Diese Funktionalität ist für ausgewählte parametrische Verbindungsvorlagen verfügbar, die im vordefinierten IDEA StatiCa Set enthalten sind. In Version 26.0 unterstützt nur eine begrenzte Anzahl von Vorlagen die Prognose. Die Abdeckung wird jedoch in zukünftigen Versionen schrittweise erweitert.
Bei unterstützten Vorlagen wird die prognostizierte Ausnutzung direkt in der Szene angezeigt. Sie liefert eine unmittelbare Rückmeldung zur erwarteten Tragfähigkeit der aktuellen Konfiguration. Der angezeigte Wert ist eine Schätzung, die von einem Modell des maschinellen Lernens erzeugt wird.
Die Prognosemethode
Die prognostizierte Ausnutzung basiert auf einem Modell des maschinellen Lernens, das mit einem großen Datensatz vorab berechneter Verbindungsvarianten trainiert wurde. Für jede unterstützte parametrische Vorlage wurden automatisch Zehntausende Modelle mit unterschiedlichen Parameterkombinationen erzeugt.
Alle diese Modelle wurden mit der Standardanalyse von IDEA StatiCa Connection vollständig berechnet. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Modell des maschinellen Lernens trainiert. Es prognostiziert die Ausnutzung der Vorlage für neue Parameterkombinationen, die zuvor nicht explizit berechnet wurden.
Dieser Ansatz liefert eine schnelle Schätzung der Ausnutzung der Verbindung, ohne dass nach jeder Parameteränderung eine vollständige Berechnung erforderlich ist.
Wie die Prognose ausgewertet wird
Für jede unterstützte parametrische Vorlage berücksichtigt das Modell des maschinellen Lernens die Geometrie und die Parameter der Vorlage sowie die beim Training angesetzten Lastkomponenten.
Ändert der Anwender einen Vorlagenparameter (z. B. Blechdicke, Schraubengröße oder Randabstände), wird die prognostizierte Ausnutzung sofort aktualisiert. So kann der Anwender schnell beurteilen, ob die aktuelle Konfiguration näher an der erwarteten Tragfähigkeit liegt oder weiter davon entfernt ist.
Vorteile der prognostizierten Ausnutzung für den Anwender
Dank der prognostizierten Ausnutzung kann der Anwender die Konfiguration der Verbindung optimieren, ohne wiederholt die vollständige Berechnung auszuführen. Die Prognose liefert bei Parameteränderungen eine sofortige Rückmeldung.
Ist der Anwender mit der prognostizierten Ausnutzung zufrieden, muss der abschließende Nachweis immer durch die Standardberechnung der Spannung-Dehnung-Analyse erfolgen. Nur das berechnete Ergebnis bildet den tatsächlichen Normnachweis gemäß der gewählten Norm ab.
Dieser Ansatz beschleunigt den Bemessungsprozess erheblich, da nicht mehr jede Zwischenvariante rechnerisch nachgewiesen werden muss.
Angezeigte Prognose in der Szene
Sind im Projekt mehrere Lasteffekte definiert, entspricht die in der Szene angezeigte prognostizierte Ausnutzung immer dem Lasteffekt, bei dem die Verbindung die höchste Ausnutzung erreicht. Prognosen für andere Lasteffekte werden nicht gleichzeitig angezeigt.
Werden in einem einzelnen Verbindungsmodell zwei oder mehr parametrische Vorlagen verwendet, zeigt die Szene analog die prognostizierte Ausnutzung der am höchsten ausgenutzten Vorlage an, nicht die Ausnutzung der Verbindung als Ganzes. Die Wechselwirkung zwischen den kombinierten Vorlagen wird nämlich nicht berücksichtigt.
Die prognostizierte Ausnutzung einzelner Vorlagen kann angezeigt werden, indem jede Vorlage separat ausgewählt wird. Dadurch kann der Anwender die geschätzte Ausnutzung jeder Vorlage unabhängig beurteilen. Dabei ist zu beachten, dass der angezeigte Wert nicht das Gesamtverhalten des gesamten Verbindungsmodells darstellt.
Einschränkungen
Die prognostizierte Ausnutzung soll eine schnelle Schätzung während der Bemessung der Verbindung liefern. Bei der Interpretation des angezeigten Wertes ist es wichtig, die beim Training des Modells des maschinellen Lernens verwendeten Annahmen und die daraus resultierenden systembedingten Einschränkungen zu verstehen.
Für die prognostizierte Ausnutzung gelten die folgenden Einschränkungen:
1 Lastannahmen
- Begrenzte Lastkomponenten – Beim Training jeder Vorlage wurden nur zwei oder drei Lastkomponenten berücksichtigt (z. B. N, Vz und My). Andere Lastkomponenten werden für die Prognose nicht berücksichtigt. Sind diese Komponenten für das Verhalten der Verbindung maßgebend, kann die prognostizierte Ausnutzung erheblich vom berechneten Ergebnis abweichen.
- Nur angeschlossenes Bauteil – Die Prognose berücksichtigt nur Lasten, die auf das angeschlossene Bauteil wirken. Lasten, die auf das tragende Bauteil wirken, sind nicht enthalten. Ist das tragende Bauteil erheblich belastet, kann das berechnete Ergebnis deutlich ungünstiger ausfallen als die Prognose.
2 Modellannahmen
- Annahme von Stumpfnähten (CJP) – Die Modelle wurden unter der Annahme von Stumpfnähten (CJP) trainiert. Die Nahtgröße spiegelt sich daher nicht in der prognostizierten Ausnutzung wider. Ist die Tragfähigkeit der Schweißnaht maßgebend, kann die Prognose erheblich vom berechneten Ergebnis abweichen. Im Kontextmenü des Projektelements ist der Autodesign der Schweißnähte mit Überfestigkeit, für volle Festigkeit, minimale Duktilität oder zur Abschätzung der Tragfähigkeit verfügbar.
- Bei Schrauben in Scher-Lochleibungsverbindungen wird stets eine Querkraftebene im Gewinde angenommen.
- Standard-Projekteinstellungen erforderlich – Die prognostizierte Ausnutzung liefert nur dann zuverlässige Ergebnisse, wenn die Projekteinstellungen mit denen übereinstimmen, die beim Training verwendet wurden. Das bedeutet, dass die Standard-Projekteinstellungen verwendet werden müssen, insbesondere Sicherheitsbeiwerte, Netzeinstellungen, Standardlängen und Segmentunterteilung.
3 Verfügbarkeit
- Nur für die Bemessungsnormen EN und AISC.
- Vorlagen für Verankerungen sind nicht trainiert
- Nur wenn die Spannung-Dehnung-Analyse ausgewählt ist.
- Eine Internetverbindung ist erforderlich.
4 Änderungen an Vorlagen
- Änderungen auf der Registerkarte Developer und am Tragwerksschema – Ändert der Anwender die Vorlage auf der Registerkarte Developer (z. B. Entfernen von Parametern, Ändern von Parametergrenzen) oder wählt er ein anderes tragendes Bauteil aus, ist die Prognose nicht mehr verfügbar. In solchen Fällen kann der Algorithmus nicht kontrollieren, wie stark sich die geänderte Verbindung von der ursprünglich trainierten Vorlage unterscheidet.
- Geometrische Änderungen – Einige sind in der prognostizierten Ausnutzung noch nicht berücksichtigt. So werden beispielsweise Änderungen des Winkels oder der Achsexzentrizität des angeschlossenen Bauteils nicht erfasst. In solchen Fällen kann die prognostizierte Ausnutzung erheblich vom berechneten Ergebnis abweichen.
- Zusätzliche Operationen – Wird der Vorlage eine zusätzliche Operation hinzugefügt (z. B. eine Steife), wird die prognostizierte Ausnutzung weiterhin angezeigt. Die Wirkung dieser Operation ist jedoch nicht in der Prognose enthalten.
5 Mehrere Vorlagen
- Werden in einem Verbindungsmodell mehrere Vorlagen verwendet, kann die Ausnutzung jeder Vorlage separat prognostiziertwerden. Ihre gegenseitige Wechselwirkung wird jedoch nicht berücksichtigt.
Lastkomponenten, die von der Vorlage abgedeckt werden, sind unter den Lasteffekten aufgeführt – zum Beispiel "Vorlage 1 berücksichtigt nur Vz und My von Member B1".
Untere und obere Grenzen des Trainingsdatensatzes werden direkt bei den Parametern angezeigt. Werte außerhalb dieser Grenzen sind rot dargestellt. Der Wert wird dennoch angewendet – er wird lediglich markiert, nicht gesperrt.
Abschließende Anmerkung
Die prognostizierte Ausnutzung ist stets als Schätzung zu verstehen. Werkzeuge des maschinellen Lernens können eine vollständige tragwerksbezogene Berechnung durch einen Ingenieur nicht ersetzen.
Die Prognose kann bei der Optimierung der Verbindung eine erhebliche Zeitersparnis bringen, da verschiedene Parameterkonfigurationen schnell verglichen werden können.
Die aufgeführten Einschränkungen werden schrittweise abnehmen, sobald der Prozess des maschinellen Lernens und die Trainingsdatensätze erweitert werden. Gleichzeitig wird die Anzahl der unterstützten parametrischen Vorlagen mit Prognosefunktion weiter steigen.
Veröffentlicht in IDEA StatiCa Version 26.0, aktualisiert in Version 26.1.
