Projektdaten

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Experimentelle und numerische Analyse des fertigungsprozesses für topologieoptimierte Knotenbauteile im Stahlbau

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Im Stahlbau führt das Bestreben nach gestalterisch anspruchsvollen, organisch geprägten Tragstrukturen dazu, dass zunehmend komplexe Tragwerke gebaut werden. Additive Fertigungsverfahren erlauben heute die Realisierung von Geometrien, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren entweder nicht oder nur mit großem Aufwand herstellbar sind. Ziel des Forschungsprojektes ist die systematische Untersuchung des gesamten Fertigungsprozesses von mit Lichtbogen additiv gefertigten (WAAM) Knotenbauteilen. Die methodische Vorgehensweise beinhaltet die Topologieoptimierung von Strukturen und den Einsatz von deterministischen Mesostrukturen, z.B. Waben- oder Gitterstrukturen. Zudem tragen bereichsweise angepasste Werkstoffgüten/Festigkeiten zur Ressourceneinsparung bei. Die Erarbeitung von Eurocodekonformen Herstellungsempfehlungen für den WAAM- und Verzinkungsprozess sowie Bemessungsansätzen ergänzen die Forschungsarbeiten. Dabei werden Füll- und Massivdrähte im Festigkeitsbereich von Re = 355 MPa bis Re = 960 MPa mit einem festigkeitsabhängigen t8/5-Konzept in Kombination mit geeigneten Kühlkonzepten und Ultraschallanregung zur in-situ-Kornfeinung verwendet. Für eine ganzheitliche Betrachtung der Leichtbauweisen sind Aspekte der ln-Process Qualitätssicherung, zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen der Knoten sowie Untersuchungen zur Korrosionsbeständigkeit und ökobilanzielle Analysen wichtiger Bestandteil des Projektes. Somit zielt das Vorhaben auf das synergetische Zusammenwirken von Topologieoptimierung, beanspruchungsangepasster Werkstoffauswahl, geeigneten Bemessungsansätzen, nachhaltigem Korrosionsschutz und einer Verkürzung der Prozesskette ab. Das Projektkonsortium bildet die gesamte Wertschöpfungskette der o.g. Themenbereich ab und vermag Leichtbaupotenziale unter Aspekten der C02-Einsparung bei einer Verkürzung der Produktionszeit aufzuzeigen. Die Erkenntnisse können neben dem konstruktiven Stahlbau AnwendunQ finden im Maschinen-, AnlaQen-, FahrzeuQ- und Kranbau.