Nowadays, the forestry industry still uses heavy machinery damaging both the forest and the soil. The start-up AirForestry is currently developing a sustainable way to thin and harvest trees. With their 6.2m wide electric drone carrying a harvesting tool, they can reach, thin, cut and carry trees without the need for access roads. Naturally, the drone needs to be as lightweight as possible to increase its endurance and operation range. Therefore, the first version of the drone was manufactured before the thesis with a carbon fibre laminate.  The purpose of this thesis is to study and optimize the composite structure of the drone. The first step is to characterize the existing design through experiments and simulations using the software ANSYS. Static bending loads, free vibrations, and forced vibrations are investigated against a set of predefined design requirements. This study shows that the contact surfaces between each arm and with the motor holders have high-stress concentrations compared to the rest of the arm. This means that most of the arm can be made thinner to lessen the weight with some extra reinforcement on those problematic areas.  The second step is to optimize the laminate to decrease the weight of the structure. A preliminary optimization was made and manufactured at the beginning of the thesis with strict limitations on the choice of the lamina or available thicknesses. Similar bending and vibration experiments and simulations are conducted on the new design to compare it with the older model. While the mass was expected to decrease by about 30 $\%$, the final measured weight of the arms indicates a drop of only 15 $\%$ of the mass. The model is then optimized further with more freedom in the design variables. Several variables are successively optimized: the material choice for the laminae, the thickness then of the laminae, and the angles of the plies. The mass of the structure with the final laminate has an expected decrease in mass of 45$\%$, saving more than 12kg in total / I dag använder skogsindustrin fortfarande tunga maskiner som skadar både skogen och marken. Det nystartade företaget AirForestry utvecklar för närvarande ett hållbart system för att gallra och skörda träd: en 6,2 meter breda elektriska drönare som bär ett avverkningsverktyg. Med den kan de nå, gallra, avverka och bära träd utan att behöva använda tillfartsvägar. Naturligtvis måste drönaren vara så lätt som möjligt för att öka dess uthållighet och räckvidd. Därför tillverkades den första versionen av drönaren före examensarbetet med ett kolfiberlaminat.  Syftet med detta arbete är att studera och optimera drönarens kompositstruktur. Det första steget är att karakterisera den befintliga konstruktionen genom experiment och simuleringar med hjälp av programvaran ANSYS. Statiska böjningsbelastningar, fria vibrationer och påtvingade vibrationer undersöks med avseende på en uppsättning fördefinierade konstruktionskrav. Det andra steget är att optimera laminatet för att minska strukturens vikt. En preliminär optimering gjordes och tillverkades i början av arbetet med strikta begränsningar för valet av lamina eller tillgängliga tjocklekar. Liknande böjnings- och vibrationsexperiment och simuleringar utförs på den nya konstruktionen för att jämföra den med den äldre modellen. Även om massan förväntades minska med cirka 30 $\%$, visar den slutliga uppmätta vikten på armarna att den endast minskat med 15 $\%$. Modellen optimeras sedan ytterligare med större frihet i konstruktionsvariablerna. Flera variabler optimeras successivt: materialvalet för lamellerna, lamellernas tjocklek och vinklarna på skikten. Strukturen med det slutliga laminatet får då en förväntad minskning av massan med 45 $\%$, vilket innebär en total besparing på mer än 12 kg.

Cellular structures are present from the atomic level all the way up to patterns found in human skeleton. They are prevailing structures in the nature and known for their excellent mechanical, thermal, and acoustic properties. Two typical types of cellular structures, lightweight structures and compliant mechanisms, are investigated. Lightweight structures are rigid and designed to reduce weight, while increasing strength and stiffness. Compliant mechanisms are designed to transform motions and forces. Most available artificial lightweight structures are patterns of primitives. However, the performance of lightweight structures can be enhanced by using adaptive cellular structures with conformal strut orientations and sizes, like the trabeculae in femoral bone. Bending, torsion, and nonlinear behaviors of compliant mechanisms have not been sufficiently studied. In order to design adaptive cellular structures, a new unit cell, the unit truss is proposed. The unit truss approach facilitates the design of adaptive cellular structures for enhanced mechanical properties via geometric modeling, finite element analysis, shape optimization, and additive fabrication. Four research questions, which address representation, structural analysis, design synthesis, and manufacturing respectively, are raised and answered. Unit truss enables representation and mechanics analysis for adaptive cellular structures. A synthesis method using engineering optimization algorithms is developed to systematically design adaptive cellular structure. Two examples, graded cellular structure for prosthesis and compliant mechanism for morphing wings, are studied to test the unit truss approach.

Master´s thesis deals with some problems associated with utilisation of lightweight concrete from the porous aggregates in the load – carrying structures. The thesis focuses on the possibilities of the increase of the cement composites toughness using dispersed reinforcement. Lightweight concretes were reinforced with a combination of different lengths of polypropylene fibers Forta Ferro. There were used polypropylene fibers of three lengths 19, 38, 54 mm. The thesis is divided into theoretical, experimental and static part.

Das 1K- und das 2K-Spritzgießverfahren dienen zur Herstellung thermoplastischer Sandwichstrukturen, deren Deck- und Kernschicht aus einer kurzglasfaserverstärkten Polypropylen-Folie sowie entweder kompaktem oder geschäumtem Polypropylen besteht. Zudem erfolgt die Herstellung der Schäume durch das CELLMOULD®-Verfahren mit einem physikalischen Treibmittel. Eine geeignete kurzfaserverstärkte PP-Folie wird aufgrund ihrer mikroskopischen, rheologischen und mechanischen Eigenschaften ausgewählt. Beim Schaumspritzgießen ermittelt die Drei-Wege-ANOVA den Einfluss der Werkzeugtemperatur, der Eingasungsmenge und der Einspritzgeschwindigkeit auf die Dichte sowie die Zelldichte und die Zellgröße der eingespritzten Schäume. Funktional gradierte Sandwichstrukturen lassen sich durch die Mikrostruktur-untersuchung evaluieren. Die mechanischen und spezifischen mechanischen Eigenschaften der eingespritzten Proben werden in der Arbeit durch die Biegeprüfung bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich faserverstärkte konventionelle PP-Folien mit 30 Gew.-% am besten für die Deckschichten eignen. Beim Schaumspritzgießen beeinflusst lediglich die Werkzeugtemperatur die Zelldichte und die Zellgröße. Funktional gradiertes Material ergibt sich bei der Sandwichstruktur, die durch 1K-Spritzgießen hergestellt wird. Aufgrund des Vorhandenseins einer geschäumten Lage, kompakter Lagen und kurzglasfaserverstärkter Lagen findet die Gradierung sich von der Mitte bis zu den Rändern der Proben statt. Das Vorhandensein von Schaumstrukturen verringert den Biegemodul und die Biegefestigkeit. Die Biegedehnung bei maximaler Biegespannung nimmt signifikant mit den vorhandenen Glasfasern ab. Die Sandwichstrukturen führen lediglich zur Erhöhung des Biegemoduls und der Biegefestigkeit gegenüber kompaktem und geschäumtem PP. Die Biegedehnung bei maximaler Biegespannung verhält sich bei den Sandwichstrukturen umgekehrt zum Biegemodul und der Biegefestigkeit. Beim Vergleich mittels unterschiedlicher Spritzgießverfahren produzierter Sandwichstrukturen haben die durch das 1K-Spritzgießverfahren hergestellten Proben einen niedrigeren Biegemodul und eine geringere Biegefestigkeit als die durch das 2K-Spritzgießverfahren produzierten. Jedoch zeigen die Sandwichstrukturen aus dem 1K-Spritzgießverfahren mit geschäumtem Kern den höheren spezifischen Biegemodul und die höhere spezifische Biegefestigkeit in Y-Richtung im Vergleich zu jenen aus dem 2K-Spritzgießverfahren. Außerdem weisen die verschiedenen Versagensarten der Sandwichstrukturen bei der Biegeprüfung und der Bestimmung der interlaminaren Scherfestigkeit keine Delamination zwischen Deck- und Kernschicht auf. Bei der Berechnung durch den modifizierten Gonzales-Ansatz und die Paralleltheorie zeigt sich, dass der E-Modul der Schäume und der Sandwichstrukturen fast identisch mit jenem aus den Experimenten ist. Allerdings ist die Berechnung der faserverstärkten Proben nicht möglich, daher wird der E-Modul aus den Experimenten verwendet, um die Durchbiegung im Rahmen einer Balkentheorie zu bestimmen. Die nahezu identische Durchbiegung aus dem Experiment und der Berechnung lässt sich auch durch die Euler-Bernoulli-Balkentheorie nachweisen. Die Arbeit zeigt auf, dass die Sprünge in der Steifigkeit und Festigkeit in jeder Lage von 1K-und 2K-spritzgegossenen Sandwichstrukturen abnehmen. Auf diese Weise lässt sich die Vermeidung der Delamination zwischen Deck- und Kernschicht erreichen. Die Dichte und die Materialmenge der Sandwichstrukturen reduzieren sich ohne signifikante Abnahme des spezifischen Biegemoduls und der spezifischen Biegefestigkeit. Mit der Verwendung von mechanischen Eigenschaften von Teilkomponenten der Sandwich-struktur können die Biegeeigenschaften der gradierten Sandwich-strukturen durch eine Berechnung vorausgesagt werden.:1 Einführung 2 Stand der Technik 3 Motivation und Ziel 4 Versuchsdurchführung 5 Ergebnisse und Diskussion 6 Zusammenfassung und Ausblick / The 1-component and 2-component injection moulding processes are employed to produce thermoplastic sandwich structures of which the skin and core layers comprise a short glass fibre-reinforced polypropylene film and either compact or foamed polypropylene, respectively. In addition, the foams are produced using the CELLMOULD® process with a physical blowing agent. A suitable short fibre reinforced PP film is selected on the basis of its microscopic, rheological and mechanical properties. In foam injection moulding, the three-way ANOVA determines the influence of the mould temperature, gas content and injection speed on the density as well as the cell density and cell size of the injected foams. Functionally graded sandwich structures can be proven by using the microstructure investigation. The mechanical properties and specific mechanical properties of the injected samples are determined by the three-point bending test. The results show that fibre-reinforced conventional PP films with 30 wt% are the most suitable for the skin layers. In the case of foam injection moulding, only the mould temperature influences the cell density and cell size of the injected foams. Functionally graded material results from the sandwich structure, which is produced by 1-component injection moulding process, because a foamed layer, compact layers and short glass fibres reinforced layers occur from the middle to the edges of these samples. The presence of foam structures reduces the flexural modulus and the flexural strength. The bending elongation at maximum bending stress decreases significantly with the existing glass fibres. The sandwich structures only increase the flexural modulus and the flexural strength compared to compact and foamed PP. The bending elongation at maximum bending stress behaves in the opposite way in the sandwich structures compared to the flexural module and the flexural strength. When comparing sandwich structures produced using different injection moulding processes, the sandwich structures produced by the 1-component injection moulding process have a lower flexural modulus and a lower flexural strength than those produced by the 2-component injection moulding process. However, the sandwich structures with foamed core from the 1-component injection moulding process show the higher specific flexural modulus and the higher specific flexural strength in Y-direction compared to those in the same direction from the 2-component injection moulding process. In addition, the various types of failure of the sandwich structures during the bending test and the determination of the interlaminar shear strength provide no delamination between the skin and core layers. The calculation suggests that the modulus of elasticity of the foams and the sandwich structures, calculated by the modified Gonzales approach and the parallel theory, respectively, is almost identical to that from the experiments. Nevertheless, the calculation of the fibres-reinforced samples cannot be achieved, hence, the modulus of elasticity of the fibres-reinforced samples from the experiments is used to determine the deflection based on a beam theory. The almost identical deflection from the experiment and the calculation can also be demonstrated by the Euler-Bernoulli beam theory.The work shows that the significant change in rigidity and strength decrease in each layer of 1-component and 2-component injection moulded sandwich structures. Thus, the avoidance of delamination between the skin and core layers can be achieved. The density and the amount of material in the sandwich structures are reduced without a significant decrease in the specific flexural modulus and the specific flexural strength. With the use of mechanical properties of subcomponents of the sandwich structure, the bending properties of the graded sandwich structures can be predicted by a calculation.:1 Einführung 2 Stand der Technik 3 Motivation und Ziel 4 Versuchsdurchführung 5 Ergebnisse und Diskussion 6 Zusammenfassung und Ausblick