I detta arbete har utformningen av ett kölskydd av metall för segelbåtar tagits fram. Kölskyddet som framtagits monteras längst ner på kölen. Syftet är att minska krafterna som verkar på båten vid en grundstötning genom att ta upp en del av rörelseenergin genom plastisk deformation. Vid utformningen av kölskyddets struktur har en metod för topologioptimering använts där målet varit att få så hög töjningsenergi (IED) i strukturen som möjligt. En heuristisk lösningsmetod där ineffektiva element tas bort ur strukturen har använts. Lämpliga material har undersökts och utvärderats utifrån mekaniska egenskaper samt motståndskraft mot korrosion i havsmiljö. Arbetet har resulterat i ett designförslag på en struktur av aluminium 5086 som enligt beräkningar kan absorbera 5 kJ energi. Detta motsvarar, för en båt som väger fyra ton, en minskning av energin som överförs till kölen på ca 10 %.

<p>Den här rapporten handlar om det examensarbete som utförts mot Volvo 3P genom forskningsprojektet Viktor. Viktor är ett projekt som ska visa möjligheten med virtuell produktframtagning av gjutna komponenter. Volvo 3P är ett företag som utvecklar lastbilar. Uppgiften har varit att visa möjligheten att använda topologioptimering som ett verktyg i konstruktionsfasen. Detta har gjorts med hjälp av ett case som erhållits från Volvo 3P. Ett nytt koncept för en av deras lastbilsnav har tagits fram. Konceptet visar på högre styvhet och en lägre spänningsnivå än dagens originalnav. Konceptet hade förmodligen aldrig uppkommit om det inte hade varit för topologioptimeringen. Rapporten behandlar de steg som utförs vid en topologioptimering med programvaran Altair Hypermesh Optistruct. För att verifiera de resultat som erhållits från topologioptimeringen har koncepten analyserats i Abaqus. Rapporten tar även upp begränsningar och svårigheter som användaren kan komma att stöta på under arbetets gång.</p> / <p>This report documents the final project which has been performed in collaboration with Volvo 3P through the science project named Viktor. Viktor is a project which will show the opportunities with virtual product development of cast iron products. Volvo 3P is a company which among other things develops trucks. The task has been to show opportunities with topology optimization as a tool in the construction phase. This has been done with help from a case that has been received from Volvo 3P. A new concept for one of their hubs has been developed. The concept shows greater stiffness and a lower stresses compared to the original hub. The concept would probably not have been developed without using topology optimization. This report concerns the multiple steps which are used to perform optimization with the computer program Altair Hypermesh Optistruct. To verify the results which has been received from the topology optimization Abaqus has been used as a FE-tool. The report also contains the limits and difficulties which can occur during the process</p>

Den här rapporten handlar om det examensarbete som utförts mot Volvo 3P genom forskningsprojektet Viktor. Viktor är ett projekt som ska visa möjligheten med virtuell produktframtagning av gjutna komponenter. Volvo 3P är ett företag som utvecklar lastbilar. Uppgiften har varit att visa möjligheten att använda topologioptimering som ett verktyg i konstruktionsfasen. Detta har gjorts med hjälp av ett case som erhållits från Volvo 3P. Ett nytt koncept för en av deras lastbilsnav har tagits fram. Konceptet visar på högre styvhet och en lägre spänningsnivå än dagens originalnav. Konceptet hade förmodligen aldrig uppkommit om det inte hade varit för topologioptimeringen. Rapporten behandlar de steg som utförs vid en topologioptimering med programvaran Altair Hypermesh Optistruct. För att verifiera de resultat som erhållits från topologioptimeringen har koncepten analyserats i Abaqus. Rapporten tar även upp begränsningar och svårigheter som användaren kan komma att stöta på under arbetets gång. / This report documents the final project which has been performed in collaboration with Volvo 3P through the science project named Viktor. Viktor is a project which will show the opportunities with virtual product development of cast iron products. Volvo 3P is a company which among other things develops trucks. The task has been to show opportunities with topology optimization as a tool in the construction phase. This has been done with help from a case that has been received from Volvo 3P. A new concept for one of their hubs has been developed. The concept shows greater stiffness and a lower stresses compared to the original hub. The concept would probably not have been developed without using topology optimization. This report concerns the multiple steps which are used to perform optimization with the computer program Altair Hypermesh Optistruct. To verify the results which has been received from the topology optimization Abaqus has been used as a FE-tool. The report also contains the limits and difficulties which can occur during the process

“Development of a solar car body” is a bachelor thesis done at Jönköping University by two students studying mechanical engineering with a focus on product development and design. The project has been done for JU Solar Team, an organization where student develop and build a solar powered electric car with which they then use in the competition Bridgestone World Solar Challenge. The body of the 2019 solar car is made from a carbon fiber monocoque which means that the body and chassis is made from one integrated component. This type of construction is both costly and complex and it has created a lot of trouble in the post processing of the body after it is received from the developer. The following report is explaining a conceptual development process of module-based body construction. The purpose is to simplify the development and allow for easier modification. Furthermore, the aim of the project has been to make it possible to move most of the production in-house at Jönköping University and show a concept that JU Solar Team can use in the development of upcoming solar car projects. Initially the project studied earlier CFD-simulations that has been made on the solar car from 2019 which was used as a basis for dividing the car into different modules. Since the aim was to make it possible to move the production in-house at Jönköping University it was deemed that 3D-printing was a plausible method for this, which the rest of the project was based upon. Conventional product development methods were then used to generate possible solutions that developed into a finished concept. Different types of methods for joining modules together have been explored which meet the defined criteria. Since a low weight that maximizes energy efficiency is essential when designing a car like this, a topology optimization process was used to study where material could be removed. This optimized construction was then verified by studying the static stress in the body, as well as comparing different materials based on weight, maximum stress and safety factors. The project resulted in a topologically optimized and module-based prototype where 30% of the original volume has been removed. The report ends with recommendations of materials and joining techniques as well as comments for further development of upcoming solar car projects. / ”Konceptutveckling av solbilskaross” är ett examensarbete utfört vid Jönköpings Tekniska Högskola inom utbildningen maskinteknik, produktutveckling och design. Projektet har genomförts i samarbete med JU Solar Team, en organisation där studenter utvecklar och tillverkar en soldriven elbil som medverkar i tävlingen Bridgestone World Solar Challenge. 2019 års solbilskaross är av en kolfiber-monocoque konstruktion vilket innebär att kaross och chassi är integrerat i en komponent. Denna konstruktion har skapat begränsningar vid efterhandskonstruktioner samt medfört en komplex och resurskrävande tillverkning. Följande rapport behandlar en konceptutvecklingsprocess av en modulbaserad karosskonstruktion med syfte att underlätta vid produktförändringar samt simplifiera tillverkningen. Vidare har projektets mål även varit att möjliggöra en tillverkning vid Jönköping University och påvisa ett koncept som JU Solar Team kan utnyttja till kommande solbilsprojekt. Inledningsvis i projektet analyserades tidigare CFD-simuleringar av 2019 års solbil vilket lade grunden för modulindelningen av karossen. Med anledning av att möjliggöra en tillverkning vid Jönköping University bedömdes additiv tillverkning vara en tillämplig metod vilket projektet sedermera utgick ifrån. Konventionella produktutvecklingsmetoder tillämpades för att generera lösningsförslag som sedan kunde bedömas och vidareutvecklas. Olika sammanfogningstekniker undersöktes för att studera hur de framtagna modulerna kan monteras baserat på uppsatta kriterier. Eftersom en låg strukturvikt är essentiellt för att maximera energieffektiviteten genomfördes en topologioptimeringsprocess för att studera var material kan avlägsnas. Den optimerade konstruktionen verifierades sedan genom spänningsberäkningar och analys av olika material baserat på vikt, maxspänning och säkerhetsfaktor. Projektet resulterade i ett topologioptimerat och modulbaserat koncept av karossen där 30% av ursprungsvolymen har avlägsnats. Rapporten avslutas med rekommendationer av materialval och sammanfogningsmetod, samt kommentarer för vidare arbete till kommande solbilsprojekt.

Ålö is a supplier of products for agricultural tractors. They mainly develop and manufacture front loaders, which traditionally are used to handle hay, but today are employed also in various other application areas. Ålö's products revolve around the front loader, where one of the products is the subframe. The subframes are the mechanical adjustment required for the front loaders to fit different tractors. The design of the subframe can sometimes be difficult to develop since it is limited by the tractor and its attachment points. The Product Integration Department at Ålö wants to investigate a software called Generative Design to facilitate the process of developing new subframes. Three different tractor models with a plate-like geometry are investigated. In addition, a tractor model for which an alternative casting subframe should be developed is investigated. A total of three different methods for the development of subframes are applied. For two of the methods, separate load cases need to be simulated on the two different parts of the subframe. The load cases used for the simulations are obtained by hand calculation. For each method, the time it takes from modelling to optimized design is investigated. In addition, information about other optimization programs is obtained. The result of this project is that the software has too few adjustment possibilities and that the generated design becomes too complex to be successfully used in the development of new subframes with sheet structure. However, an optimized cast design was developed, which provides a weight reduction of 17 kg. The total time of the design process, from the introduction of scanned data to the final subframe concept, is about six hours. Two topology optimization programs are considered better suited for the project and a further study is recommended to explore the software Altaire Inspire. / Ålö är en leverantör av produkter till jordbrukstraktorer. De utvecklar och tillverkar i huvudsak frontlastare som i grunden används för att hantera hö, men som idag har flera olika användningsområden. Ålös produkter kretsar runt frontlastaren där en av produkterna är fundament. Fundamenten är den mekaniska anpassningen som krävs för att frontlastare ska passa till olika traktorer. Designen för fundamenten kan ibland vara svår att ta fram då konstruktionen är begränsad av traktorn och dess infästningspunkter. Avdelningen Produktintegration på Ålö vill undersöka om programmet Generative Design kan underlätta proceduren att ta fram nya fundament. Vid Projektarbetet så utvärderas tre olika traktormodeller där designen ska ha en plåtliknande geometri. Utöver det så undersöks en traktormodell där ett alternativt gjutet fundament ska framtas. Totalt tre olika metoder för framtagning av fundament appliceras. För två av metoderna så krävs det att separata lastfall simuleras på de två olika delarna av fundamentet. Lastfallen som används vid simulering framtas genom handberäkning. En tidsredovisning framtas från modellering till optimerad design och information om andra optimeringsprogram erhålls. Det projektet resulterat i är att Generative Design har för få inställningsmöjligheter och att den genererade designen blir för komplex för att kunna användas vid framtagning av nya fundament som har plåtstruktur. Däremot så har en optimerad gjuten design framtagits vilket ger en viktbesparing på 17 kg jämförd med den nuvarande designen. Tidsredovisningen ger en sammanlagd tid på sex timmar från införandet av inskannad data till konceptfundament. Två topologioptimeringsprogram anses bättre lämpad för projektet och en vidare undersökning rekommenderas inom mjukvaran Altaire Inspire.

The construction industry plays a crucial role in promoting more sustainable development and reducing greenhouse gas emissions. Concrete is the most commonly used building material and its manufacturing is a significant source of carbon dioxide emissions. There are many ways to reduce the climate impact of concrete, and one such method is topology optimization.  This study investigates how topology optimization can reduce the carbon footprint of concrete foundations. To do so, a comparison will be made between a topology-optimized foundation and a non-optimized foundation made of climate-improved concrete to evaluate their climate impact. The study aims to assess the sustainability benefits of the optimized foundation in order to promote a more sustainable construction industry.  To investigate this, a literature study was conducted first to understand the subject and plan the project. Then, RFEM modeling and manual calculations were performed to obtain values and geometry of the foundation. After that, the foundation was modeled and optimized in FreeCAD using a Python code.  Through topology optimization, the mass is reduced by 60%. The difference in CO2 equivalents was found to be 52% between the topology-optimized foundation and the original foundation, while the difference in CO2 equivalents was 40% between the climate-improved foundation and the topology-optimized foundation. This leads to reduced material costs and reduced carbon dioxide equivalents during manufacturing. This can also have positive effects such as reduced energy demand and reduced waste. However, it is important to note that the optimization process depends on correct boundary conditions and that the optimization algorithm does not take into account practical limitations, which can lead to suboptimal solutions.  In conclusion, topology optimization can be a useful tool for creating efficient and environmentally friendly solutions in the construction industry by using topology optimization as a means to identify where in the foundation material can be reduced, which in turn reduces carbon dioxide emissions and promotes a more sustainable environment.

Examensarbetet har genomförts inom området produktutveckling på institutionen för ingenjörsvetenskap. Delar av arbetet utfördes på produktionstekniskt centrum (PTC).Examensarbetet innefattar undersökning av den kombinerande användningen av topologioptimering och svetsbaserad additiv tillverkning (WAAM) mot en pendelarm från ett bandsystem. Utifrån arbetets syfte skulle följande frågeställningar besvaras: Hur fungerar topologioptimering och WAAM? Hur genomförs topologioptimering med Autodesk Inventor? Går det kombinera topologioptimering och WAAM på ett effektivt sätt? Måste optimerade objekt justeras manuellt för att kunna produceras i den givna WAAM processen? Vidare sattes ett teoretiskt ramverk på WAAM processen, topologioptimering och FEM-analys för att kunna besvara de frågeställningar som angivits. Detta gjordes med målet att få en djupare förståelse för de olika koncepten och hur de används i praktiken. Tillsammans med uppdragsgivaren studerades den produktionsrigg som användes i arbetet samt sattes hållfasthetskrav, verkande krafter och mått på pendelarmen. När dessa punkter var fastställda påbörjades optimeringsprocessen på pendelarmen vilket gjordes med Autodesk Inventor.Optimeringsprocessen bestod av FEM-analys, topologioptimering samt slutgiltig bearbetning mot WAAM processen. Även en kort genomgång av tillverkningsprocessens beredningsparametrar presenteras. Från arbetets syfte formulerades även tre punkter som beskriver att arbetet skulle resultera i En topologioptimerad och tillverkningsmöjlig pendelarm. Analysering mellan den icke optimerade och den optimerade pendelarmen. En analysering av hur topologioptimeringen och WAAM kombineras med hänsyn till angivna begränsningar och krav. I resultatet analyseras den digitala och fysiska modellen utifrånde angivna punkterna, även optimeringsmetodiken analyseras också utifrån implementeringsförmågan och användarvänligheten. Metoden som används i arbetet visar sig vara mycket användbar vid denna form av optimeringsproblem som innefattar enstaka komponenter av lägre geometrisk komplexitet. Slutligen diskuterades olika aspekter från arbetet och hur eventuell förbättring eller utveckling kan implementeras. En reflekterande slutsats ges också utifrån de frågeställningar som presenterades i arbetets början och hur väl de har besvarats / This Bachelor thesis has been carried out in the field of product development in the Department of Engineering. Parts of the thesis was carried out at the Production Technology Centre (PTC). The thesis includes investigation of the combined use of topology optimization and Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) applied on a linking arm for a track system. Based on the purpose of the work, the following questions will be answered: How do topology optimization and WAAM work? How is topology optimization carried out with AutodeskInventor? Is it possible to combine topology optimization and WAAM effectively? Do optimized objects need to be adjusted manually to be produced in the given WAAM process? Furthermore, a theoretical framework was set for the WAAM process, topology optimization and FEM analysis to be able to answer the questions that have been stated previously. This was done with the aim of gaining a deeper understanding of the different concepts and how they are used in practice. Together with the client, the production rig used in the work was studied and strength requirements, acting forces and dimensions of the linking arm were established. Once these points were established, the optimization process on the linking arm begun, which was done in Autodesk Inventor. The optimization process consisted of FEM analysis, topology optimization and final processing towards the WAAM process. A brief review of the manufacturing process's preparation parameters is also presented. From the purpose of the work, three points were also formulated that describe that the work should result in a topology-optimized and manufacturing-possible linking arm. Analysis between the non optimized and the optimized linking arm. An analysis of how the topology optimization and WAAM are combined with regards to specified limitations and requirements. In the results section, the digital and physical model is analysed based on the specified points, the optimization methodology is also analysed based on the implementation ability and user-friendliness. The method used in the work proves to be very useful in this form of optimization problems which include individual components of lower geometric complexity. Finally, various aspects of the work were discussed and how any improvement or developments can be implemented. A reflective conclusion is given based on the questions presented at the beginning of the work and how well they have been answered.

Additive manufacturing methods has been prevailing for several decades and the recent technological advancements brings in the flexibility and consideration for large-scale production in the industries. The components manufactured with these methods have wide variety of applications and therefore, it is crucial to investigate the mechanical performance of the printed parts. There have been many researches done to investigate the mechanical behaviour of polymer material but the studies are limited when it comes to the fatigue performance of the polymer parts printed using multi-jet fusion technology. The aim of the master thesis is to investigate the fatigue behaviour of polyamide12 (PA12) material with the components manufactured using HP’s multi-jet fusion 3D printing machine. Fatigue life is influenced by several factors such as the loading condition, the topology of the specimen, material properties, print quality and the environmental conditions. It is therefore essential to consider all these factors when developing the experiments for fatigue life prediction. The master thesis work can be divided into three sections. The first section focuses on evaluating the mechanical properties of polyamide12. This includes the quasi-static test for determining the tensile properties of specimens with the geometrical influence, the difference in properties in relation to the print directions, the influence of humidity and porosity over the mechanical performance of the material and finally the effect of internal heat generation and the surrounding temperature. The results show that the temperature and the quality of the specimens are the two major factors affecting the mechanical and fatigue performance of PA12. That being said, the next section focuses on setting up the fatigue experiments based on the data obtained from the static tests. When carrying out the experiment, both the test frequency and the surrounding temperature were foundto have a greater impact over the fatigue results. High test frequency showed a dramatic increase in the temperature of the specimen which caused an early failure. Hence, the experiments were developed in such a way that the influence of the thermal fatigue can be ignored by controlling the temperature of the specimen through a compressed air cooling system. The final section presents the findings, the conclusions about the material behaviour and the development of a finite element model to predict the fatigue life of a topology optimised demonstrator part using the data gathered from the experiments. / Additiva tillverkningsmetoder har använts i flera decennier och de senaste tekniska framstegen möjliggör flexibilitet och storskaliga produktionsprocesser. Komponenter tillverkade med dessa metoder har många olika tillämpningar inom industrin och därför är det avgörande att undersöka de tillverkade materialens mekaniska prestanda. Det har gjorts många undersökningar av det mekaniska beteendet hosmaterial som metaller och polymerer, men studierna är begränsade när det gäller utmattnings prestandan hos detaljer som tillverkats med multi-jet fusionsteknik.  Syftet med examensarbetet är att undersöka utmattnings beteendet hos polyamid-12 (PA12) tillverkat med hjälp av HP multi-jet fusion 3D-utskriftsteknik. Utmattnings livslängden påverkas av flera parametrar såsom belastnings tillståndet, provets topologi, materialegenskaper, utskrifts kvalitet och miljöförhållanden. Det är därför viktigt att ta hänsyn till alla dessa faktorer när man utvecklar experimenten för utmattnings karakterisering. Examensarbetet kan delas in i tre avsnitt. Det första avsnittet fokuserar på att utvärdera de mekaniska egenskaperna hos PA12. Detta inkluderar kvasi statisk provning för att bestämma drag egenskaperna hos prover med olika geometrier, skillnaden i egenskaper i förhållande till utskrifts riktningarna, inverkan av fukt och porositet på materialets mekaniska prestanda och slutligen effekten av yttre temperatur. Resultaten visar att temperaturen och kvaliteten på proverna är de faktorer som har störst inverkan på den mekaniska prestandan hos PA12. Med detta som utgångspunkt fokuserar nästa avsnitt på att sätta upp utmattnings experimenten baserat på data som erhållits från de statiska testerna. Under utformningen av experimenten visade sig test frekvensen och den omgivande temperaturen ha en stor inverkan på utmattnings resultaten. Hög test frekvens bidrog till en dramatisk ökning av temperaturen hos provet vilket resulterade i tidigt brott. Experimenten utformades därför på ett sätt så att termisk inverkan kan undvikas, genom att kontrollera provets yttre temperatur med ett trycklufts kylsystem. Det sista avsnittet presenterar resultaten, slutsatser om materialets beteende och utvecklingen av en finita element modell för att förutsäga utmattnings livslängden för en topologioptimerad demonstratören med hjälp av data som samlats in från experimenten.

Detta arbete inriktar sig på bockning av plåt med hjälp av utskrivna verktyg(knivar). Dessa verktyg har som mål att bocka ett flertal 4 mm plåtar utan att deformeras och ge ett liknande resultat som ett verktyg av stål skulle ha gjort. Målet är att minska mängden material som används i ett bockningsverktyg. Det skulle sänka vikten och kostnaden samt förbättra arbetsmiljön för de som arbetar med att byta verktyg. Man vill ta reda på nackdelar och fördelar som eventuellt uppstår av att använda additiv tillverkning i denna miljö.  Dessa tas fram med hjälp av dataanalyser av material och med ett simulerat lastfall. De skrivs ut med hjälp av en 3d-skrivare och testas genom att pressas ihop i en maskin kallad för INSTRON som ger mätvärden att analysera. Flera mindre prototyper testas och en slutlig prototyp skrivs ut i fullskalig storlek. Dessa presenteras och testas hos företaget Jonsson och Paulsson tills ett godtagbart verktyg är färdigt. Projektet lyckades med detta och verktyget klarade av mål och syfte. / This work focuses on bending sheet metal using printed tools (punch). These tools aim to bend a number of 4 mm sheets without deforming and give a similar result as a steel tool would have done. The goal is to reduce the amount of material used in a bending tool. It would reduce weight and cost and improve the working environment for those working on changing tools. One wants to find advantages and disadvantages that may arise from using additive manufacturing in this environment. These are produced using data analyzes of materials and with a simulated load case. They are printed using a 3d printer and are tested by being pressed together in a machine called INSTRON that provides metrics to analyze. Several smaller prototypes are tested and a final prototype is printed in full-scale. These are presented and tested at the company Jonsson and Paulsson until a satisfactory tool is ready. The project succeeded in this and the tool met its goals and purposes. / <p>Betygsdatum ?</p>

This thesis explores using multi-scale topology optimization (TO) by utilizing inverse homogenization to automate the adjustment of each unit-cell's geometry and placement in a lattice structure within a pressure vessel (the design domain) to achieve desired structural properties. The aim is to find the optimal material distribution within the design domain as well as desired material properties at each discretized element and use machine learning (ML) to map microstructures with corresponding prescribed effective properties. Effective properties are obtained through homogenization, where microscopic properties are upscaled to macroscopic ones. The symmetry group of a unit-cell's elasticity tensor can be utilized for stiffness directional tunability, i.e., to tune the cell's performance in different load directions.  A few geometrical variations of a chosen unit-cell were homogenized to build an effective anisotropic elastic material model by obtaining their effective elasticity. The symmetry group and the stiffness directionality of the cells’ effective elasticity tensors were identified. This was done using both the pattern of the matrix representation of the effective elasticity tensor and the roots of the monoclinic distance function. A cell library of symmetry-preserving variations with a corresponding material property space was created, displaying the achievable properties within the library. Two ML models were implemented to map material properties to appropriate cells. A TO algorithm was also implemented to produce an optimal material distribution within a design domain of a pressure vessel in 2D to maximize stiffness. However, the TO algorithm to obtain desired material properties for each element in the domain was not realized within the time frame of this thesis.  The cells were successfully homogenized. The effective elasticity tensor of the chosen cell was found to belong to the cubic symmetry group in its natural coordinate system. The results suggest that the symmetry group of an elasticity tensor retrieved through numerical experiments can be identified using the monoclinic distance function. If near-zero minima are present, they can be utilized to find the natural coordinate system. The cubic symmetry allowed the cell library's material property space to be spanned by only three elastic constants, derived from the elasticity matrix. The orthotropic symmetry group can enable a greater directional tunability and design flexibility than the cubic one. However, materials exhibiting cubic symmetry can be described by fewer material properties, limiting the property space, which could make the multi-scale TO less complex. The ML models successfully predicted the cell parameters for given elastic constants with satisfactory results. The TO algorithm was successfully implemented. Two different boundary condition cases were used – fixing the domain’s corner nodes and fixing the middle element’s nodes. The latter was found to produce more sensible results. The formation of a cylindrical outer shape could be distinguished in the produced material design, which was deemed reasonable since cylindrical pressure vessels are consistent with engineering practice due to their inherent ability to evenly distribute load. The TO algorithm must be extended to include the elastic constants as design variables to enable the multi-scale TO.