Ein Blick in die Baugeschichte zeigt, dass sich in Abhängigkeit der vorhandenen Baumaterialien jeweils typische, sinnvolle Konstruktionsformen herausgebildet haben. Bereits vor mehr als 10.000 Jahren errichtete man Gebäude aus Ziegelmauerwerk [1]. Im antiken Rom erlebte der opus caementitium seine Glanzzeit [2]. Beide Materialien sind sehr druck-, aber wenig zugfest. Folglich findet man hauptsächlich druckbeanspruchte Strukturen wie Wände oder Kuppeln, für Decken wurde beispielsweise Holz genutzt. Für Naturbrücken aus zugfesten Pflanzenmaterialien hingegen sind Hängekonstruktionen prädestiniert. Mit Stahl und bewehrtem Beton können auch biegebeanspruchte Konstruktionen realisiert werden. Allerdings nimmt man hierbei in der Regel in vielen Tragwerksbereichen eine mangelhafte Materialausnutzung in Kauf. [Aus: Intention] / A look at the construction history shows that typical, sensible forms of construction have developed depending on the building materials available. More than 10,000 years ago, buildings were already made of brickwork [1]. In ancient Rome, the opus caementitium experienced its heyday [2]. Both materials were very resistant to pressure, but had little tensile strength. Consequently, one mainly finds structures subject to compressive stress such as walls or cupolas; for ceilings, for example, wood was used. For natural bridges made of tension-resistant plant materials, on the other hand, suspended structures are predestined. With steel and reinforced concrete, structural elements subject to bending stress can also be realised. However, in many areas of such structures, insufficient utilisation of the material is accepted. [Off: Intention]

The master’s thesis analyzes different methods of comparing structures in terms of thermal stability in summer. An important part is the evaluation of the results accuracy and computational models of these methods. In conclusion it describes the influence of building envelope on the thermal stability of the internal environment in the summer, which are important design parameters and how to optimize the design of wall.

Designing structures for lightness is an intelligent and responsible way for engineers and architects to conceive structural systems. Lightweight structures are able to bridge wide spans with a least amount of material. However, the quest for lightness remains an utopia without the driving constraints that give sense to contemporary structural design.<p><p>Previously proposed computational methods for designing lightweight structures focused either on finding an equilibrium shape, or are restricted to fairly small design applications. In this work, we aim to develop a general, robust, and easy-to-use method that can handle many design parameters efficiently. These considerations have led to truss layout optimization, whose goal is to find the best material distribution within a given design domain discretized by a grid of nodal points and connected by tentative bars. <p><p>This general approach is well established for topology optimization where structural component sizes and system connectivity are simultaneously optimized. The range of applications covers limit analysis and identification of failure mechanisms in soils and masonries. However, to fully realize the potential of truss layout optimization for the design of lightweight structures, the consideration of geometrical variables is necessary. <p><p>The resulting truss geometry and topology optimization problem raises several fundamental and computational challenges. Our strategy to address the problem combines mathematical programming and structural mechanics: the structural properties of the optimal solution are used for devising the novel formulation. To avoid singularities arising in optimal configurations, the present approach disaggregates the equilibrium equations and fully integrates their basic elements within the optimization formulation. The resulting tool incorporates elastic and plastic design, stress and displacements constraints, as well as self-weight and multiple loading.<p><p>Besides, the inherent slenderness of lightweight structures requires the study of stability issues. As a remedy, we develop a conceptually simple but efficient method to include local and nodal stability constraints in the formulation. Several numerical examples illustrate the impact of stability considerations on the optimal design.<p><p>Finally, the investigation on realistic design problems confirms the practical applicability of the proposed method. It is shown how we can generate a range of optimal designs by varying design settings. In that regard, the computational design method mostly requires the designer a good knowledge of structural design to provide the initial guess. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Auf der Grundlage technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Kriterien werden drei Prototypen unterschiedlicher Anwendungen in Holz- und Metallbauweise untersucht und deren Unterschiede bewertet. / Based on technical, economic and ecological criteria, three prototypes of different applications in wood and metal construction are examined and their differences are evaluated.

Themen wie Verfügbarkeit der Rohstoffe, Materialsubstitution, Umweltverträglichkeit, Schonung der Ressourcen, aber auch Produktionskosten werden immer häufiger als Bewertungskriterien herangezogen. Die Notwendigkeit der intensiven Zusammenarbeit unterschiedlicher Fachdisziplinen rückt immer mehr in den Mittelpunkt, wenn innovative Lösungen für neue Anwendungen gefragt sind. Das Projekt AMARETO wurde mit dem Ziel initiiert, im Rahmen einer engen Kooperation der TU Bergakademie Freiberg, der TU Dresden, der TU Chemnitz und des Fraunhofer IWU deren herausragende Spitzenforschung zusammenzuführen und praxisnah umzusetzen, um die anwendungsnahe Forschung weiter voranzutreiben und den wissenschaftlichen Vorlauf in Sachsen wertschöpfend zu verankern. Unter dem Motto »Vom Werkstoff zum ressourcenschonenden Produkt« trafen sich am 31. Mai 2018 Vertreter von Politik, Wirtschaft und Wissenschaft in Chemnitz zum ersten AMARETO-Kolloquium, um aktuelle Fragestellungen in den Bereichen Werkstoff-, Bauteil und Prozessentwicklung zu diskutieren. Im vorliegenden Tagungsband berichten die Projektmitarbeiter und -leiter gemeinsam über ihre aktuellen Forschungsergebnisse. Wesentlicher Ansatz des Projekts AMARETO ist es, die im Rahmen der Produktentstehung zu bearbeitenden Teilaufgaben – Entwicklung der Werkstoffe, Gestaltung und Dimensionierung von Bauteilen sowie Erarbeitung von Produktionsstrategien – enger miteinander zu verknüpfen und parallel sowie abgestimmt zu bearbeiten. Dies spiegelt sich im Tagungsband durch die Einbeziehung der Bereiche Smart Material, Smart Design und Smart Production wider. / Topics such as availability of raw materials, material substitution, environmental compatibility, conservation of resources, but also production cost are increasingly used as criteria for evaluation. The need for intensive cooperation between different disciplines becomes more and more important when innovative solutions for new applications are required. The AMARETO project was initiated with the aim of bringing together the outstanding top-level research of TU Bergakademie Freiberg, TU Dresden, TU Chemnitz and Fraunhofer IWU within the framework of close cooperation. A further project goal is the implementation of this research in a practical manner in order to further advance application-oriented research and anchor the scientific lead in Saxony in a value-adding manner. On 31 May, 2018 representatives from politics, industry and science met in Chemnitz for the first AMARETO colloquium under the heading 'From material to resource-saving product' to discuss current issues in the areas of development regarding materials, components and processes. In these conference proceedings, the project members and managers report together on their current research results. The main approach of the AMARETO project is to closely link the required subtasks of product development with each other - development of materials, design and dimensioning of components as well as the development of production strategies - and to work on them in parallel and in a coordinated manner. This is reflected in the conference proceedings due to the inclusion of the areas of Smart Material, Smart Design and Smart Production.

Modular construction of housing is an industry on the rise. The prefabrication of construction modules gives a greater control over material consumption, promotes standardization, and lessens the disturbance during the construction time in the field. Lindbäcks Bygg AB prefabricates housing modules in their factory at Haraholmen, Piteå. The modules are then transported to construction sites all over the country and assembled. Lindbäcks Bygg AB has made the design choice to focus on lightweight wooden constructions for their modules, which comes with its own set of challenges. The urban densification of our city regions has led to more and more residential building being planned and constructed in areas that are submitted to high noise levels from surrounding traffic. This puts a great strain on the sound reduction of the building’s façade wall construction, something that has proven to be a problem with lightweight wooden walls. The aim of this master thesis project has been to test different solutions for lightweight façade wall constructions, and to ultimately find one or more solution that meet the requirements of the Swedish standards and regulations, as well as the needs of the tenants, and that can be implemented by Lindbäcks Bygg AB for manufacturing and assembly. The project has therefore been carried out in two parts, one theoretical and one practical. The theoretical part has verified the problem with traffic noise levels in residential buildings and identified the critical areas of the current façade construction. The theoretical work led to a list of defining factors for the sound reduction, which in turn worked as a basis for the ideation process.  As a result, the theoretical part led to a number of different construction concepts for façade walls. The concepts were first tested theoretically through modelling and calculation, and verified with the acousticians at Tyréns Sverige AB and the engineers of Lindbäcks Bygg AB. The most promising concepts were sent on to be manufactured. The practical part of this master thesis project was carried out mainly as acoustical measurements and the subsequent analysis, where the manufactured façade wall constructions were mounted on a free-standing module. The result of the practical part, and of the master thesis project, were four different façade wall constructions that met the requirements for noise reduction, which were presented to Lindbäcks Bygg AB and Tyréns Sverige AB. The construction most easily implemented is a construction with an airgap between the wall panels, and this construction will now have to be structurally verified and adapted for the factory, before being utilized in future building projects. / Modulärt byggande av bostäder är en bransch på frammarsch. Prefabricering av byggnadsmoduler ger en större kontroll över materialåtgången, främjar standardisering och minskar störningarna under byggtiden i fält. Lindbäcks Bygg AB prefabricerar bostadsmoduler i sin fabrik på Haraholmen, Piteå. Modulerna transporteras sedan till byggarbetsplatser över hela landet och monteras till bostadskomplex. Lindbäcks Bygg AB har gjort designvalet att fokusera på lätta träkonstruktioner för sina moduler, vilket kommer med sin egen uppsättning utmaningar. Förtätningen av våra stadsregioner har lett till att allt mer bostadsbyggande planeras och uppförs i områden som utsätts för höga bullernivåer från omgivande trafik. Detta utsätter byggnadens fasadväggskonstruktion för en stor akustisk belastning, något som har visat sig vara ett problem med lätta träväggar. Syftet med detta examensarbete har varit att testa olika lösningar för lätta fasadväggskonstruktioner, och att i slutändan hitta en eller flera lösningar som uppfyller kraven i svenska standarder och föreskrifter samt hyresgästernas behov, och som kan implementeras av Lindbäcks Bygg AB för tillverkning och montering. Projektet har därför genomförts i två delar, en teoretisk och en praktisk. Den teoretiska delen har verifierat problemet med trafikbullernivåer i bostadshus och identifierat kritiska områden i den nuvarande fasadkonstruktionen. Det teoretiska arbetet ledde fram till en lista med kritiska faktorer för ljudreduktionen, som i sin tur fungerade som grund för designprocessen. Som ett resultat ledde den teoretiska delen till en rad olika konstruktionskoncept för fasadväggar. Koncepten testades först teoretiskt genom modellering och beräkning, och verifierades av akustikerna på Tyréns Sverige AB och ingenjörerna på Lindbäcks Bygg AB. De mest lovande koncepten skickades vidare för tillverkning. Den praktiska delen av detta examensarbete genomfördes främst som akustiska mätningar och efterföljande analys, där de tillverkade fasadväggkonstruktionerna monterades på en fristående modul. Resultatet av den praktiska delen, och av examensarbetet, blev fyra olika fasadväggskonstruktioner som uppfyller kraven för ljudreduktion, vilka presenterades för Lindbäcks Bygg AB och Tyréns Sverige AB. Den konstruktion som är enklast att implementera är en konstruktion med luftspalt mellan väggpanelerna, och denna konstruktion kommer nu att behöva verifieras med avseende på ex. hållfasthet och anpassas för fabriken, innan den kan användas i framtida byggprojekt.

Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) weisen häufig lange vor dem Erreichen der prognostizierten Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren Risse in der Blattschale auf. Die Folge sind aufwendige Reparaturen am installierten und schwer zugänglichen Rotorblatt und der kostenintensive Nutzungsausfall durch den Stillstand der WEA. Als mögliche Initiatoren für die Schäden in der Blattschale der Rotorblätter gelten fertigungsbedingte Imperfektionen. Für die Untersuchung des Einflusses dieser Imperfektionen auf das Ermüdungsverhalten der Rotorblätter wurde an der BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) ein Prüfstand für statische und zyklische Versuche von Schalensegmenten im intermediate scale entwickelt und betrieben. Die untersuchten Schalensegmente in Sandwichbauweise sind der Rotorblattschale von WEA im Hinblick auf die Strukturmechanik, die Halbzeuge, den Laminataufbau und dem eingesetzten Fertigungsverfahren ähnlich. Als Imperfektionen wurden verschiedenen Variationen von Lagenstößen in die Hautlagen und Schaumstöße mit Breitenvariation in den Stützkern reproduzierbar eingebracht. Die Überwachung des Schädigungszustandes während der Schwingversuche unter realistischen Lastszenarien erfolgt über eine kombinierte in situ Schädigungsüberwachung mittels passiver Thermografie und Felddehnungsmessung. Mit den durchgeführten Schwingversuchen, der begleitenden Überwachung des Schädigungszustandes sowie dem validierten FEM-Modell ließen sich die Schadensinitiation und die signifikante Reduktion der Lebensdauer durch die eingebrachten Imperfektionen zweifelsfrei nachweisen. Die abgeleiteten Designregeln liefern für die Ingenieurpraxis wichtige Konstruktionshinweise und unterstützen die betriebssichere Auslegung von gekrümmten Sandwichkonstruktionen wie beispielsweise WEA-Rotorblätter.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 2 Stand der Technik 2.1 Grundlagen FKV-Werkstoffe 2.2 Rotorblätter von Windenergieanlagen 2.2.1 Rotorblattfertigung im SCRIMP-Verfahren 2.2.2 Typische fertigungsbedingte Imperfektionen im Rotorblatt 2.2.3 Lasten am Rotorblatt 2.2.4 Rotorblattprüfung und Komponentenversuche 2.3. Schalentheorie von monolithischen und Sandwichstrukturen 2.3.1 Analytische Betrachtung orthotroper Schalen 2.3.2 Versagensverhalten von Sandwichstrukturen unter Druckbelastung 2.3.3 Analytische Beschreibung des Stabilitätsversagens von Sandwichstrukturen 2.4 Strukturverhalten von Sandwichstrukturen unter statischen und zyklischen Lasten 2.5 Versagenskriterium für monolithisches Laminat nach Puck 2.6 Ermüdungsverhalten monolithischer Winkel-Mehrschichtverbunde 2.7 Materialcharakterisierung der GFK-Decklagen 2.7.1 Statische Materialkennwerte der GFK-Decklagen 2.7.2 Schwingversuche zur Ermittlung der Wöhlerkurve der GFK-Decklagen 2.7.3 Lineare Schädigungsakkumulation zur Berechnung der Schadensbeiträge 2.7.4 Schädigungsmechanismen bei statischer Schub-Zug-Beanspruchung 2.7.5 Im RHV-Schwingversuch erfasste Schädigungsmechanismen 2.8 In situ Überwachung des Schädigungszustandes mittels zerstörungsfreier Prüfung 2.8.1 In situ Überwachung - Optische Felddehnungsmessung 2.8.2 In situ Überwachung – passive Thermografie 3 Versuchsplanung 3.1 Schalenprüfstand für Substrukturen-Versuche 3.1.1 Anforderungen an den Schalenprüfstand 3.1.2 Konstruktion und Umsetzung 3.1.3 Integrierte Zustandsüberwachung 3.2 Der Schalenprüfkörper für Substrukturen-Versuche 3.2.1 Schalenprüfkörper – Auslegung 3.2.2 Schalenprüfkörper - Fertigungsverfahren 3.2.3 Schalenprüfkörper - Eingebrachte Imperfektionen 4 Statische und zyklische Versuche an Schalenprüfkörpern 4.1 Statische Versuche an Schalenprüfkörpern 4.1.1 Mit der Felddehnungsmessung detektierte Prüfkörperverformung 4.1.2 Detektierte Z-Verschiebung mittels Felddehnungsmessung 4.1.3 Diskussion der detektierten Verformung des Schalenprüfkörpers 4.1.4 Fazit – statische Druckversuche an Sandwichschalen 4.2 Numerische Abbildung des Schalenprüfkörpers 4.2.1 Nichtlineare Stabilitätsanalyse - Schalenprüfkörper ohne Imperfektion 4.2.2 Validierung des im FEM-Schalenmodell modellierten komplexen Verformungsverhaltens unter statischer Axiallast 4.2.3 FEA – laminatschichtweise Analyse der Anstrengung (Zfb, Puck) 4.2.4 Diskussion FEM-Schalenmodell 4.3 Schwingversuche an Schalenprüfkörpern 4.3.1 Referenzprüfkörper – Einstufen-Schwingversuch 4.3.2 Referenzprüfkörper – Zweistufen-Schwingversuch 4.3.3 Referenzprüfkörper - lokaler Steifigkeitsabfall im Mehrstufen-Schwingversuch 4.3.4 Referenzprüfkörper: Fazit der Ein- und Mehrstufen-Schwingversuche 4.3.5 Zweistufen-Schwingversuche an Prüfkörpern mit Imperfektionen 4.3.6 Im Mehrstufen-Schwingversuch erreichte Lastspielzahlen 4.3.7 Nachweis der Schadensinitiierung - Ansatz zur erweiterten Auswertung der passiven Thermografie 5 Diskussion der Ergebnisse 5.1 Diskussion der statischen Schalenversuche 5.2 Diskussion der Schwingversuche von Schalenprüfköpern 5.2.1 Schadensakkumulationsprozess der Sandwich-Schalenprüfkörper unter Zug-Druck-Wechsellast 5.2.2 Lastspielzahlen: Vergleich Material- und Substrukturen-Versuche 5.2.3 Anstrengung: Vergleich Material- und Substrukturen-Versuche 5.2.4 Angewendete ZfP-Verfahren: Sichtprüfung, passive Thermografie und Felddehnungsmessung 5.3 Diskussion der Skalierung auf die Blattschale realer Rotorblätter 6 Ausblick 7 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Structural optimization of vehicle components for blast mitigation seeks to counteract the damaging effects of an impulsive threat on occupants and critical components. The strong and urgent need for improved protection from blast events has made blast mitigating component design an active research subject. Standard up-armoring of ground vehicles can significantly increase the mass of the vehicle. Without concurrent modifications to the power train, suspension, braking and steering components, the up-armored vehicles suffer from degraded stability and mobility. For these reasons, there is a critical need for effective methods to generate lightweight components for blast mitigation. The overall objective of this research is to make advances in structural design methods for the optimization of lightweight blast-mitigating systems. This thesis investigates the automated design process of isotropic plates to mitigate the effects of blast loading by addressing the design of blast-protective structures from a design optimization perspective. The general design problem is stated as finding the optimum shape of a protective shell of minimum mass satisfying deformation and envelops constraints. This research was conducted in terms of three primary research projects. The first project was to investigate the design of lightweight structures under deterministic loading conditions and subject to the same objective function and constraints, in order to compare feasible design methodologies through the expansion of the problem dimension in order to reach the limits of performance. The second research project involved the investigation of recently developed uncertainty quantification methods, the univariate dimensional reduction method and the performance moment integration method, to structures under stochastic loading conditions. The third research project involved application of these uncertainty quantification methods to problems of design optimization under uncertainty, in order to develop a methodology for the generation of lightweight reliable structures. This research has resulted in the construction of a computational framework, incorporating uncertainty quantification methods and various optimization techniques, which can be used for the generation of lightweight structures for blast mitigation under uncertainty. Applied to practical structural design problems, the results demonstrate that the methodologies provide a practical tool to aid the design engineer in generating design concepts for blast-mitigating structures. These methods can be used to advance research into the generation of reliable structures under uncertain loading conditions inherent to blast events.

Zielstellung des Forschungsprojektes war die Entwicklung eines montagefertigen Verbundsystems aus vorgefertigten Elementen, Verankerungen und Unterkonstruktion zur Umsetzung nachhaltiger Fassadenlösungen. Dabei wurde ein neuer mineralischer Materialverbund mit textiler Verstärkung eingesetzt, der die Fertigung extrem dünnwandiger 3D-geformter Elemente mit hoher Passgenauigkeit gestattet. Das somit eröffnete sehr große Leichtbaupotential geht mit einer starken Gewichtsreduktion einher und ermöglicht damit erhebliche Ressourcen- und Energieeinsparungen. ... / The aim of the research project was the development of an assembly working system consisting of careful elements, anchors and substructure for the development of leading facade solutions. Has become a new mineral composite material with a textile ef ect, which allows the production of extremely narrow-walled 3D high-performance elements with a high degree of accuracy. This means that there is a very great potential for lightweight construction, with a strong weight reduction and thus enables what it is to do. ...

In den letzten Jahren gewinnt der Leichtbau im Bauwesen im Zuge der Ressourceneinsparung wieder stärker an Bedeutung, denn ohne eine deutliche Steigerung der Effizienz ist zukunfts-fähiges Bauen und Wohnen nur schwer zu bewerkstelligen. Optimiertes Bauen, im Sinne der Errichtung und Unterhaltung von Bauwerken mit geringem Einsatz an Material, Energie und Fläche über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg, bedarf des Leichtbaus in punkto Material, Struktur und Technologie. In der vorliegenden Arbeit wird ein wissenschaftlicher Überblick zum aktuellen Stand der eigenen Forschungen in Bezug auf funktionsintegrativen Leichtbau im Bauwesen gegeben sowie erweiterte Methoden und Ansätze abgeleitet, die eine Konzeption, Bemessung und Erprobung von neuartigen Hochleistungs-Tragstrukturen in Leichtbauweise gestatten. Dabei steht die Entwicklung leistungs-starker und zugleich multifunktionaler Werkstoffkombinatio-nen und belastungsgerecht dimensionierter Strukturkomponenten unter dem Aspekt der Gewichtsminimalität in Material und Konstruktion im Fokus. Ein breit gefächertes Eigen-schaftsprofil für \"maßgeschneiderte\" Leichtbauanwendungen besitzen textilverstärkte Ver-bundbauteile, denn sowohl die Fadenarchitektur als auch die Matrix können in weiten Berei-chen variiert und an die im Bauwesen vorliegenden komplexen Anforderungen angepasst werden. In der vorliegenden Arbeit werden hierzu vor allem Methoden und Lösungen anhand von Beispielen zu: multifunktionalen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), funktionsintegrier-ten faserverstärkten mineralischen Tragelemente und Verbundstrukturen in textilbewehrter Beton-GFK-Hybridbauweise betrachtet. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Schaffung von materialtechnischen, konstruktiven und technologischen Grundlagen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Leichtbauidee über Demonstrator und Referenzobjekt bis hin zur technologischen Umsetzung zur Überführung der Forschungsergebnisse in die Praxis. / In the last few years, lightweight construction in the building sector has gained more and more importance in the course of resource saving. Without a significant increase in efficiency, future-oriented construction and resource-conserving living is difficult to achieve. Optimized building, in the sense of the erection and maintenance of buildings with little use of material, energy and surface over the entire life time cycle of a building, requires lightweight design in terms of material, structure and technology. In this thesis, a scientific overview of the current state of research on function-integrative light-weight construction in architecture is presented. Furthermore, advanced methods and research approaches were developed and applied, that allows the design, dimensioning and testing of novel high-performance supporting structures in lightweight design. The focus is on the development of high-performance, multi-functional material combinations and load-adapted structural elements, under the aspect of weight minimization in material and construction. Textile-reinforced composites have a broad range of material properties for optimized \"tailor-made\" lightweight design applications, since the thread architecture as well as the matrix can be varied within wide ranges and can adapted to the complex requirements in the building industry. Within the scope of this thesis, methods and solutions are examined in the field of: multifunc-tional fiber-reinforced plastics (FRP), function-integrated fiber-reinforced composites with mineral matrix (TRC) and textile-reinforced hybrid composites (BetoTexG: combination of TRC and FRP). In this connection the creation of material, structural and technological foundations along the entire value chain is of central importance: From the lightweight design idea to the demonstrator and reference object, to the technological implementation for the transfer of the research results into practice.