Чаҳорчӯбаи муттаҳидаи гузариши кафшер–функсияи кашиш–таъсири ғайримустақими эквивалентӣ як усули бисёрмарҳилаи муҳандисӣ аст, ки кашиши арзии аз кафшери кундалангии бисёргузариш дар болорҳои пӯлодии H-шакл ба вуҷудомадаро аввал аз натиҷаҳои муфассали унсурҳои ниҳоии термо-эласто-пластикӣ меомӯзад ва сипас ин кашишро ба бори ҳароратии эквивалентӣ табдил медиҳад, ки ба моделҳои калонтари конструктивии унсурҳои ниҳоӣ татбиқшаванда аст. Таҳқиқот барои пӯлоди Q355B, сими кафшерии ER50-6, кафшери камонии металлии бо гази муҳофизатии CO₂, кафшери кундалангии яктарафаи V-шакл ва маҳдудиятҳои сахти нӯгӣ таҳия шудааст.

Масъалаи аввалини таҳқиқот арзиши ҳисоббарорӣ мебошад. Модели лавҳаи истинодии 24 mm ғафсӣ дар манбаъ ибтидо бо 10 гузариши ҷудогонаи кафшер ҳал карда шудааст. Таҳқиқотчиён се схемаеро муқоиса кардаанд, ки ин моделро ба чор, се ва ду гузариши муттаҳидшуда коҳиш медиҳанд. Схемаи мувозинатноки се гузариш рафтори шиддати боқимонда ва деформатсияи боқимондаро нисбат ба вариантҳои дигари соддашуда беҳтар нигоҳ дошта, вақти умумии ҳисобро аз 18,863 соат ба 5,528 соат коҳиш додааст; дар манбаъ ин ҳамчун %70,69 коҳиши вақт ва 3,41 маротиба тезшавӣ гузориш шудааст.

Дар марҳилаи дуюм барои лавҳаҳо дар мавқеъҳои кафшерии уфуқӣ ва амудӣ функсияҳои сатҳи ҷавобии дараҷаи дуюм сохта шуданд, ки ғафсии лавҳа, дарозии арзии перпендикуляр ба самти кафшер ва дарозии тӯлонӣ дар самти кафшерро истифода мебаранд. Ду рафи H-болор ва девораи он аввал бо ин функсияҳои лавҳа ифода шуда, сипас пайвастшавии иловагии геометрие, ки аз рафтори H-буриш ҳамчун як воҳиди том ба вуҷуд меояд, бо узви ислоҳӣ моделсозӣ шудааст. Натиҷаҳои leave-one-out cross-validation (LOOCV)-и модели ниҳоии қабатӣ RMSE 0,2855 mm, MAE 0,2424 mm ва хатои максималии мутлақ 0,5123 mm мебошанд.

Дар марҳилаи сеюм кашиши арзии пешгӯишуда тавассути деформатсияи меҳварии эквивалентӣ ба бори ҳароратии эквивалентӣ табдил дода шудааст. Ин ҳарорат ҳарорати воқеии кафшер нест ва таърихи ҳароратии ҳавзи кафшерро ифода намекунад. Ҳадаф татбиқ кардани таъсири умумии кашиши аз кафшер ба вуҷудомада ба конструксия дар моделҳои калони конструктивии унсурҳои ниҳоӣ мебошад, бе он ки тамоми ҷузъиёти муваққатии термо-механикии раванди воқеии кафшер аз нав ҳал карда шавад.

Ҳангоми санҷиши усули таъсири ғайримустақими эквивалентӣ дар моделҳои унсурҳои ниҳоии H-болор MAE 0,1883 mm, RMSE 0,2713 mm, MAPE %9,2685, коэффисиенти коррелятсияи Pearson 0,9730 ва R² 0,9042 ба даст омадааст. Сипас усул ба чаҳорчӯбаи берунии ҷанубии сегменти 19-уми бурҷи асосии Tianjin Zhonghai City Plaza татбиқ шуда, тақсимоти офсети болоии моделшуда ва дар саҳро назоратшудаи 12 сутун муқоиса гардид.

Дар татбиқи саҳроӣ офсети миёнаи моделшудаи болои сутун 5,592 mm, миёнаи назоратшуда 5,964 mm гузориш шудааст ва миёнаи моделсозӣ аз андозагирӣ %6,22 пасттар мондааст. Дар муқоисаи саҳроӣ MAE 0,518 mm, RMSE 0,602 mm, хатои максималии мутлақ 1,046 mm, коэффисиенти коррелятсияи хаттӣ 0,836 ва R² 0,700 мебошанд.

Ин натиҷаҳо маънои онро надоранд, ки усул ҳамаи деформатсияҳои кафшериро пешгӯӣ мекунад. Таҳқиқот махсусан кашиши арзӣ ва таъсири деформатсияи конструктивии дар миқёси калон ҷамъшавандаи онро ҳадаф қарор медиҳад. Деформатсияи кунҷӣ, кашиши тӯлонӣ, таърихи муфассали ҳарорати ҳавзи кафшер, қиматҳои қуллаи шиддати боқимондаи маҳаллӣ ва тағйироти микросохторӣ ҳадафҳои мустақими пешгӯии ин усули зуд нестанд.

Масъалаи асосии муҳандисии таҳқиқот

Дар конструксияҳои пӯлодӣ кафшери бисёргузариш минтақаи кафшерро то ҳарорати хеле баланд мебардорад, дар ҳоле ки маводи атроф ҳамзамон сардтар мемонад. Ин майдони ҳароратии нобаробар аз ҳисоби васеъшавии ҳароратӣ, деформатсияи пластикӣ, кашиш ҳангоми сардшавӣ ва маҳдудиятҳо шиддати боқимонда ва деформатсияи геометрии доимиро ба вуҷуд меорад. Дар болорҳои H-шакл кашиши арзӣ дар самти перпендикуляр ба дарзи кафшер метавонад боиси дуршавии меҳварҳои унсурҳо, тағйири фосилаҳои пайваст, ҷамъшавии таҳаммулҳои васлкунӣ ва каҷшавии геометрияи ниҳоӣ дар чаҳорчӯбаҳои пӯлодии бисёрунсурӣ гардад.

Равиши унсурҳои ниҳоии термо-эласто-пластикӣ, ки раванди кафшерро бо тафсилоти бештар ифода мекунад, метавонад манбаи ҳаракаткунандаи гармӣ, хосиятҳои вобаста ба ҳарорати мавод, майдони муваққатии ҳарорат, деформатсияи пластикӣ, инкишофи шиддат ва деформатсияи доимии пас аз сардшавиро якҷоя ҳал кунад. Аммо барои конструксияҳои калони дорои гузаришҳои зиёд ин равиш шабакаи майда, қадамҳои хурди вақт, фаъолсозии такрории унсурҳо ва таърифи ҷудогонаи боргузории гармиро барои ҳар як гузариши кафшер талаб мекунад.

Аз ин рӯ, таҳқиқотчиён кӯшиш кардаанд се масъалаи ҷудогонаро якҷоя ҳал кунанд: содда кардани кафшери бисёргузариш бе ба вуҷуд овардани арзиши аз ҳад зиёди ҳисоббарорӣ; ҳангоми гузариш аз лавҳа ба тамоми H-буриш аз даст надодани пайвастшавии рафу девор; ва табдил додани қимати кашиши ёфтшуда ба бори оддии конструктивие, ки ба модели калони чаҳорчӯбаи пӯлодӣ татбиқ карда мешавад.

Кашиши Арзии Аз Кафшер Баамаломада дар Болорҳои Пӯлодии H-Шакл Чист?

Кашиши арзии аз кафшер баамаломада камшавии андозаи унсур дар самти перпендикуляр ба самти кафшер аст, ки аз ҷамъ шудани деформатсияи пластикии доимӣ дар минтақаи кафшер дар охири даври гармшавӣ ва сардшавӣ ба вуҷуд меояд; дар ин таҳқиқот кашишҳои маҳаллӣ дар минтақаҳои рафи болоӣ, рафи поёнӣ ва девораи H-буриш бо вазндиҳии масоҳатӣ мувофиқи масоҳати воқеии буриши пӯлод муттаҳид карда шуда, як қимати ягонаи кашиши сатҳи нӯгӣ, ки тамоми буришро ифода мекунад, ҳосил шудааст.

Занҷири пурраи ҳисоббарории таҳқиқот

Лавҳаи истинодии 24 mm ва шартҳои сарҳадӣ

Барои интихоби стратегияи муттаҳидсозии гузаришҳои кафшер пайвасти кундалангии яктарафаи V-шакли аз ду лавҳаи Q355B таркибёфта моделсозӣ шудааст. Ғафсии лавҳа 24 mm аст. Як лавҳа призмаи росткунҷа бо дарозии 100 mm ва паҳноии 200 mm мебошад. Дарозии канори поёнӣ байни канори берунии ҳамвори лавҳаи дигар ва тарафи V-шакл 94 mm аст. Байни лавҳаҳо фосилаи решаи 6 mm, сатҳи решаи 2 mm ва кунҷи шикофи 45° мавҷуд аст.

Ба ду нӯги модел барои пешгирии ҳаракати умумии ҷисми сахт ва тақрибан ифода кардани маҳдудиятҳои сахти нӯгӣ дар муҳандисӣ як такягоҳи шарнирии лағжанда ва як такягоҳи шарнирии собит татбиқ шудааст. Ҳарорати ибтидоӣ ва муҳит барои ифодаи муҳити берунии тобистона 30 °C аст. Ба ҳамаи сатҳҳои кушода коэффисиенти конвексияи 50 W·m⁻²·°C⁻¹ ва коэффисиенти эмиссияи сатҳии 0,85 татбиқ шудааст.

Раванди кафшер кафшери камонии металлии бо гази муҳофизатии CO₂ мебошад. Сими кафшер ER50-6 ва диаметри сим 1,2 mm аст. Барои металли кафшер модели алоҳидаи вобаста ба ҳарорат истифода нашудааст; ба металли кафшери гузошташуда ҳамон хосиятҳои термо-механикии вобаста ба ҳарорат дода шудаанд, ки барои металли асосии Q355B истифода мешаванд. Таҳқиқотчиён ошкоро мегӯянд, ки ин танҳо як соддасозии муҳандисӣ барои ҳадафи кашиши умумии арзӣ ва деформатсияи миқёси конструктивӣ мебошад.

Хосиятҳои маҳаллии шиддат–деформатсияи металли кафшер, минтақаи аз гармӣ таъсирдида ва металли асосӣ дар воқеият метавонанд фарқ кунанд. Аз ин рӯ, равиши таҳқиқот ҳангоми ҳадаф қарор додани қиматҳои қуллаи шиддати боқимондаи маҳаллӣ, рафтори шикаст ё хосиятҳои механикии минтақаи аз гармӣ таъсирдида ҳамчун ивазкунандаи кофӣ пешниҳод намешавад.

Таркиби химиявии пӯлоди Q355B

Ин таркиби химиявӣ ба нармафзори JMatPro ворид карда шуда, хосиятҳои термофизикӣ ва термо-механикии вобаста ба ҳарорати Q355B ҳисоб карда шудаанд. Таҳқиқотчиён инчунин ин қиматҳоро бо таҳқиқоти нашршудаи мавод барои лавҳаҳои ғафси синфи Q345GJ/Q355 ва пайвастҳои кафшершуда муқоиса кардаанд.

Хосиятҳои вобаста ба ҳарорати маводи Q355B

Манба таъсири табдили фазаи кафшерро ба майдони ҳарорат дар пешгӯии кашиши миқёси муҳандисии ин таҳқиқот нисбатан хурд ҳисоб карда, таъсири табдили фазаро сарфи назар кардааст. Ин фарзия набояд ба таҳлили маҳаллии металлургӣ умумӣ карда шавад.

Чаро Равиши Гузариши Муттаҳидаи Кафшер Истифода Шуд?

Равиши гузариши муттаҳидаи кафшер энергияи хаттии чанд гузариши воқеиро дар шумораи камтари гузаришҳои эквивалентӣ ҷамъ мекунад, то арзиши ҳал кардани ҳар як манбаи ҳаракаткунандаи гармии кафшери бисёргузариш алоҳида кам шавад; дар ин таҳқиқот ҳадаф аз нав сохтани дақиқи таърихи муваққатии ҳарорат нест, балки коҳиш додани вақти ҳисоб бо нигоҳ доштани кофии тақсимоти шиддати боқимонда ва деформатсияи арзӣ пас аз кафшери ниҳоӣ мебошад.

10 гузариши аслӣ ва се схемаи муттаҳидсозӣ

• Модели аслӣ: 10 гузариши ҷудогонаи кафшер.
• Схемаи 1 – чор гузариши зинавӣ: Гузариши 1 ҷудо монд; 2–3, 4–6 ва 7–10 ҳамчун гурӯҳҳои алоҳида муттаҳид шуданд.
• Схемаи 2 – се гузариши мувозинатнок: 1–3 гурӯҳи аввал; 4–5 бо 7–8 гурӯҳи дуюм; 6 бо 9–10 гурӯҳи сеюмро ташкил доданд.
• Схемаи 3 – ду гузариши зинавӣ: 1–3 ва 4–10 ҳамчун ду гурӯҳ ташкил шуданд.

Тақвияти кафшер, яъне қисми барҷастаи дарзи кафшер, ки аз сатҳи асосӣ болотар мемонад, барои содда кардани геометрияи моделҳои муттаҳидшуда ва татбиқи манбаи гармӣ сарфи назар карда шудааст.

Параметрҳои асосии раванди кафшер

Муодилаи (1): энергияи хаттии як гузариш

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

\(q\) вуруди гармӣ ба як воҳиди дарозии кафшер аст ва бо J/m ифода мешавад. \(\eta\) самаранокии ҳароратии кафшер, \(P\) қувваи кафшер, \(U\) шиддат, \(I\) ҷараён ва \(v\) суръати кафшер мебошанд. Аз ҷиҳати математикӣ, агар ҳамон энергияи электрӣ бо суръати пасттар ба масофаи кӯтоҳтар дода шавад, энергия ба як воҳиди дарозӣ зиёд мешавад.

Ёддошти аломатгузории дохили манбаъ: Муодилаи (1) \(P\)-ро ба \(UI\) баробар истифода мебарад. Аммо қимати 5312,5 W дар сутуни P-и Ҷадвали 3 ба 250×25=6250 W не, балки ба 0,85×250×25=5312,5 W баробар аст. Ҳамин ҳолат барои 5967 W низ дуруст аст. Аз ин рӯ, байни муодила ва истифодаи нишонаи “P” дар ҷадвал фарқи аломатгузорӣ вуҷуд дорад; Verianla ин фарқро хомӯшона аз нав таъриф накардааст.

Муодилаи (2): энергияи хаттии муттаҳидшуда

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

Энергияҳои хаттии \(n\) гузариши воқеии муттаҳидшаванда ҷамъ карда шуда, энергияи умумии хаттии гузариши эквивалентӣ \(q_n\) ба даст меояд. Ҳадафи асосӣ кам кардани шумораи гузаришҳо бе аз даст додани вуруди энергия аст.

Муодилаи (3): қувваи гузариши муттаҳидшуда

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

\(P_c\) қувваи гузариши муттаҳидшуда ва \(v_c\) суръати умумии кафшер барои ин гузариш аст. Ҳатто агар гузаришҳои воқеӣ суръатҳои гуногун дошта бошанд, аввал энергияи хаттии ҳар кадом муайян карда мешавад ва сипас энергияи умумӣ бо суръати умумии интихобшуда ба қувва табдил меёбад.

Нақши манбаи гармии дуэллипсоидии Goldak

Танҳо нигоҳ доштани энергияи умумии вуруди гармӣ кофӣ нест; агар энергия дар фазо нодуруст тақсим шавад, шакли ҳавзи кафшер ва минтақаи таъсири гармӣ метавонад тағйир ёбад. Аз ин рӯ, таҳқиқот параметрҳои меҳвари нимқисми пеш \(a_1\), меҳвари нимқисми пас \(a_2\), паҳноӣ \(b\) ва умқ \(c\)-и манбаи гармии дуэллипсоидии Goldak-ро мувофиқи геометрияи кафшер калибр кардааст.

Пас аз муттаҳидсозӣ контурҳои ҳавзи кафшер умуман минтақаи аслии пуркуниро фаро гирифтаанд, аммо баланд шудани ҳароратҳои қуллаи маҳаллӣ мушоҳида шудааст. Манбаъ инро бо мутамарказ шудани энергияи чанд гузариши воқеӣ дар шумораи камтари гузаришҳо ва заиф шудани сардшавии байни гузаришҳо шарҳ медиҳад.

Маҳдудияти санҷиш дар ин ҷо махсусан муҳим аст: барои намунаи лавҳаи 24 mm даврҳои ҳароратии кафшер, ки бо термопара чен шудаанд, мавҷуд нестанд. Калибркунии манбаи гармӣ калибркунии сатҳи муҳандисӣ аст, ки месанҷад геометрияи ҳавзи гудохта минтақаи асосии пуркуниро фаро мегирад ё не. Таҳқиқот даъво намекунад, ки таърихи маҳаллии муваққатии ҳарорат, суръати сардшавӣ ё таҳаввули ҳавзи кафшери ҳар як гузариши воқеиро таҷрибавӣ тасдиқ кардааст.

Тартиби ҳалли унсурҳои ниҳоӣ

Ҳисобҳо бо равиши пайвасткунии ғайримустақим анҷом дода шудаанд. Аввал майдони муваққатии ҳарорат дар Abaqus ҳисоб шуда, таърихи ҳарорати бадастомада ҳамчун бори ҳароратӣ ба модели механикии дорои ҳамон геометрия ва шартҳои сарҳадӣ интиқол дода шудааст ва сипас шиддати боқимонда ва деформатсияи боқимонда ҳал шудаанд.

Кафшер ва атрофи наздики он бо шабакаи майда ҷудо шуда, барои кам кардани арзиши ҳисоб ҳангоми гузариш ба минтақаҳои дигар стратегияи гузариши шабакаи 4-ба-2 истифода шудааст. Манбаъ барои ин модели аввалини муфассали кафшер версияи мушаххаси Abaqus, модели протсессор ё таҷҳизоти компютериро гузориш намекунад.

Чаро шиддати боқимонда ба ҷойи von Mises бо шиддати нормалии самтдор муқоиса шуд?

Шиддати von Mises барои арзёбии ҳолати ҷорӣшавӣ шиддати эквивалентии скалярии муфид аст; аммо кашиш ва фишор ё аломати шиддат дар самти мушаххасро бевосита нишон намедиҳад. Дар кашиши кафшер бошад, муҳим аст, ки минтақаҳои кашиш ва фишор нисбат ба самти кафшер дар куҷо пайдо мешаванд. Аз ин рӯ, таҳқиқот шиддати нормалии самтдорро дар хати марказии CD, ки ба самти кафшер перпендикуляр аст, ҳамчун меъёри муқоиса истифода кардааст.

RMSE₀ нишондиҳандаи иловагии хатост, ки барои арзёбии он истифода мешавад, ки пас аз бардоштани маҳдудияти лағжанда тақсимшавии дубораи шиддат нисбат ба модели аслии 10-гузариш то чӣ андоза хуб бозтавлид мешавад. Схемаи 2 ҳам дар тақсимоти статикии шиддати боқимонда ва ҳам дар посух ба озод кардани маҳдудият беҳтарин мувофиқати умумиро таъмин кардааст.

Муқоисаи деформатсияи боқимонда

Деформатсияи нӯги модели аслии 10-гузариш ҳангоми нигоҳ доштани маҳдудият 0,6629 mm ва пас аз бардоштани маҳдудият 0,7340 mm аст. Натиҷаҳои мувофиқи 0,6949 ва 0,7805 mm-и Схемаи 2 нисбат ба ду схемаи дигари соддашуда хеле наздиктар ёфт шудаанд.

Муқоисаи вақти ҳисоб

Гарчанде Схемаи 3 зудтарин вариант аст, дақиқии шиддати боқимонда ва деформатсия ба таври назаррас заифтар мебошад. Аз ин рӯ, таҳқиқот танҳо вақти ҳисобро кам накарда, байни дақиқӣ ва самаранокӣ тавозун эҷод намуда, Схемаи 2-ро барои таҳқиқоти параметрии минбаъда интихоб кардааст.

Муносибати классикӣ барои кашиши лавҳа

Манбаъ барои нишон додани равишҳои соддаи пешинаи кафшери кундалангӣ муносибати эмпирикии зеринро медиҳад:

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

Дар ин замина \(B\) кашиши арзии кафшери кундалангӣ, \(A\) масоҳати буриши металли кафшери гузошташуда, \(d\) баландии кафшер ва \(k\) коэффисиенти эмпирикии вобаста ба шакли пайваст ва раванди кафшер аст.

Истифодаи дубораи рамз: Дар муодилаҳои минбаъдаи сатҳи ҷавоби лавҳа \(d\) дигар баландии кафшер не, балки ғафсии лавҳа-ро ифода мекунад. Азбаски як рамз дар ду бахши гуногун барои ду бузургии физикии гуногун истифода шудааст, замина бояд нигоҳ дошта шавад.

Кашиши сатҳи нӯгии лавҳа чӣ гуна ба як адад табдил дода шуд?

Натиҷаҳои сатҳи нӯг аз модели унсурҳои ниҳоӣ хати ягонаи бо фосилаи мунтазам нестанд, балки абри нуқтаҳои пароканда мебошанд. Азбаски самти сатҳи нӯг ва тақсимоти нуқтаҳо дар намунаҳои гуногун тағйир ёфта метавонанд, таҳқиқот кашишро ҳамчун миёнаи масоҳатӣ бар рӯйи масоҳати воқеии сатҳи нӯг муайян мекунад:

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

Дар кафшери уфуқӣ ин қимат \(B_f\) ва дар кафшери амудӣ \(B_v\) номида мешавад.

Барои ҳисоб кардани нуқтаҳои пароканда бо вазндиҳии масоҳатӣ триангулятсияи Delaunay истифода шудааст. Масоҳати секунҷаи k-ум дар координатҳои маҳаллии \((u,v)\) дар манбаъ:

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

дода шудааст. Дар формулаи манбаъ аломати қимати мутлақ алоҳида навишта нашудааст; формула дар ин ҷо ба шакли нашршудааш нигоҳ дошта шудааст.

Бо фарз кардани он ки майдони кашиш дар дохили секунҷа хаттӣ тағйир меёбад, кашиши миёнаи секунҷаи k-ум:

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

ва миёнаи дискретии вазндор аз рӯи масоҳати тамоми сатҳи нӯг:

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

ҳисоб шудааст. Ҳамин тавр, шумораи зиёди ҷойивазкуниҳои гиреҳӣ бо назардошти саҳми ҳар секунҷа ба масоҳати воқеии сатҳ ба як ченаки муҳандисии кашиш табдил дода мешаванд.

Чаро минтақаҳои нӯг бурида шуданд?

Оғози кафшер, анҷоми кафшер, талафоти маҳаллии гармӣ ва таъсири озодкунии сарҳад метавонанд дар ду нӯги канори дароз деформатсияи парокандатар ба вуҷуд оранд. Барои кам кардани таъсири аз ҳад зиёди ин аномалияҳо ба миёнаи тамоми сатҳ, таҳқиқот танҳо дар самти асосии дарозии сатҳи нӯг буриши симметрӣ анҷом додааст.

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

Дар таҳқиқот \(\alpha=0,1\) аст. Яъне қисми %10 дар ҳар ду нӯги самти асосии дароз хориҷ шуда, иттилооти самти ғафсӣ нигоҳ дошта шудааст.

Тарҳи таҷрибавии FCCD

Барои функсияҳои лавҳа face-centered central composite design (FCCD)-и се тағйирёбанда ва се сатҳ истифода шудааст. Ҳамагӣ 15 нуқтаи тарҳ аз 8 кунҷ, 6 маркази рӯй ва 1 нуқтаи марказӣ иборат аст. Азбаски модели пурраи се тағйирёбандаи дараҷаи дуюм 10 коэффисиент дорад, 15 нуқта барои муайяншавии коэффисиентҳо мушоҳидаҳои зиёдатӣ фароҳам меорад.

Ҳамин 15 нуқтаи геометрӣ ҳам барои мавқеи кафшери уфуқӣ ва ҳам амудӣ ҳал шудаанд. Манбаъ экстраполятсияи мустақими коэффисиентҳоро ба лавҳаҳои ғафстар аз 40 mm тавсия намедиҳад; дар лавҳаҳои ғафстар градиенти ҳарорат дар ғафсӣ, ҷамъшавии гармӣ байни гузаришҳо ва фарқиятҳои металли асосӣ–металли кафшер–HAZ метавонанд назаррастар бошанд.

Муодилаи (10): сатҳи ҷавоби дараҷаи дуюми лавҳа

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

Модел узвҳои собит, хаттӣ, дараҷаи дуюм ва таъсири мутақобилаи ҷуфтиро якҷоя истифода мекунад. Ҳамин тавр, масалан, таъсири ғафсии лавҳа набояд бо як нишебии собит маҳдуд бошад; узви \(d^2\) каҷиро ва узвҳои ҳосилӣ монанди \(dl_x\) тағйир ёфтани таъсири як тағйирёбандаро вобаста ба сатҳи дигаре ифода мекунанд.

Функсияи лавҳаи кафшери уфуқӣ

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

Функсияи лавҳаи кафшери амудӣ

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

Ин ду муодила танҳо дар доираи геометрия, раванд ва маҳдудиятҳое истифода шаванд, ки дар манбаъ калибр шудаанд. Воҳидҳои коэффисиентҳо ба воҳидҳои mm ва m-и тағйирёбандаҳои вурудӣ, ки дар манбаъ муайян шудаанд, вобастаанд; тағйир додани худсаронаи воҳидҳои ададии тағйирёбандаҳо ва истифодаи ҳамон коэффисиентҳо дуруст нест.

Дар функсияҳои лавҳа кадом тағйирёбанда бештар таъсир дорад?

Дар доираи калибршуда дарозии арзӣ \(l_x\) ва ғафсии лавҳа \(d\) манбаъҳои бартари тағйирёбии кашиш мебошанд. Саҳми дарозии тӯлонӣ \(l_y\) хеле камтар аст. Наздик будани индексҳои дараҷаи аввал ва умумӣ нишон медиҳад, ки гарчанде дар модел узвҳои таъсири мутақобила мавҷуданд, таъсирҳои мутақобила дар тағйирёбии умумии баромад бартарӣ надоранд.

Гузариш аз лавҳа ба болори H-шакл

H-болор дар моделсозии кафшер ба ду раф ва як лавҳаи девор ҷудо шудааст. Кафшерҳои раф бо функсияи лавҳаи уфуқӣ ва кафшери девор бо функсияи лавҳаи амудӣ алоқаманд карда шудаанд. Аммо таҳқиқот нишон дод, ки ҷамъ кардани мустақими кашиши ин се лавҳа рафтори тамоми H-буришро ба таври кофӣ ифода намекунад.

Баландии холиси девор:

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

Масоҳати як раф:

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

Масоҳати девор:

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

Дар ин ҷо \(b_f\) паҳноии раф, \(h\) баландии умумии H-буриш, \(h_w\) баландии девор, \(d_f\) ғафсии раф ва \(d_w\) ғафсии девор мебошанд.

Намунаҳои калибркунии H-болор

Ин 15 модел барои сохтани сатҳи ҷавоби бемаҳдуди дараҷаи дуюм бо панҷ тағйирёбанда истифода нашудаанд. Азбаски функсияҳои лавҳа пешакӣ сохта шудаанд, моделҳои H-болор танҳо барои калибр кардани ислоҳи иловагии пайвастшавии геометрӣ истифода шудаанд.

Модели қабатии кашиши H-болор

Сохтори асосии модел:

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

\(\hat{B}_H\) кашиши умумии арзии сатҳи нӯгии пешгӯишуда барои H-болор; \(B_0\) кашиши ибтидоӣ/baseline, ки аз функсияҳои мустақили лавҳа сохта шудааст; \(\Delta\) бошад ислоҳест, ки пайвастшавии раф-девор ва таъсири иловагии геометрияи тамоми буришро ифода мекунад.

Асоси лавҳа:

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

Функсияи кафшери уфуқӣ пас аз табдили тағйирёбандаҳо барои рафҳо:

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

Функсияи кафшери амудӣ барои девор:

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

Дар ин муодилаҳо манбаъ \(d_f\) ва \(d_w\)-ро бо mm; \(b_f\), \(h_w\) ва \(L\)-ро бо m ба функсия ворид мекунад. Ин тартиби воҳидҳо дар коэффисиентҳо ҷойгир шудааст.

Тағйирёбандаҳои пайвастшавии геометрӣ

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

\(s\) нисбати борикии унсур, \(r_t\) нисбати ғафсии раф/девор ва \(r_g\) нисбати паҳноӣ/баландии буришро ифода мекунад. Ҳар се бемиқёсанд.

Дар муқоисаи LOOCV, модели ислоҳие, ки танҳо тағйирёбандаҳои \(s,r_t,r_g\)-ро истифода мебарад, нисбат ба вариантҳое, ки \(B_0\) низ ҳамчун вуруд ба модели ислоҳ илова шудааст, хатои пасттари cross-validation додааст. Барои модели интихобшуда RMSE_LOOCV 0,2855 mm, MAE_LOOCV 0,2424 mm ва MaxAE_LOOCV 0,5123 mm аст.

Ислоҳи геометрӣ:

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

Модели ниҳоии қабатӣ:

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

Шарҳ додани аломатҳои коэффисиентҳои ҷудогонаи Муодилаи (21) ҳамчун қонуни мустақили физикӣ дуруст нест; \(\Delta\) фарқи боқимондаи функсияи асосии лавҳаро ислоҳ мекунад. Барои шарҳи мустақимтари ҳассосияти геометрия ба кашиши умумӣ манбаъ инчунин қонуни компактии дараҷавӣ сохтааст.

Қонуни компактии дараҷавӣ

Гарчанде модели қабатӣ аз ҷиҳати физикӣ шарҳдиҳандатар аст, занҷири ҳисоб дароз мебошад. Барои истифодаи тезтар дар муҳандисӣ манбаъ қонуни умумии дараҷавии зеринро фарз мекунад:

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

Бо гирифтани логарифм:

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

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

ба шакли регрессияи хаттӣ табдил меёбад. Дар ин ҷо \(Y=\ln\tilde{B}_H\), \(X_1=\ln(L/h)\), \(X_2=\ln(d_f/d_w)\), \(X_3=\ln(b_f/h)\) мебошанд.

Муодилаи ниҳоии компактӣ, ки манбаъ fit кардааст:

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

\(\tilde{B}_H\) бо mm аст. Азбаски ҳамаи нисбатҳо бемиқёсанд, воҳидро коэффисиенти 2,694 мебардорад. Манбаъ дараҷаҳоро ҳамчун коэффисиентҳои ҳассосияти логарифмӣ шарҳ медиҳад. Агар нисбатҳои дигар собит нигоҳ дошта шаванд, тақрибан %1 зиёдшавии \(L/h\) ба тамоюли тақрибан %0,650 кам шудани кашиш; %1 зиёдшавии \(d_f/d_w\) ба тақрибан %3,186 зиёдшавӣ; ва %1 зиёдшавии \(b_f/h\) ба тақрибан %2,281 зиёдшавӣ мувофиқ аст. Ин шарҳи маҳаллии фоизӣ танҳо дар доираи калибркунии қонуни дараҷавии fitшуда татбиқ мешавад.

Ҳангоми хондани ин ҷадвал набояд фаромӯш кард, ки асосҳои арзёбӣ яксон нестанд. Қимати 0,2855 mm RMSE-и модели қабатӣ хатои умумисозии LOOCV аст; қимати 0,1929 mm-и қонуни компактии дараҷавӣ хатои пешгӯии мустақим дар ҳамон 15 намуна мебошад. Аз ин рӯ, хурдтар будани рақами дуюм худ аз худ маънои онро надорад, ки қонуни дараҷавӣ дар маълумоти дида нашуда аз модели қабатӣ ҳатман беҳтар аст.

Усули Таъсири Ғайримустақими Эквивалентӣ Чист?

Усули таъсири ғайримустақими эквивалентӣ кашиши арзии пас аз кафшер ҳисобшударо аввал ба деформатсияи миёнаи кашиши меҳварӣ ва сипас ба фарқи ҳароратии эквивалентие табдил медиҳад, ки ҳамон кашиши умумиро ба вуҷуд меорад, то таъсири кафшер ба модели калони унсурҳои ниҳоӣ ҳамчун бори оддии ҳароратӣ татбиқ шавад; ҳарорати бадастомада даври воқеии ҳароратии кафшер нест.

Муодилаи (27): деформатсияи эквивалентии кашиш

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

\(\Delta u\) фарқи нисбии кӯтоҳшавии байни ду нӯг аз сабаби кафшер аст ва дар таҳқиқот ҳамчун бузургии мусбат муайян мешавад; \(L\) дарозии унсур аст. Дар зери фарзияи деформатсияи хурд, тақсим ба дарозӣ кӯтоҳшавии умумиро ба деформатсияи миёнаи меҳварӣ табдил медиҳад.

Муодилаи (28): деформатсияи ҳароратии тағйири ҳарорат

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

\(\alpha(T)\) коэффисиенти хаттии васеъшавии ҳароратии вобаста ба ҳарорат; \(T_0\) ҳарорати муҳит/истинод; \(T_{\mathrm{eq}}\) ҳарорати эквивалентӣ аст. Ин интеграл таъсири умумии коэффисиенти васеъшавиро, ки дар тамоми фосилаи ҳарорат тағйир меёбад, ба ҳисоб мегирад.

Муодилаҳои (29) ва (30): эквивалентии деформатсия

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

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

Эквивалентӣ дар ин ҷо маънои яксон будани майдони воқеии ҳарорати кафшерро надорад. Танҳо бузургии кашиши умумии меҳварии ҳадафшуда бо бузургии кӯтоҳшавии ҳароратӣ мувофиқ карда мешавад.

Равиши коэффисиенти собити васеъшавии ҳароратӣ

Агар дар фосилаи дахлдори ҳарорат \(\alpha\) тақрибан собит қабул шавад:

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

Ҳангоми истифодаи дарозии самараноки эквивалентӣ \(L_{\mathrm{eq}}\):

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

Манбаъ тағйироти коэффисиенти васеъшавии ҳароратии Q355B-ро дар фосилаи дахлдор барои ин соддасозӣ ба қадри кофӣ хурд қабул намуда, дар ҳисобҳои минбаъда Муодилаи (32)-ро истифода кардааст.

Функсияи компактии кашиш ба бори ҳароратӣ чӣ гуна пайваст мешавад?

Агар \(\tilde{B}_H=\Delta u\) гирифта шавад:

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

Агар дарозии самараноки эквивалентӣ ба тамоми дарозии болор баробар, \(L_{\mathrm{eq}}=L\), интихоб шавад:

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

Ин формула намегӯяд, ки пӯлод ҳангоми кафшери воқеӣ ба ин ҳарорати якхела мерасад. Ҳарорати баланди ибтидоӣ ба унсури модел татбиқ мешавад ва кӯтоҳшавии ҳароратии унсур ба сӯи ҳарорати истинод ҳамчун бори ғайримустақими эквивалентӣ хизмат мекунад, ки ба ҷойи таъсири умумии кашиш аз кафшери воқеӣ истифода мешавад.

Ҳароратҳои эквивалентии ба 15 модели H-болор татбиқшуда

Дар модели ҳарорати эквивалентӣ кашиши буриш чӣ гуна ҳисоб шуд?

Пас аз татбиқи бори эквивалентӣ кашишҳои миёнаи рафи болоӣ, рафи поёнӣ ва девор ҷудогона гирифта шуда, мувофиқи масоҳатҳои воқеии пӯлод муттаҳид карда шуданд:

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

Ин вазндиҳии масоҳатӣ аз ворид шудани нодурусти минтақаҳои холии H-буриш ба миёна пешгирӣ мекунад. Масоҳати калонтари раф ё девор дар кашиши тамоми буриш вазни бештар дорад.

Метрикаҳои санҷиши H-болор

Функсияи мустақими қабатӣ аз рӯи MAE ва RMSE нисбат ба татбиқи ҳарорати эквивалентӣ хатои каме пасттар дод. Баръакс, MAPE ва коррелятсияи Pearson-и усули таъсири ғайримустақими эквивалентӣ каме беҳтар аст. Асоси муҳандисии муаллифон ин аст, ки усули эквивалентӣ ба ҷойи танҳо пешгӯии як адад метавонад таъсири кашишро бевосита ҳамчун бор ба конструксияи калони унсурҳои ниҳоӣ интиқол диҳад.

Қиматҳои модели қабатӣ дар ҷадвал хатоҳои пешгӯии мустақими коэффисиентҳое мебошанд, ки бо истифода аз ҳамаи намунаҳо калибр шудаанд. Барои қобилияти умумисозии модели қабатӣ ба намунаи дида нашуда, қиматҳои асосӣ натиҷаҳои LOOCV — RMSE 0,2855 mm, MAE 0,2424 mm ва хатои максималии мутлақ 0,5123 mm мебошанд.

Чаро хато дар ҳудуди буриши калон зиёд шуд?

Дар Моделҳои 1–12 аксари хатоҳои нисбӣ дар ҳудуди %10 монданд, дар ҳоле ки барои Моделҳои 13, 14 ва 15 хатоҳои нисбии усули таъсири ғайримустақими эквивалентӣ мутаносибан %19,91, %13,63 ва %40,85 гузориш шудаанд.

Ин се модел дар ҳадди болоии буриши калони минтақаи калибркунӣ қарор доранд. Манбаъ се сабаби эҳтимолиро муҳокима мекунад: таъсири сарҳадӣ дар фазои параметрҳо аз сабаби он ки баландии буриш, паҳноии раф ва ғафсии лавҳаҳо ҳамзамон ба ҳадди боло наздик мешаванд; нишон додани номунтазамии бештари фазоӣ дар кашиши сатҳи нӯг дар буриши калон; ва калон шудани хатои нисбӣ аз сабаби хурд будани баъзе қиматҳои истинодии кашиш.

Аз ин рӯ, таҳқиқот тавсия медиҳад, ки дар ҳудуди буриши калон функсияи мустақими кашиш ҳамчун пешгӯии асосӣ истифода шавад ва ҳарорати эквивалентӣ ҳамчун намояндагии тахминии бори конструктивӣ арзёбӣ гардад. Агар дақиқии баландтар лозим бошад, илова кардани намунаҳои калибркунии иловагӣ дар ҳудуди буриши калон ё татбиқи борҳои эквивалентии минтақавии гуногун ба минтақаҳои раф ва девор тавсия мешавад.

Чаро ҳассосияти шабака алоҳида омӯхта шуд?

Усули эквивалентӣ барои зуд будан тарҳрезӣ шудааст; аммо агар шабакаи унсурҳои ниҳоӣ аз ҳад дағал бошад, натиҷа метавонад тағйир ёбад. Моделҳои 4–6 бо як буриш, аммо дарозиҳои 1, 2 ва 3 m, бо андозаҳои гуногуни шабака байни 0,01–0,50 m омӯхта шуданд.

Натиҷаи шабакаи 0,01 m ҳамчун истиноди ададӣ гирифта шудааст. Мувофиқи манбаъ, дар фосилаи 0,03–0,05 m натиҷаҳо умуман устувор шудаанд. Хатои миёнаи нисбии шабакаи 0,04 m барои се модел нисбат ба истиноди 0,01 m танҳо %0,052; хатои миёнаи нисбии шабакаи 0,05 m %0,279 аст.

Дар шабакаи 0,05 m вақти миёнаи умумии ҳисоб танҳо 22,67 сония буда, нисбат ба шабакаи 0,01 m ба ҳисоби миёна 12,31 маротиба тезшавӣ таъмин шудааст. Аз ин рӯ, барои таҳлилҳои тези шабеҳи H-болор тақрибан 0,05 m; барои муқоисаи муфассалтар ё санҷиши устуворӣ шабакаи 0,03–0,04 m тавсия шудааст.

Ҷолиб он аст, ки шабакаи хеле дағал, мисли 0,50 m, нисбат ба кашиши истинодии воқеӣ \(B_H\) аз баъзе шабакаҳои майдатар хатои миёнаи камтар додааст. Муаллифон инро ҳамчун наздикшавии беҳтари шабака шарҳ намедиҳанд. Ин ҳолат бо қисман ҷуброн шудани хатои усули эквивалентӣ ва хатои дискретизатсияи шабака шарҳ дода шудааст. Аз ин рӯ, “ба истинод наздиктар баромад” худ аз худ маънои “шабакаи дурусттар”-ро надорад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Мантиқи санҷиши марҳилавии усул

1. Модели муфассали термо-эласто-пластикии 10 гузариши кафшер ҳамчун истиноди ададии дақиқ барои интихоби се схемаи муттаҳидсозӣ истифода шуд.
2. Схемаҳои муттаҳидшуда аз рӯи шиддати боқимонда, бозтақсимшавии шиддат пас аз бардоштани маҳдудият, деформатсияи боқимонда ва вақти ҳисоб муқоиса шуданд.
3. Схемаи мувозинатноки се гузариш ҳамчун ҳалли асосии кафшер барои моделҳои параметрии лавҳа истифода шуд.
4. Аз моделҳои лавҳаи уфуқӣ ва амудӣ сатҳҳои ҷавобии квадратикии кашиш сохта шуданд.
5. Функсияҳои лавҳа барои болори H-шакл заминаи ибтидоӣ сохтанд; пайвастагии геометрии буриши H бо узви алоҳидаи ислоҳӣ илова шуд.
6. Модели қабатӣ бо LOOCV арзёбӣ шуд.
7. Кашиши болори H ба қонуни дараҷавии паймонаи беандоза табдил дода шуд.
8. Кашиши паймон ба бори ҳароратии эквивалентӣ табдил дода шуд.
9. Бори эквивалентӣ дар 15 модели унсури маҳдуди болори H нисбат ба кашишҳои истинодии муфассали термо-эласто-пластикӣ санҷида шуд.
10. Ҳассосияти шабака таҳқиқ гардид.
11. Дар марҳилаи охир усул дар чаҳорчӯбаи берунии як бинои воқеии фавқулбаланд татбиқ шуда, дар миқёси макроскопӣ бо мониторинги саҳроии ҷойивазкунӣ муқоиса гардид.

Татбиқи саҳроӣ: Tianjin Zhonghai City Plaza

Татбиқи муҳандисӣ дар чаҳорчӯбаи берунии тарафи ҷанубии сегменти 19-уми бурҷи асосии Tianjin Zhonghai City Plaza анҷом дода шуд. Ҳадафи санҷиш бозсозии ҳарорати маҳаллӣ ё рафтори ҳавзи кафшер дар атрофи дарзи кафшер набуда, балки гирифтани деформатсияи миқёси конструксия аз кашиши арии ҷамъшавандаи шумораи зиёди пайвастҳои кафшерӣ буд.

Манбаъ нишон медиҳад, ки дар чаҳорчӯбаи берунии интихобшуда дар маҷмӯъ 240 буриши кафшершуда мавҷуд буда, ҳатто бо истифода аз стратегияи муттаҳидшудаи гузаришҳо равиши муфассал барои тамоми конструксия ҳалли 2160 гузариши кафшер-ро талаб мекард. Аз ин рӯ, дар миқёси конструксия усули таъсири ғайримустақими эквивалентӣ истифода шуд.

Ду дарозии гуногуни самараноки эквивалентӣ дар модели конструксия

Барои сегментҳои дохилии болорҳои кафшершуда байни сутунҳои B ва K дарозии самаранок ҳамчун ҷамъбасти нисфи дарозии болор ва дарозии як кронштейни сутун гирифта шуда, 2,1 m интихоб гардид. Дар ҳарорати муҳити 30 °C ҳарорати эквивалентии мувофиқ 88,75 °C мебошад.

Дар буришҳои кафшерии канории байни A–B ва K–L дарозии самаранок 1,8 m ва ҳарорати эквивалентӣ 103,06 °C ҳисоб шудааст. Ҳамин тавр, саҳмҳои геометрии қисмҳои канорӣ ва дохилӣ бо як ҳарорат ифода нашудаанд.

Пайдарпаии кафшер бо усули таваллуд-марги унсур чӣ гуна ифода шуд?

Барои кам кардани хароҷоти ҳисобии конструксия усули таваллуд-марги унсур истифода шуд. Пеш аз кафшер сегментҳои дахлдори болор дар дохили дарозии самараноки эквивалентӣ ғайрифаъол карда шуданд; ҳангоми расидани марҳилаи сохтмони буриши кафшершуда ин сегментҳо фаъол ва ҳарорати эквивалентии мувофиқ ҳамчун ҳарорати ибтидоӣ татбиқ гардид. Ҳангоми кӯтоҳ шудани сегмент ба сӯи ҳарорати истинодӣ таъсири эквивалентии кашиши пайвасти кафшерӣ ба конструксия интиқол ёфт.

Ин усул ҳавзи воқеии кафшер ё манбаи гармии ҳаракаткунандаро дар миқёси конструксия бозсозӣ намекунад. Ҳадаф интиқоли иқтисодии таъсири геометрии ҷамъшавандаи садҳо пайвасти кафшерӣ, ки ба пайдарпаии сохтмон вобаста аст, ба модел мебошад.

Ҷойивазкунии саҳроӣ чӣ гуна чен карда шуд?

Дар ченкунии саҳроӣ BeiDou GNSS ва мониторинги ҷойивазкунии ба призма асосёфта якҷоя истифода шуданд. Дар болои сутунҳои A–L-и чаҳорчӯбаи берунии ҷанубӣ нуқтаҳои мониторинг гузошта, берун аз бино ду нуқтаи истинодии GNSS насб шуданд ва бо нуқтаҳои назоратии ба сатҳи кори баланд интиқолёфта мушоҳидаҳои ҳамзамони призма анҷом дода шуданд.

Системаи мониторинг координатҳои сеченаи ҳар як нуқтаро сабт кард; афзоиши ҷойивазкунӣ бо муқоисаи координатҳои ченшуда бо координатҳои ибтидоӣ ба даст омад.

Азбаски нуқтаҳои саҳроӣ ва координатҳое, ки аз онҳо натиҷаҳои унсури маҳдуд гирифта мешуданд, дар фазо айнан мувофиқ набуданд, таҳқиқот ба ҷойи мувофиқкунии як-ба-яки ҷойивазкунии маҳаллии ҳар нуқта бузургии умумӣ ва намунаи тақсимоти фазоии кашиши кафшерро арзёбӣ кард.

Дар тақсимоти фазоӣ офсетҳои болои сутунҳои A, B, C, J, K ва L нисбатан баланд; сутунҳои G, H ва I паст; сутунҳои D, E ва F дар сатҳи миёна буданд. Симулятсия ҳамин намунаи умумии тартибро ба таври қобили қабул бозсозӣ кард.

Муаллифон фарқҳои боқимондаи байни симулятсия ва ченкуниро ба омилҳое чун соддасозии шартҳои марзӣ ва маҳдудиятҳои унсури маҳдуд, такягоҳҳои муваққатӣ, шароити васлкунии саҳроӣ, каҷравиҳои ибтидоии васлкунии унсурҳо ва дар фазо комилан якхела набудани воридоти гармии воқеии кафшер нисбат медиҳанд.

MAE, RMSE, MAPE, Pearson R ва R² чиро нишон медиҳанд?

MAE миёнаи фарқҳои мутлақи байни пешгӯӣ ва истинодро чен мекунад ва дар ин ҷо воҳиди mm ё MPa дорад. RMSE азбаски хатоҳоро квадрат карда якҷоя мекунад, ба каҷравиҳои калон нисбат ба MAE вазни бештар медиҳад. MAPE хатогиро нисбат ба бузургии истинодӣ ба шакли фоиз ифода мекунад. Pearson R мувофиқати хаттии тамоюли якҷоя афзоиш ё коҳиш ёфтани ду силсилаи додаҳоро; R² бошад, миқдори тағйирпазирии истинодиро, ки модел тавзеҳ дода метавонад, чен мекунад.

Ҳеҷ яке аз ин метрикаҳо танҳо ба маънои “модел аз ҷиҳати физикӣ комил аст” нест. Масалан, коррелятсияи баланд нишон намедиҳад, ки хатои мутлақ сифр аст; хатои миёнаи паст низ исбот намекунад, ки модел таърихи ҳарорати маҳаллии кафшерро дуруст бозсозӣ кардааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Схемаи мувозинатноки се гузариши муттаҳидшуда дар масъалаи лавҳаи 24 mm Q355B рафтори асосии шиддати боқимонда ва деформатсияи модели аслии 10 гузаришро нисбат ба ду схемаи дигари муттаҳидсозӣ беҳтар нигоҳ дошта, вақти ҳисобро ба таври назаррас кам кард.
• Кашиши арии лавҳа дар ҳудуди геометрияи омӯхташуда бо функсияҳои сатҳи ҷавобии квадратикӣ ифода карда шуд.
• Ғафсии лавҳа ва дарозии арии перпендикуляр ба самти кафшер дар ҳудуди омӯхташуда тағйирёбандаҳои геометрии бартари кашиши лавҳа мебошанд.
• Кашиши болори H танҳо бо ҷамъ кардани хаттии кашиши ду раф ва як лавҳаи девор бо дақиқии кофӣ ифода нашуд.
• Ислоҳи пайвастагии геометрӣ бо истифода аз таносубҳои беандозаи L/h, d_f/d_w ва b_f/h дақиқии модели қабатиро зиёд кард.
• Функсияи қабатӣ дар LOOCV RMSE 0,2855 mm, MAE 0,2424 mm ва хатои мутлақи максималӣ 0,5123 mm дод.
• Равиши ҳарорати эквивалентӣ тавонист тамоюли кашиши болори H-ро дар модели унсури маҳдуд нигоҳ дорад ва шакли зудборкунии миқёси конструксияро фароҳам оварад.
• Дар ҳудуди шабакаи 0,03–0,05 m натиҷаҳои усули эквивалентӣ умуман устувор буданд; шабакаи тақрибан 0,05 m барои таҳлили зуд тавсия шуд.
• Дар татбиқи саҳроии Tianjin Zhonghai City Plaza офсетҳои симулятсияшуда ва мушоҳидашудаи болои сутун аз ҷиҳати бузургии умумӣ ва тамоюли фазоӣ мувофиқат нишон доданд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Усул формулаи универсалии кашиш барои ҳамаи навъҳои пӯлод, ҳамаи равандҳои кафшер ва ҳамаи геометрияҳои пайваст нест.
• Коэффисиентҳо набояд мустақиман ба лавҳаҳои ғафстар аз 40 mm экстраполятсия шаванд.
• Ҳарорати эквивалентӣ ҳарорати воқеии кафшер ё даври воқеии ҳароратии кафшер нест.
• Усули эквивалентӣ шакли ҳавзи кафшер, суръати сардшавӣ ё таърихи ҳарорати маҳаллии ҳар гузаришро бозсозӣ намекунад.
• Таҳқиқот барои деформатсияи кунҷӣ модели умумии пешгӯӣ пешниҳод намекунад.
• Таҳқиқот барои кашиши тӯлии кафшер модели умумии пешгӯӣ пешниҳод намекунад.
• Қуллаҳои маҳаллии шиддати боқимонда ҳадафи асосии пешгӯии усули эквивалентии ғайримустақим нестанд.
• Азбаски барои металли кафшер ва HAZ моделҳои алоҳидаи муфассали металлургии мавод истифода нашудаанд, рафтори маҳаллии шикаст ё микросохторро аз ин модел баровардан мумкин нест.
• Санҷиши саҳроӣ муқоисаи як-ба-яки ҳар нуқтаи мониторинг бо гиреҳи FE дар айнан ҳамон координата нест.
• Муқоисаи саҳроӣ исбот намекунад, ки ҳамаи каҷравиҳои васлкунии конструксияи воқеӣ танҳо аз кашиши кафшер ба вуҷуд омадаанд.

Ҳудудҳои татбиқ

Вақте ки навъи пӯлод, раванди кафшер, воридоти гармӣ, шакли канор, фосилаи реша, ғафсии лавҳа, геометрияи буриш ё шарти маҳдудкунӣ ба таври назаррас тағйир меёбад, манбаъ истифодаи мустақими коэффисиентҳои мавҷударо не, балки калибрсозии дубора бо симулятсияҳои нави термо-эласто-пластикӣ, ченкуниҳои таҷрибавӣ ё додаҳои саҳроӣ тавсия мекунад.

Ҷиҳати қавии таҳқиқот

Яке аз ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот ин аст, ки он танҳо як муодилаи эмпирикии зудро пешниҳод намекунад, балки занҷири бисёрқабатаи санҷишро месозад, ки соддасозиро ба модели муфассали унсури маҳдуд мепайвандад. Модели интихобшудаи гузариш бо модели муфассали 10 гузариш; функсияи болори H бо истинодҳои кашиш ва LOOCV; усули ҳарорати эквивалентӣ бо моделҳои термо-эласто-пластикии болори H; ва натиҷаи миқёси конструксия бо мониторинги саҳроӣ арзёбӣ шуданд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

Дар калибрсозии манбаи гармӣ барои лавҳаи 24 mm санҷиши даври ҳароратӣ бо термопара вуҷуд надорад. Металли кафшер ва металли асосӣ бо хосиятҳои якхелаи вобаста ба ҳарорат модел шудаанд. Коэффисиентҳои усул барои маводи мушаххас, канори кафшер, воридоти гармӣ ва шароити маҳдудкунии қавӣ калибр шудаанд. Дар сарҳади параметрҳои буриши калон хатои равиши ҳарорати эквивалентӣ зиёд мешавад. Дар санҷиши саҳроӣ нуқтаҳои ченкунӣ ва координатҳои баровардани натиҷаи модел айнан якхела нестанд.

Илова бар ин, усул ба кашиши арӣ тамаркуз мекунад. Деформатсияи кунҷӣ, кашиши тӯлӣ, қуллаҳои маҳаллии шиддати боқимонда, эволютсияи микросохторӣ ва ҷамъшавии хатогиҳои сохтмон/васлкунӣ, ки ба кафшер алоқаманд нестанд, масъалаҳои ҷудогона мемонанд.

Огоҳӣ оид ба нотация ва тафсири дохили манбаъ

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

Муаллифон ва тартиб: Mai Wu; Meng Zhao; Yilong Yu; Yulong Jiang; Jiatong Wang; Yansheng Du; Peng Li; Xin Zhao.

Саҳми баробар: Дар мақолаи манбаъ муаллифи якуми баробар ё изҳороти саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Xin Zhao.

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

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

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

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

Маҷалла: Buildings.

Ношир: MDPI.

Сол / ҷилд / шумора / рақами мақола: 2026; 16(14); 2842.

DOI: 10.3390/buildings16142842.

Санаи пешниҳод: 30 Mayıs 2026.

Санаи бозбинӣ: 5 Temmuz 2026.

Санаи қабул: 8 Temmuz 2026.

Санаи нашр: 16 Temmuz 2026.

Навъи манбаъ: Таҳқиқоти аслии муҳандисӣ; симулятсияи термо-эласто-пластикии унсури маҳдуд, моделсозии сатҳи ҷавоб/регрессия, боркунии конструктивии эквивалентӣ ва санҷиши саҳроии ҷойивазкуниро муттаҳид мекунад.

Вазъи баррасии ҳамтоён: Мақола дар маҷаллаи баррасишаванда нашр шудааст.

Литсензия: Литсензияи дастрасии кушоди Creative Commons Attribution (CC BY).

Сабти расмии нашр: MDPI, Buildings 16(14), 2842; тавассути DOI дастрас аст.

Нармафзор ва усули асосии ҳисоб: JMatPro барои сохтани хосиятҳои вобаста ба ҳарорати Q355B; Abaqus барои ҳалли ҳарорати гузаро ва шиддат/деформатсия истифода шудааст. Манбаъ версияи муайяни Abaqus ё таҷҳизоти ҳисоббарорро гузориш намекунад.

Равиши пайвастагии FE: Пайвастагии ғайримустақими термо-механикӣ; аввал майдони ҳарорат ҳал шуда, баъдан таърихи ҳарорат ҳамчун бор ба модели механикии шиддат/деформатсия интиқол ёфтааст.

Манбаи гармӣ: Манбаи гармии дуэллипсоидалии Goldak, ки мувофиқи геометрияи ченшуда/танзимшудаи кафшер калибр шудааст. Барои лавҳаи истинодии 24 mm санҷиши даври ҳароратӣ бо термопара вуҷуд надорад.

Тарҳи регрессия: Дар сатҳи лавҳа face-centered central composite design-и сеомила, сесатҳа ва 15 нуқта; дар сатҳи болори H панҷ буриши намояндагӣ × се дарозӣ = 15 модел.

Санҷиши модел: Модели муттаҳидсозии гузаришҳои кафшер нисбат ба модели аслии термо-эласто-пластикии 10 гузариш; функсияи қабатӣ нисбат ба LOOCV; таъсири ғайримустақими эквивалентӣ нисбат ба кашишҳои муфассали истинодии болори H; ва татбиқи миқёси конструксия нисбат ба мониторинги саҳроии ҷойивазкунии болои сутун арзёбӣ шуданд.

Системаи мониторинги саҳроӣ: BeiDou GNSS + мониторинги сеченаи ҷойивазкунӣ дар асоси призма.

Маблағгузорӣ: Муҳаққиқон гузориш доданд, ки таҳқиқот маблағгузории беруна нагирифтааст; ҳаққи коркарди мақола аз ҷониби муаллифон пардохт шудааст.

Дастрасии додаҳо: Додаҳоро аз муаллифи масъул тибқи дархост гирифтан мумкин аст. Манбаъ мегӯяд, ки бинобар ҳаҷми калони файлҳои унсури маҳдуд ва хусусияти хусусӣ/proprietary-и тафсилоти марбут ба конструксияи муҳандисии мушаххас, додаҳо ба таври оммавӣ дастрас нестанд.

Бархӯрди манфиатҳо: Yilong Yu ва Yulong Jiang дар China State Construction Hongda Engineering Co., Ltd.; Jiatong Wang ва Peng Li дар China Construction Steel Structure Co., Ltd. кор мекунанд. Муаллифони дигар изҳор кардаанд, ки муносибатҳое, ки метавонанд бархӯрди манфиатҳои тиҷоратӣ ё молиявӣ эҷод кунанд, вуҷуд надоранд.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Mai Wu, Meng Zhao ва Xin Zhao; методология Mai Wu, Meng Zhao ва Xin Zhao; нармафзор, санҷиш ва таҳлили расмӣ Meng Zhao; таҳқиқот Meng Zhao, Yilong Yu, Yulong Jiang, Jiatong Wang ва Peng Li; захираҳо Mai Wu, Xin Zhao, Yilong Yu, Yulong Jiang, Jiatong Wang ва Peng Li; курацияи додаҳо Meng Zhao; лоиҳаи аввал Meng Zhao; бозбинӣ ва таҳрир Mai Wu, Xin Zhao ва Yansheng Du; визуализатсия Meng Zhao; назорат ва идоракунии лоиҳа Mai Wu ва Xin Zhao анҷом додаанд.

Ҳадди асосии тафсир: Арзиши умумии усул танҳо дар коэффисиентҳои нашршуда нест, балки дар масири калибрсозии “модели муфассали кафшер → заминаи кашиши лавҳа → ислоҳи геометрии буриши H → ҳарорати эквивалентӣ → миқёси конструксия” мебошад. Вақте ки мавод, раванди кафшер, канор, фосилаи реша, буриш ё шароити маҳдудкунӣ ба таври назаррас тағйир меёбанд, коэффисиентҳо бояд дубора калибр шаванд.