənlik:

\[ \tilde{B}_H= 2.694 \left(\frac{L}{h}\right)^{-0.650} \left(\frac{d_f}{d_w}\right)^{3.186} \left(\frac{b_f}{h}\right)^{2.281} \tag{26} \]

\(\tilde{B}_H\) mm vahidindədir. Nisbətlərin hamısı ölçüsüz olduğuna görə vahidi 2,694 əmsalı daşıyır. Mənbə üstləri loqarifmik həssaslıq əmsalları kimi şərh edir. Digər nisbətlər sabit saxlanıldıqda \(L/h\)-də təxminən %1 artım büzülməni təxminən %0,650 azaltma; \(d_f/d_w\)-də %1 artım təxminən %3,186 artırma; \(b_f/h\)-də %1 artım isə təxminən %2,281 artırma meylinə uyğundur. Bu yerli faiz şərhi yalnız fit edilmiş qüvvət qanununun kalibrləmə sahəsi daxilindədir.

Bu cədvəli oxuyarkən qiymətləndirmə əsasının eyni olmadığı unudulmamalıdır. Qatlı modelin 0,2855 mm RMSE qiyməti LOOCV ümumiləşdirmə xətasıdır; kompakt qüvvət qanununun 0,1929 mm qiyməti eyni 15 nümunə üzrə birbaşa proqnoz xətasıdır. Buna görə ikinci rəqəmin daha kiçik olması təkbaşına qüvvət qanununun görülməmiş məlumatda qatlı modeldən qəti şəkildə daha yaxşı olduğu demək deyil.

Ekvivalent Dolayı Təsir Metodu Nədir?

Ekvivalent dolayı təsir metodu qaynaqdan sonra hesablanan eninə qısalmanı əvvəlcə orta oxboyu büzülmə deformasiyasına, sonra eyni ümumi qısalmanı yaradacaq ekvivalent temperatur fərqinə çevirərək qaynaq təsirinin böyük miqyaslı sonlu element modelinə sadə temperatur yükü şəklində tətbiq edilməsini təmin edən metoddur; alınan temperatur real qaynaq istilik dövrü deyil.

Tənlik (27): ekvivalent büzülmə deformasiyası

\[ \varepsilon_{\mathrm{eq}}= \frac{\Delta u}{L} \tag{27} \]

\(\Delta u\), qaynaq səbəbilə iki uc arasındakı nisbi qısalma fərqidir və tədqiqatda müsbət kəmiyyət kimi təyin edilir; \(L\) element uzunluğudur. Kiçik deformasiya fərziyyəsi altında uzunluğa bölmə ümumi qısalmanı orta oxboyu deformasiyaya çevirir.

Tənlik (28): temperatur dəyişməsinin istilik deformasiyası

\[ \varepsilon_{\mathrm{th}}= \int_{T_0}^{T_{\mathrm{eq}}} \alpha(\theta)\,d\theta \tag{28} \]

\(\alpha(T)\), temperaturdan asılı xətti istilik genişlənmə əmsalı; \(T_0\) mühit/istinad temperaturu; \(T_{\mathrm{eq}}\) ekvivalent temperaturdur. Bu inteqral temperatur aralığı boyunca dəyişən genişlənmə əmsalının ümumi təsirini nəzərə alır.

Tənlik (29) və (30): deformasiya ekvivalentliyi

\[ \varepsilon_{\mathrm{th}}= \varepsilon_{\mathrm{eq}} \tag{29} \]

\[ \int_{T_0}^{T_{\mathrm{eq}}} \alpha(\theta)\,d\theta = \frac{\Delta u}{L} \tag{30} \]

Buradakı ekvivalentlik real qaynaq temperatur sahəsinin eyni olduğu demək deyil. Yalnız hədəflənən ümumi oxboyu büzülmə kəmiyyəti ilə istilik qısalması kəmiyyəti uyğunlaşdırılır.

Sabit istilik genişlənmə əmsalı yanaşması

Müvafiq temperatur aralığında \(\alpha\) təxminən sabit qəbul edilərsə:

\[ \alpha(T_{\mathrm{eq}}-T_0) = \frac{\Delta u}{L} \tag{31} \]

Ekvivalent effektiv uzunluq \(L_{\mathrm{eq}}\) istifadə edildikdə:

\[ T_{\mathrm{eq}} = T_0+ \frac{\Delta u} {\alpha L_{\mathrm{eq}}} \tag{32} \]

Mənbə Q355B-nin müvafiq diapazondakı istilik genişlənmə əmsalı dəyişməsinin bu sadələşdirmə üçün kifayət qədər kiçik olduğunu qəbul edərək sonrakı hesablamalarda Tənlik (32)-dən istifadə etmişdir.

Kompakt büzülmə funksiyası temperatur yükünə necə bağlanır?

\(\tilde{B}_H=\Delta u\) qəbul edilərsə:

\[ \Delta T_{\mathrm{eq}}= \frac{ 2.694 \left(\dfrac{L}{h}\right)^{-0.650} \left(\dfrac{d_f}{d_w}\right)^{3.186} \left(\dfrac{b_f}{h}\right)^{2.281} }{ \alpha L_{\mathrm{eq}} } \tag{33} \]

Ekvivalent effektiv uzunluq bütün tir uzunluğuna bərabər, \(L_{\mathrm{eq}}=L\), seçildikdə:

\[ T_{\mathrm{eq}} = T_0+ \frac{2.694}{\alpha} \left(\frac{d_f}{d_w}\right)^{3.186} \left(\frac{b_f}{h}\right)^{2.281} \frac{h^{0.650}}{L^{1.650}} \tag{34} \]

Bu formula real qaynaq zamanı poladın bu vahid temperatura çatdığını demir. Yüksək başlanğıc temperaturu model elementinə tətbiq edilir və elementin istinad temperaturuna doğru istilik qısalması real qaynaqdan yaranan ümumi büzülmə təsirinin əvəzinə istifadə olunan ekvivalent dolayı yük rolunu oynayır.

15 H-tir modelinə tətbiq edilən ekvivalent temperaturlar

Ekvivalent temperatur modelində kəsik büzülməsi necə hesablandı?

Ekvivalent yük tətbiq edildikdən sonra üst başlıq, alt başlıq və gövdənin orta büzülmələri ayrıca çıxarılmış və real polad sahələrinə görə birləşdirilmişdir:

\[ B_{H,\mathrm{eq}} = \frac{ A_fB_{\mathrm{top,eq}} + A_fB_{\mathrm{bot,eq}} + A_wB_{\mathrm{web,eq}} }{ 2A_f+A_w } \tag{35} \]

Bu sahə çəkisi H-kəsikdəki boş sahələrin səhvən ortalamaya daxil edilməsinin qarşısını alır. Böyük başlıq və ya gövdə sahəsi bütün kəsik büzülməsində daha çox çəki daşıyır.

H-tir yoxlama metrikləri

Qatlı birbaşa funksiya MAE və RMSE baxımından ekvivalent temperatur tətbiqindən bir qədər aşağı xəta vermişdir. Buna qarşılıq ekvivalent dolayı təsir metodunun MAPE və Pearson korrelyasiyası bir qədər daha yaxşıdır. Müəlliflərin mühəndislik əsaslandırması budur ki, ekvivalent metod yalnız bir ədəd proqnozlaşdırmaq əvəzinə büzülmə təsirini birbaşa böyük sonlu element konstruksiyasına yük kimi ötürə bilir.

Cədvəldəki qatlı model qiymətləri bütün nümunələrdən istifadə edilərək kalibrə edilmiş əmsalların birbaşa proqnoz xətalarıdır. Qatlı modelin görülməmiş nümunəyə qarşı ümumiləşdirmə performansı üçün əsas qiymətlər LOOCV nəticələri olan RMSE 0,2855 mm, MAE 0,2424 mm və maksimum mütləq xəta 0,5123 mm-dir.

Böyük kəsik sərhədində xəta niyə artdı?

Model 1–12-də nisbi xətaların çoxu %10 daxilində qaldığı halda, Model 13, 14 və 15 üçün ekvivalent dolayı təsir metodunun nisbi xətaları müvafiq olaraq %19,91, %13,63 və %40,85 kimi bildirilmişdir.

Bu üç model kalibrləmə sahəsinin böyük-kəsik yuxarı sərhədindədir. Mənbə üç mümkün səbəbi müzakirə edir: kəsik hündürlüyü, başlıq eni və plitə qalınlıqlarının eyni vaxtda yuxarı sərhədə yaxınlaşması səbəbilə parametr fəzasındakı sərhəd təsiri; böyük kəsikdə uc-səth büzülməsinin daha çox məkan qeyri-müntəzəmliyi göstərməsi; bəzi istinad büzülmə qiymətlərinin kiçik olması səbəbilə nisbi xətanın böyüməsi.

Buna görə tədqiqat böyük kəsik sərhədində birbaşa büzülmə funksiyasının əsas proqnoz kimi istifadəsini, ekvivalent temperaturun isə təxmini konstruktiv yük təmsili kimi qiymətləndirilməsini tövsiyə edir. Daha yüksək dəqiqlik tələb olunarsa böyük-kəsik sərhədinə əlavə kalibrləmə nümunələrinin əlavə edilməsi və ya başlıq və gövdə bölgələrinə regional olaraq fərqli ekvivalent yüklərin tətbiqi tövsiyə olunur.

Tor həssaslığı niyə ayrıca araşdırıldı?

Ekvivalent metod sürətli olmaq üçün hazırlanmışdır; lakin sonlu element torunun həddən artıq kobud olması nəticəni dəyişə bilər. Eyni kəsiyə, lakin 1, 2 və 3 m uzunluqlara malik Model 4–6; 0,01–0,50 m arasındakı müxtəlif tor ölçüləri ilə araşdırılmışdır.

0,01 m tor nəticəsi ədədi istinad kimi götürülmüşdür. Mənbəyə görə 0,03–0,05 m aralığında nəticələr ümumilikdə sabitləşmişdir. 0,04 m torun üç model üçün 0,01 m istinada görə orta nisbi xətası yalnız %0,052; 0,05 m torun orta nisbi xətası %0,279-dur.

0,05 m torda orta ümumi hesablama müddəti yalnız 22,67 saniyə olmuş və 0,01 m tora görə orta 12,31 dəfə sürətlənmə təmin edilmişdir. Buna görə sürətli oxşar H-tir təhlilləri üçün təxminən 0,05 m; daha ətraflı müqayisə və ya sabitlik yoxlaması üçün 0,03–0,04 m tor tövsiyə edilmişdir.

Maraqlıdır ki, 0,50 m kimi çox kobud tor real istinad büzülməsi \(B_H\)-a qarşı bəzi daha incə torlardan daha aşağı orta xəta vermişdir. Müəlliflər bunu daha yaxşı tor yaxınlaşması kimi şərh etmirlər. Bu vəziyyət ekvivalent metod xətası ilə tor diskretləşdirmə xətasının qismən bir-birini kompensasiya etməsi ilə izah olunmuşdur. Buna görə “istinada daha yaxın nəticə verdi” təkbaşına “daha düzgün tor” demək deyil.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Metodun mərhələli yoxlama məntiqi

1. 10 keçidli ətraflı termo-elasto-plastik model üç birləşdirmə sxeminin seçilməsi üçün yüksək dəqiqlikli ədədi istinad kimi istifadə edildi.
2. Birləşdirilmiş sxemlər qalıq gərginlik, məhdudiyyət götürüldükdən sonrakı gərginliyin yenidən paylanması, qalıq deformasiya və hesablama müddəti üzrə müqayisə edildi.
3. Tarazlaşdırılmış üç keçidli sxem plitə parametrik modellərinin əsas qaynaq həlli kimi istifadə edildi.
4. Üfüqi və şaquli plitə modellərindən ikinci dərəcəli büzülmə cavab səthləri quruldu.
5. Plitə funksiyaları H-tir üçün başlanğıc baza yaratdı; H-kəsiyin həndəsi əlaqələnməsi ayrıca düzəliş termini ilə əlavə edildi.
6. Laylı model LOOCV ilə qiymətləndirildi.
7. H-tir büzülməsi kompakt ölçüsüz qüvvət qanununa çevrildi.
8. Kompakt büzülmə ekvivalent temperatur yükünə çevrildi.
9. Ekvivalent yük 15 H-tir sonlu element modelində ətraflı termo-elasto-plastik istinad büzülmələrinə qarşı doğrulandı.
10. Tor həssaslığı araşdırıldı.
11. Son mərhələdə metod real superhündür binanın xarici çərçivəsində tətbiq edilərək sahə yerdəyişmə monitorinqi ilə makroskopik miqyasda müqayisə edildi.

Sahə tətbiqi: Tianjin Zhonghai City Plaza

Mühəndislik tətbiqi Tianjin Zhonghai City Plaza əsas qülləsinin 19-cu seqmentinin cənub tərəfindəki xarici çərçivədə həyata keçirilmişdir. Doğrulamanın məqsədi qaynaq tikişi ətrafındakı yerli temperaturu və ya qaynaq vannasının davranışını yenidən yaratmaq deyil, çoxsaylı qaynaq birləşmələrinin yığılan eninə büzülməsinin konstruksiya miqyasındakı deformasiyasını tutmaqdır.

Mənbə seçilmiş xarici çərçivədə cəmi 240 qaynaqlı kəsik olduğunu və ətraflı yanaşmanın birləşdirilmiş keçid strategiyası istifadə edilsə belə bütün konstruksiya üçün 2160 qaynaq keçidi həllini tələb edəcəyini bildirir. Buna görə konstruksiya miqyasında ekvivalent dolayı təsir metodu istifadə edilmişdir.

Konstruktiv modeldə iki fərqli ekvivalent effektiv uzunluq

B ilə K sütunları arasındakı daxili qaynaqlı tir seqmentləri üçün effektiv uzunluq tir uzunluğunun yarısı ilə bir sütun kronşteyninin uzunluğunun cəmi götürülərək 2,1 m seçilmişdir. 30 °C mühit temperaturunda buna uyğun ekvivalent temperatur 88,75 °C-dir.

A–B və K–L arasındakı yan qaynaq kəsiklərində effektiv uzunluq 1,8 m, ekvivalent temperatur isə 103,06 °C hesablanmışdır. Beləliklə kənar və daxili hissələrin həndəsi töhfələri eyni temperaturla təmsil edilməmişdir.

Element doğum-ölüm metodu ilə qaynaq ardıcıllığı necə təmsil edildi?

Konstruktiv hesablama xərcini azaltmaq üçün element doğum-ölüm texnikasından istifadə edilmişdir. Qaynaqdan əvvəl ekvivalent effektiv uzunluq daxilindəki müvafiq tir seqmentləri passivləşdirilmiş, qaynaqlı kəsiyin tikinti mərhələsi gəldikdə bu seqmentlər aktivləşdirilmiş və uyğun ekvivalent temperatur başlanğıc temperatur kimi tətbiq edilmişdir. Seqment istinad temperaturuna doğru qısalarkən qaynaq birləşməsinin ekvivalent büzülmə təsiri konstruksiyaya ötürülmüşdür.

Bu metod real qaynaq vannasını və ya hərəkət edən istilik mənbəyini konstruksiya miqyasında yenidən yaratmır. Məqsəd yüzlərlə qaynaq birləşməsinin tikinti ardıcıllığından asılı kumulyativ həndəsi təsirini qənaətli şəkildə modelə ötürməkdir.

Sahə yerdəyişməsi necə ölçüldü?

Sahə ölçməsində BeiDou GNSS ilə prizma əsaslı yerdəyişmə monitorinqi birlikdə istifadə edilmişdir. Cənub xarici çərçivədəki A–L sütunlarının başına monitorinq nöqtələri yerləşdirilmiş, binadan kənarda iki GNSS istinad nöqtəsi qurulmuş və yüksək səviyyəli iş səthinə köçürülən nəzarət nöqtələri ilə eyni vaxtda prizma müşahidələri aparılmışdır.

Monitorinq sistemi hər nöqtənin üçölçülü koordinatlarını qeydə almış; yerdəyişmə artımları ölçülən koordinatların başlanğıc koordinatları ilə müqayisəsi yolu ilə əldə edilmişdir.

Sahə nöqtələri ilə sonlu element nəticələrinin çıxarıldığı koordinatlar fəzada tam üst-üstə düşmədiyi üçün iş hər nöqtənin dəqiq yerli yerdəyişməsini bir-bir uyğunlaşdırmaqdan çox, qaynaq büzülməsinin ümumi böyüklüyünü və məkan üzrə paylanma nümunəsini qiymətləndirmişdir.

Məkan üzrə paylanmada A, B, C, J, K və L sütunlarının üst ofsetləri nisbətən yüksək; G, H və I sütunlarının aşağı; D, E və F sütunlarının isə aralıq səviyyədə olduğu müəyyən edilmişdir. Simulyasiya eyni ümumi sıralama nümunəsini məqbul şəkildə yenidən yaratmışdır.

Müəlliflər simulyasiya ilə ölçmə arasında qalan fərqləri sonlu element sərhəd şərtlərinin və məhdudiyyətlərin sadələşdirilməsi, müvəqqəti dayaqlar, sahə montaj şərtləri, elementlərin ilkin montaj sapmaları və real qaynaq istilik girişinin məkan üzrə tam vahid olmaması kimi amillərlə əlaqələndirirlər.

MAE, RMSE, MAPE, Pearson R və R² nəyi göstərir?

MAE proqnozla istinad arasındakı mütləq fərqlərin ortalamasını ölçür və burada mm və ya MPa vahidi daşıyır. RMSE xətaları kvadrata yüksəldərək birləşdirdiyi üçün böyük sapmalara MAE-dən daha çox çəki verir. MAPE xətanı istinad böyüklüyünə nəzərən faiz şəklində ifadə edir. Pearson R iki məlumat sırasının birlikdə artıb-azalma meylinin xətti uyğunluğunu; R² isə modelin istinad dəyişkənliyinin nə qədərini izah edə bildiyini ölçür.

Bu metriklərin heç biri təkbaşına “model fiziki baxımdan tamdır” demək deyil. Məsələn, yüksək korrelyasiya mütləq xətanın sıfır olduğunu göstərmir; aşağı orta xəta da modelin yerli qaynaq temperatur tarixçəsini düzgün yenidən yaratdığını sübut etmir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Tarazlaşdırılmış üç keçidli birləşdirmə sxemi araşdırılan 24 mm Q355B plitə problemində orijinal 10-keçidli modelin əsas qalıq gərginlik və deformasiya davranışını digər iki birləşdirmə sxemindən daha yaxşı qoruyaraq hesablama müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmışdır.
• Plitənin eninə büzülməsi mənbədə araşdırılan həndəsə aralığında ikinci dərəcəli cavab səthi funksiyaları ilə təmsil edilə bilmişdir.
• Plitə qalınlığı və qaynaq istiqamətinə perpendikulyar eninə uzunluq araşdırılan aralıqda plitə büzülməsinin dominant həndəsi dəyişənləridir.
• H-tir büzülməsi yalnız iki başlıq və bir gövdə plitəsinin büzülməsini xətti şəkildə toplamaqla kifayət qədər dəqiq təmsil edilməmişdir.
• L/h, d_f/d_w və b_f/h ölçüsüz nisbətlərindən istifadə edən həndəsi əlaqələnmə düzəlişi laylı modelin dəqiqliyini artırmışdır.
• Laylı funksiya LOOCV-də RMSE 0,2855 mm, MAE 0,2424 mm və maksimum mütləq xəta 0,5123 mm vermişdir.
• Ekvivalent temperatur yanaşması H-tir büzülmə meylini sonlu element modeli daxilində qoruya bilmiş və konstruksiya miqyaslı sürətli yükləmə forması təmin etmişdir.
• 0,03–0,05 m tor aralığında ekvivalent metodun nəticələri ümumilikdə sabit tapılmış; təxminən 0,05 m tor sürətli analiz üçün tövsiyə edilmişdir.
• Tianjin Zhonghai City Plaza sahə tətbiqində simulyasiya edilmiş və monitorinq edilmiş sütun başı ofsetləri ümumi böyüklük və məkan meyli baxımından uyğunluq göstərmişdir.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Metod bütün polad sinifləri, bütün qaynaq prosesləri və bütün birləşmə həndəsələri üçün universal büzülmə düsturu deyil.
• Əmsallar 40 mm-dən qalın plitələrə birbaşa ekstrapolyasiya edilməməlidir.
• Ekvivalent temperatur real qaynaq temperaturu və ya real qaynaq istilik çevrimi deyil.
• Ekvivalent metod qaynaq vannasının formasını, soyuma sürətini və ya hər bir keçidin yerli temperatur tarixçəsini yenidən yaratmır.
• Tədqiqat bucaq deformasiyası üçün ümumi proqnoz modeli təqdim etmir.
• Tədqiqat uzununa qaynaq büzülməsi üçün ümumi proqnoz modeli təqdim etmir.
• Yerli qalıq gərginlik pikləri ekvivalent dolayı metodun əsas proqnoz hədəfi deyil.
• Qaynaq metalı və HAZ üçün ayrıca ətraflı metallurji material modelləri istifadə edilmədiyindən yerli qırılma və ya mikrostruktur davranışı bu modeldən çıxarıla bilməz.
• Sahə doğrulaması hər monitorinq nöqtəsinin tam eyni koordinatdakı FE düyünü ilə bir-bir müqayisəsi deyil.
• Sahə müqayisəsi real konstruksiyanın bütün montaj sapmalarının yalnız qaynaq büzülməsindən qaynaqlandığını sübut etmir.

Tətbiq edilə bilmə sərhədləri

Polad sinfi, qaynaq prosesi, istilik girişi, ağız forması, kök aralığı, plitə qalınlığı, kəsik həndəsəsi və ya məhdudiyyət şərti əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdikdə mənbə mövcud əmsalların birbaşa istifadəsini deyil, yeni termo-elasto-plastik simulyasiyalar, eksperimental ölçmələr və ya sahə məlumatları ilə yenidən kalibrləmə aparılmasını tövsiyə edir.

Tədqiqatın güclü tərəfi

Tədqiqatın güclü tərəflərindən biri yalnız sürətli empirik tənlik təklif etməməsi, sadələşdirməni ətraflı sonlu element modelinə bağlayan çoxqatlı doğrulama zənciri qurmasıdır. Seçilmiş keçid modeli ətraflı 10-keçidli modellə; H-tir funksiyası büzülmə istinadları və LOOCV ilə; ekvivalent temperatur metodu termo-elasto-plastik H-tir modelləri ilə; konstruksiya miqyasındakı nəticə isə sahə monitorinqi ilə qiymətləndirilmişdir.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətləri

İstilik mənbəyinin kalibrlənməsində 24 mm plitə üçün termocüt əsaslı istilik çevrimi doğrulaması yoxdur. Qaynaq metalı və əsas metal eyni temperaturdan asılı material xüsusiyyətləri ilə modelləşdirilmişdir. Metodun əmsalları müəyyən material, qaynaq ağzı, istilik girişi və güclü məhdudlaşdırma şərtləri üçün kalibrlənmişdir. Böyük kəsik parametr sərhədində ekvivalent temperatur yanaşmasının xətası artır. Sahə doğrulamasında ölçmə nöqtələri ilə model çıxarış koordinatları tam eyni deyil.

Bundan əlavə metod eninə büzülməyə fokuslanır. Bucaq deformasiyası, uzununa büzülmə, yerli qalıq gərginlik pikləri, mikrostruktur təkamül və qaynaqdan kənar tikinti/montaj xəta yığılması ayrıca problemlər olaraq qalır.

Mənbə daxilində notasiya və şərh xəbərdarlıqları

Mənbə və Metod Qeydi

Özgün çalışma: Predicting Welding-Induced Transverse Shrinkage in H-Shaped Steel Beams Using a Merged Weld-Pass-Shrinkage Function-Equivalent Indirect Action Framework

Müəlliflər və sıra: Mai Wu; Meng Zhao; Yilong Yu; Yulong Jiang; Jiatong Wang; Yansheng Du; Peng Li; Xin Zhao.

Bərabər töhfə: Mənbə məqalədə bərabər birinci müəllif və ya bərabər töhfə bəyanı yoxdur.

Məsul müəllif: Xin Zhao.

Qurum 1: School of Civil and Transportation Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China.

Qurum 2: China State Construction Hongda Engineering Co., Ltd., Beijing 100125, China.

Qurum 3: China Construction Steel Structure Co., Ltd., Shenzhen 518118, China.

Qurum 4: School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China.

Jurnal: Buildings.

Nəşriyyat: MDPI.

İl / cild / nömrə / məqalə nömrəsi: 2026; 16(14); 2842.

DOI: 10.3390/buildings16142842.

Təqdim tarixi: 30 Mayıs 2026.

Reviziya tarixi: 5 Temmuz 2026.

Qəbul tarixi: 8 Temmuz 2026.

Nəşr tarixi: 16 Temmuz 2026.

Mənbə növü: Özgün mühəndislik tədqiqatı; termo-elasto-plastik sonlu element simulyasiyasını, cavab səthi/reqressiya modelləşdirməsini, ekvivalent konstruktiv yükləməni və sahə yerdəyişmə doğrulamasını birləşdirir.

Rəyçilik statusu: Rəyli jurnalda nəşr edilmiş məqalə.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY) açıq giriş lisenziyası.

Rəsmi nəşr qeydi: MDPI, Buildings 16(14), 2842; DOI vasitəsilə əlçatandır.

Əsas proqram təminatı və hesablama metodu: Temperaturdan asılı Q355B xüsusiyyətlərinin yaradılmasında JMatPro; keçici temperatur və gərginlik/deformasiya həllərində Abaqus istifadə edilmişdir. Mənbə müəyyən Abaqus versiyasını və ya hesablama avadanlığını bildirmir.

FE əlaqələndirmə yanaşması: Dolayı termo-mexaniki əlaqələndirmə; əvvəlcə temperatur sahəsi həll edilmiş, temperatur tarixçəsi daha sonra mexaniki gərginlik/deformasiya modelinə yük kimi ötürülmüşdür.

İstilik mənbəyi: Ölçülmüş/tənzimlənmiş qaynaq həndəsəsinə görə kalibrlənmiş Goldak ikiqat ellipsoidal istilik mənbəyi. 24 mm istinad plitəsi üçün termocüt əsaslı istilik çevrimi doğrulaması yoxdur.

Reqressiya dizaynı: Plitə səviyyəsində üç faktorlu, üç səviyyəli, 15 nöqtəli face-centered central composite design; H-tir səviyyəsində beş təmsilçi kəsik × üç uzunluq = 15 model.

Model doğrulaması: Qaynaq keçidi birləşdirmə modeli orijinal 10-keçidli termo-elasto-plastik modelə; laylı funksiya LOOCV-yə; ekvivalent dolayı təsir ətraflı H-tir istinad büzülmələrinə; konstruksiya miqyaslı tətbiq isə sahə sütun başı yerdəyişmə monitorinqinə qarşı qiymətləndirilmişdir.

Sahə monitorinq sistemi: BeiDou GNSS + prizma əsaslı üçölçülü yerdəyişmə monitorinqi.

Maliyyələşmə: Tədqiqatçılar işin xarici maliyyələşmə almadığını; məqalə emal haqqının müəlliflər tərəfindən ödənildiyini bildirmişdir.

Məlumatların əlçatanlığı: Məlumatlar məsul müəllifdən sorğu əsasında əldə edilə bilər. Mənbə sonlu element fayllarının böyük ölçüsü və konkret mühəndislik konstruksiyasına aid təfərrüatların xüsusi/proprietary xarakteri səbəbindən məlumatların ictimaiyyətə açıq olmadığını bildirir.

Maraqlar toqquşması: Yilong Yu və Yulong Jiang China State Construction Hongda Engineering Co., Ltd.; Jiatong Wang və Peng Li China Construction Steel Structure Co., Ltd. daxilində çalışırlar. Digər müəlliflər kommersiya və ya maliyyə maraqlar toqquşması yarada biləcək münasibətlərin olmadığını bəyan etmişlər.

Müəllif töhfələri: Konseptuallaşdırma Mai Wu, Meng Zhao və Xin Zhao; metodologiya Mai Wu, Meng Zhao və Xin Zhao; proqram təminatı, doğrulama və formal analiz Meng Zhao; araşdırma Meng Zhao, Yilong Yu, Yulong Jiang, Jiatong Wang və Peng Li; resurslar Mai Wu, Xin Zhao, Yilong Yu, Yulong Jiang, Jiatong Wang və Peng Li; məlumat kurasiyası Meng Zhao; ilkin qaralama Meng Zhao; nəzərdən keçirmə və redaktə Mai Wu, Xin Zhao və Yansheng Du; vizuallaşdırma Meng Zhao; nəzarət və layihə idarəetməsi Mai Wu və Xin Zhao tərəfindən həyata keçirilmişdir.

Əsas şərh sərhədi: Metodun ümumi dəyəri yalnız nəşr edilmiş əmsallarda deyil, “ətraflı qaynaq modeli → plitə büzülmə bazası → H-kəsik həndəsi düzəlişi → ekvivalent temperatur → konstruksiya miqyası” kalibrləmə marşrutundadır. Material, qaynaq prosesi, ağız, kök aralığı, kəsik və ya məhdudiyyət şərtləri əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdikdə əmsallar yenidən kalibrlənməlidir.