This thesis deals with the design of steering holder for a race car in the category Formula Student using topology optimisation and analysis of this design. The objective of this thesis is gaining knowledge about topology optimisation and application of this knowledge to the design of a replacement of the steering gearbox and its holder.

One of the major health problems in western societies is back pain, with a prevalence rate of 49%–80%. In many cases, the back pain is due to degenerated discs. The gold standard to treat a severely degenerated disc is spinal fusion, where the vertebral disc is replaced with a cage structure. However, fusion cages have a failure rate of 30%, hence the need for further development. The focus of this thesis is to evaluate the combination of calcium phosphate cement with titanium, for a spinal application. Mechanical tests in the form of tensile, compression and 4-point-bending were performed to study the different material properties. The obtained results was applied as material parameters for isotropic linear elastic material models, using ANSYS. This was then used to develop a cage design through topology optimisation which was further evaluated by using Finite Element Analysis. From the tensile testing of the titanium, isotropic behaviour was found. It was also found that a longer mixing time of the cement resulted in poorer mechanical properties of the calcium phosphate, however, no conclusive results were obtained from the 4-point-bending tests. The final cage geometry filled with calcium phosphate was tested under compression to see whether the cage could protect the calcium phosphate or not. MicroCT after the test confirmed that no larger cracks developed during the testing, suggesting that the cage is strong enough to protect the calcium phosphate from mechanical failure.

The automotive industry has witnessed a trend in the recent years of reducing the bulk weight of the vehicle in order to achieve improved ride dynamics and economical fuel consumption. Unfortunately, reducing the bulk weight often compromises the noise, vibra- tion, and harshness (NVH) characteristics of the vehicle. In general, the automotive body panels are made out of thin sheet metals (steel and aluminium) that have a very low bend- ing stiffness. Hence, it becomes important to find countermeasures that will increase the structural stiffness of these thin body panels without affecting their bulk weight. One such countermeasure is to introduce the geometrical indentations on various body panels. The geometrical indentation explained in this thesis is in the shape of elliptical dome, which supports the increase of the structural stiffness whilst keeping the bulk weight constant. The primary reason to choose elliptical domes as the applied geometrical indentation is due to a significant amount of interest shown by Jaguar Land Rover. Moreover, the elliptical domes, because of the nature of its design, can cover a larger surface area with minimal depth, thereby, eliminating the possibility of sharp and pointy indentations. This thesis presents a comprehensive study of the structural-acoustic behaviour of the automotive-type panels with dome-shaped indentations. The ultimate aim of this research is to establish a set of design guidelines in order to produce automotive-type panels with optimised dome-shaped indentations. In order to do so, a new design optimisation strategy is proposed that results in the optimal placement of the required dome-shaped indenta- tions. The optimisation problem addressed in this thesis is unlike a general mathematical problem, and requires specific methodologies for its solution. Therefore, the use of genetic algorithm is observed as the most suitable method in order to tackle this type of design optimisation problem. During the development of the optimisation procedure, the preliminary results show a consistency in the design patterns. This led to the motivation to investigate a few intuitively designed panels, which are inspired by the initial, trial, optimisation results. Therefore, four intuitively designed panels are investigated for their structural-acoustic characteristics. The study of the intuitively designed panels provided essential physical insight into the design optimisation problem, which ultimately defined the guidelines in order to develop the proposed optimisation procedure. This type of optimisation procedure is completely new in the domain of structural-acoustic optimisation. The efficiency of the underlying work lies in the separate investigation of both the structural and the acoustic properties of the panels with various dome-shaped indentations, and then utilising the insights gained in order to develop a specific optimisation algorithm to stream-line the dome-shaped panel design procedure.

In product manufacture and assembly it is important to lower materials usage and assembly timewhile retaining a safety margin against structural failure. In this project the ceiling attachment of theAVPOS offloading arm is redesigned based on objectives identified by Löfs Specialmaskiner. Theoriginal ceiling attachment is analysed using finite element analysis to identify any structuralweaknesses to be addressed during redesign. Based on information gained during the FEA threeconcepts are generated and rated based on their estimated assembly times, material usage, partscount and the cutting length for machining.One concept is selected for further topology optimisation and iterative FEA, where material isremoved from the selected concept design while maintaining safety objectives. The optimised designdeveloped during this project is shown to have a lower number of parts, lower usage of material andassembly time while retaining an overall FOS value of 4.In addition to redesigning the ceiling attachment, alternative bearings are also investigated whichchanges the existing ball bearings to a self-aligning sliding bearing with self-lubricating properties,lowering the machining tolerances as well as lowering the needs for service.This project contributes to lowering material usage and ease of assembly in the product AVPOS thatis manufactured by Löfs Specialmaskiner. The redesigned ceiling attachment along with thesuggested bearings will likely simplify future manufacturing as well as lower any concerns for damageto people and property as a result of structural failure.

In der Dissertation erfolgt die methodische Einbindung von Wirtschaftlichkeitsaspekten und Gestaltungsempfehlungen für das selektive Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) mit der Titanlegierung Ti6Al4V in den Konstruktionsprozess. Hierzu werden Werkzeuge und Methoden erarbeitet um die Wirtschaftlichkeit des EBM-Prozesses anhand bestimmter Entwurfsparameter aus dem Produktentwicklungsprozess zu bewerten, ohne eine konkrete, additive Gestalt entwickeln zu müssen. Zudem werden anhand verschiedener Demonstratoren die Fertigungsgrenzen des Verfahrens speziell an der Titanlegierung Ti6Al4V erprobt. Infolge dessen erfolgt die Eingliederung des EBM Verfahrens in die Allgemein- und Grundtoleranzen sowie die Erarbeitung eines von Gestaltungsempfehlungen und eines umfassenden Konstruktionskataloges. Anhand von 3 Leichtbauanwendungen ist abschließend das Potenzial des EBM in Verbindung mit der Topologie- bzw. Strukturoptimierung dargestellt worden.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 Begrifflichkeiten und Normung der additiven Fertigung 2.2 Das selektive Elektronenstrahlschmelzen 2.2.1 Prozessbeschreibung 2.2.2 Einflussfaktoren auf die Bauteilfertigung beim EBM 2.2.3 Nachbearbeitung 2.3 Produktgestaltung im Kontext der additiven Fertigung 2.3.1 Potenziale bei der additiven Produktgestaltung für EBM 2.3.2 Leichtbau in der Produktentwicklung 2.3.3 Strukturoptimierung in Verbindung mit der additiven Fertigung 2.3.4 Modelldatenerzeugung und deren Umwandlung 2.4 Design for Additive Manufacturing 2.4.1 Gestaltungsregeln der pulverbettbasierten additiven Fertigung 2.4.2 Gestaltungsrichtlinien für EBM 2.4.3 Maß-, Form- und Lagetoleranzen 2.5 Potenzialbewertung und Kostenabschätzung 2.5.1 Potenzialbewertung der additiven Fertigung 2.5.2 Kostenkalkulation 2.6 Zusammenfassung zum Stand der Technik 3 Methode zur Bewertung des EBM als potenzielles Fertigungsverfahren 3.1 Potenzialabschätzung für das EBM 3.1.1 Verfahrenspotenziale des EBM 3.1.2 Verfahrenspotenzialbewertung des Anwenders 3.1.3 Randbedingungen aus dem Produktentwicklungsprozess 3.1.4 Berechnungen des Potenzials 3.1.5 Ergebnis, Handlungsempfehlungen und Validierung 3.2 Bewertung der Wirtschaftlichkeit des EBM 3.2.1 Bauzyklus- und Bauteilherstellungskosten 3.2.2 Ermittlung der maximalen Bauteilanzahl pro Bauzyklus 3.2.3 Material- und Fertigungskosten 4 Erarbeitung geometrischer Grenzen des EBM 4.1 Geltungsbereich der Gestaltungsempfehlungen 4.1.1 Ausgangswerkstoff 4.1.2 Anlagen- und Prozessparameter 4.2 Mess- und Auswertestrategien 4.3 Allgemeine Verfahrensgenauigkeit innerhalb der Anlage 4.3.1 Abweichungen innerhalb des Bauraums der Anlage A2X 4.3.2 Abweichungen innerhalb des Bauraums der Anlage Q20plus 4.3.3 Zwischenfazit 4.4 Minimal mögliche Strukturen beim EBM 4.4.1 Minimaler Zylinderdurchmesser mit Achswinkel 90° zur Bauebene 4.4.2 Minimaler Zylinderdurchmesser mit Achswinkel 45° zur Bauebene 4.4.3 Minimaler Zylinderdurchmesser mit Achswinkel 0° zur Bauebene 4.4.4 Minimaler Bohrungsdurchmesser mit Achswinkel 90° zur Bauebene 4.4.5 Minimaler Bohrungsdurchmesser mit Achswinkel 0° zur Bauebene 4.4.6 Minimale Wandstärke in Baurichtung 4.4.7 Minimaler Spaltabstand in Baurichtung 4.4.8 Winkeltreue an Downskin-Flächen 4.4.9 Minimale Wandstärke überhängender Strukturen 4.4.10 Zwischenfazit und -diskussion 4.5 Pulverentfernung 4.5.1 Versuchsauswertung zur Pulverentfernung 4.5.2 Maßhaltigkeit der Rohröffnungen des Demonstrators 4.6 Überhanguntersuchungen 4.6.1 Kritischer Überhangwinkel 4.6.2 Kritische freitragende Überhanglänge 4.6.3 Zwischenfazit und Diskussion 4.7 Einfluss der Stützstruktur auf die Bauteilqualität 4.8 Minimalmaß lasttragender Strukturen 4.8.1 Festigkeit schmaler Strukturen 4.8.2 Zwischenfazit und Diskussion 4.9 Gestaltungsempfehlungen für EBM 4.9.1 Geometrische Genauigkeit und Allgemeintoleranz des EBM 4.9.2 Konstruktionskatalog für das EBM 4.9.3 Diskussion und Implikation der Ergebnisse 5 Angewandte Strukturoptimierung 5.1 Main Gear Bracket (MGB) 5.1.1 Auslegungsgrundlagen 5.1.2 Strukturoptimierungsprozess 5.1.3 Festigkeitsnachweise 5.1.4 Fertigung 5.2 Formula Student Lenkstockhalter (FSL) 5.3 Flight Crew Rest Compartment Bracket (FCRC) 5.4 Zusammenfassung zur Strukturoptimierung 5.5 Beispielhafte Umsetzung der Kostenabschätzung 6 Zusammenfassung der Arbeit 7 Ausblick 8 Literaturverzeichnis 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis Anlagen / In this dissertation the methodical integration of economic aspects and design recommendations for selective electron beam melting (SEBM) with the titanium alloy Ti6Al4V into the design process is carried out. For this purpose, tools and methods are developed to evaluate the economic efficiency of the EBM process on the basis of certain design parameters from the product development process, without having to develop a concrete, additive design. In addition, the manufacturing limits of the process are tested using various demonstrators, especially on the titanium alloy Ti6Al4V. As a result, the EBM process is integrated into the general and basic tolerances and a design recommendation and a comprehensive design catalogue are developed. Finally, the potential of EBM in connection with topology and structural optimisation was demonstrated on the basis of 3 lightweight construction applications.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 Begrifflichkeiten und Normung der additiven Fertigung 2.2 Das selektive Elektronenstrahlschmelzen 2.2.1 Prozessbeschreibung 2.2.2 Einflussfaktoren auf die Bauteilfertigung beim EBM 2.2.3 Nachbearbeitung 2.3 Produktgestaltung im Kontext der additiven Fertigung 2.3.1 Potenziale bei der additiven Produktgestaltung für EBM 2.3.2 Leichtbau in der Produktentwicklung 2.3.3 Strukturoptimierung in Verbindung mit der additiven Fertigung 2.3.4 Modelldatenerzeugung und deren Umwandlung 2.4 Design for Additive Manufacturing 2.4.1 Gestaltungsregeln der pulverbettbasierten additiven Fertigung 2.4.2 Gestaltungsrichtlinien für EBM 2.4.3 Maß-, Form- und Lagetoleranzen 2.5 Potenzialbewertung und Kostenabschätzung 2.5.1 Potenzialbewertung der additiven Fertigung 2.5.2 Kostenkalkulation 2.6 Zusammenfassung zum Stand der Technik 3 Methode zur Bewertung des EBM als potenzielles Fertigungsverfahren 3.1 Potenzialabschätzung für das EBM 3.1.1 Verfahrenspotenziale des EBM 3.1.2 Verfahrenspotenzialbewertung des Anwenders 3.1.3 Randbedingungen aus dem Produktentwicklungsprozess 3.1.4 Berechnungen des Potenzials 3.1.5 Ergebnis, Handlungsempfehlungen und Validierung 3.2 Bewertung der Wirtschaftlichkeit des EBM 3.2.1 Bauzyklus- und Bauteilherstellungskosten 3.2.2 Ermittlung der maximalen Bauteilanzahl pro Bauzyklus 3.2.3 Material- und Fertigungskosten 4 Erarbeitung geometrischer Grenzen des EBM 4.1 Geltungsbereich der Gestaltungsempfehlungen 4.1.1 Ausgangswerkstoff 4.1.2 Anlagen- und Prozessparameter 4.2 Mess- und Auswertestrategien 4.3 Allgemeine Verfahrensgenauigkeit innerhalb der Anlage 4.3.1 Abweichungen innerhalb des Bauraums der Anlage A2X 4.3.2 Abweichungen innerhalb des Bauraums der Anlage Q20plus 4.3.3 Zwischenfazit 4.4 Minimal mögliche Strukturen beim EBM 4.4.1 Minimaler Zylinderdurchmesser mit Achswinkel 90° zur Bauebene 4.4.2 Minimaler Zylinderdurchmesser mit Achswinkel 45° zur Bauebene 4.4.3 Minimaler Zylinderdurchmesser mit Achswinkel 0° zur Bauebene 4.4.4 Minimaler Bohrungsdurchmesser mit Achswinkel 90° zur Bauebene 4.4.5 Minimaler Bohrungsdurchmesser mit Achswinkel 0° zur Bauebene 4.4.6 Minimale Wandstärke in Baurichtung 4.4.7 Minimaler Spaltabstand in Baurichtung 4.4.8 Winkeltreue an Downskin-Flächen 4.4.9 Minimale Wandstärke überhängender Strukturen 4.4.10 Zwischenfazit und -diskussion 4.5 Pulverentfernung 4.5.1 Versuchsauswertung zur Pulverentfernung 4.5.2 Maßhaltigkeit der Rohröffnungen des Demonstrators 4.6 Überhanguntersuchungen 4.6.1 Kritischer Überhangwinkel 4.6.2 Kritische freitragende Überhanglänge 4.6.3 Zwischenfazit und Diskussion 4.7 Einfluss der Stützstruktur auf die Bauteilqualität 4.8 Minimalmaß lasttragender Strukturen 4.8.1 Festigkeit schmaler Strukturen 4.8.2 Zwischenfazit und Diskussion 4.9 Gestaltungsempfehlungen für EBM 4.9.1 Geometrische Genauigkeit und Allgemeintoleranz des EBM 4.9.2 Konstruktionskatalog für das EBM 4.9.3 Diskussion und Implikation der Ergebnisse 5 Angewandte Strukturoptimierung 5.1 Main Gear Bracket (MGB) 5.1.1 Auslegungsgrundlagen 5.1.2 Strukturoptimierungsprozess 5.1.3 Festigkeitsnachweise 5.1.4 Fertigung 5.2 Formula Student Lenkstockhalter (FSL) 5.3 Flight Crew Rest Compartment Bracket (FCRC) 5.4 Zusammenfassung zur Strukturoptimierung 5.5 Beispielhafte Umsetzung der Kostenabschätzung 6 Zusammenfassung der Arbeit 7 Ausblick 8 Literaturverzeichnis 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis Anlagen

Scania works continuously to develop internal combustion engines and after treatment systems which can achieve low pollutant emissions and high efficiency. A major principal that Scania adopted for this goal is the Simulation Driven Development (SDD) process. Here computer aided simulations aid to develop designs and improve characteristics all the while reducing the iterative prototyping and testing process. Currently, parametric modelling and Design of Experiments (DoE) is a proven and major mode of exploring designs within the various stakeholder fields of development; namely structural, fluid mechanics and acoustics.  Topology optimisation in fluid flow is a new field which promises quick exploration of design spaces. The result of topology optimisation are unintuitive designs that could serve as baseline designs which can further reduce the design process. The objective of the thesis was to explore topology optimisation and investigate a way to incorporate topology optimisation in the design process at Scania CV AB. For this task Tosca Fluid by Dassault Systèmes was chosen for its optimisation capabilities, which uses back-flow as the criteria of optimisation. The case study was conducted based on the MTX diesel one box inlet end-plate which was used as reference. The dimensional constraints of the reference product were used to model and utilise the developed workflow. Since this task involved the use of substrates for exhaust gas filtration, it was imperative to explore uniformity of flow over the substrate as an additional optimisation criterion. The project studied modelling design spaces to satisfy the design criteria and the shortcoming the software currently poses have been documented in this report. The report also mentions the tasks involved in setting up simulation cases to work well with Tosca Fluid. In the current stage of the thesis work it was not possible to incorporate uniformity as an additional criterion and hence fails in using Tosca Fluid to optimise topology for turn volumes involving the use of substrates. / Scania arbetar kontinuerligt med att utveckla förbränningsmotorer och efterbehandlings system som kan uppnå låga föroreningar och hög effektivitet. En viktig princip som Scania antog för detta mål är processen Simulation Driven Development (SDD). Här hjälper datorstödda simuleringar att utveckla mönster och förbättra egenskaper samtidigt som den iterativa prototyp- och testprocessen reduceras. För närvarande är parametrisk modellering och Design of Experiments (DoE) ett beprövat och viktigt sätt att utforska konstruktioner inom de olika intressenternas utvecklingsområden; nämligen konstruktion, fluidmekanik och akustik. Topologioptimering i vätskeflöde är ett nytt område som lovar snabb utforskning av designutrymmen. Resultatet av topologioptimering är icke-intuitiva konstruktioner som kan fungera som baslinjedesigner som ytterligare kan minska designprocessen. Syftet med avhandlingen var att utforska topologioptimering och undersöka ett sätt att integrera topologioptimering i designprocessen på Scania CV AB. För denna uppgift valdes Tosca Fluid av Dassault Systèmes för sina optimeringsmöjligheter, som använder återflöddet som kriterier för optimering. Fallstudien genomfördes baserat på MTX diesel först låda inloppsändplatta som användes som referens. Referensproduktens dimensionella begränsningar användes för att modellera och använda det utvecklade arbetsflödet. Eftersom denna uppgift innebar användning av substrat för avgas filtrering, var det absolut nödvändigt att undersöka flödets enhetlighet som ett ytterligare optimerings kriterium. Projektet studerade modellerings designutrymmen för att uppfylla design kriterierna och den brist programvaran för närvarande har dokumenterats i denna rapport. Rapporten nämner också de uppgifter som är involverade i att skapa simuleringsfall för att fungera bra med Tosca Fluid. I det aktuella skedet av avhandlings arbetet var det inte möjligt att införliva enhetlighet som ett ytterligare kriterium och misslyckas därför med att använda Tosca Fluid för att optimera topologi för sväng volymer som involverar användning av substrat.

L’Optimisation Topologique (OT) est un sujet en plein essor qui suscite l’intérêt de nombreux chercheurs depuis ces deux dernières décennies dans le domaine de l’électromagnétisme. L’OT représente une méthode très attrayante et originale car elle permet de trouver des structures innovantes sans aucun a priori. Ce travail de thèse est orienté vers l’OT des dispositifs électromagnétiques en approfondissant plusieurs aspects du sujet. Tout d’abord, un outil d’OT est développé et testé, à partir des outils existant au L2EP. En effet, l’OT requiert un outil d’éléments finis et un outil d’optimisation devant être couplés. Une méthodologie originale d’OT fondée sur les principes de la Méthode de Densité est développée et testée. Un cas test académique est utilisé afin de tester et valider le couplage des outils et la méthodologie. Une approche visant à prendre en compte le comportement non-linéaire des matériaux ferromagnétiques avec nos outils OT est également mise en place. Ensuite, la méthode est appliquée afin d’optimiser un électroaimant en 3 dimensions, représentant un cas test proche de la réalité. Ce cas test permet de comparer les résultats avec un comportement linéaire et non-linéaire des matériaux. Diverses topologies sont présentées, par rapport aux différentes formulations du problème. Par la suite, la méthodologie est appliquée à un dispositif électromagnétique plus complexe : une Génératrice Synchrone à Pôles Saillants. Cet exemple nous permet de voir comment la définition du problème d’optimisation peut grandement affecter les résultats d’OT. Quelques topologies sont présentées, et leur faisabilité est analysée / Topology Optimisation (TO) is a fast growing topic that has been sparking the interest of many researchers for the past two decades in the electromagnetic community. Its attractiveness lies in the originality of finding innovative structures without any layout a priori. This thesis work is oriented towards the TO of electromagnetic devices by elaborating on various aspects of the subject. First of all, a tool for TO is developed and tested, based on the ‘home-made’ tools available at the L2EP. As TO requires a FE and an optimisation tool working together, a coupling is done using both. Furthermore, a TO methodology is developed and tested, based on the Density Method. An academic cubic test case is used to carry out all the tests, and validate the tools and methodology. An approach is also developed to consider the nonlinear behaviour of the ferromagnetic materials with our TO tools. Afterwards, the methodology is applied to a 3D electromagnet, which represents a more real test case. This test case also serves to compare the results with linear and nonlinear behaviour of the materials used. Various topologies are presented, for different problem formulations. Subsequently, the methodology is applied to a more complex electromagnetic device: a Salient Pole Synchronous Generator. This example allows us to see how the problem definition can largely affect TO results. Some topologies are presented and their viability is discussed

Kundanpassning är ett ökande problem för tillverkare och det gäller även för Zetterbergs därproblemet nu är att konstruera lastbilsprodukter som ska passa till alla kunder vars lastbils-fabrikat varierar. Syftet med studien var att utveckla CAD-modeller för en ljusanordning medbred kundanpassning, lågt komponentantal och mindre skador vid tillämpning.För att utföra arbetet användes teori inom DFM (Design For Manufacturing), regelverk ochde tillverkningsmetoder som fanns till godo hos företaget. Datainsamlingen bestod av inter-vjuer, litteraturstudier och observationer. Arbetet följde en generell produktutvecklingspro-cess som började med konceptgenerering. Valet av vinnande koncept för vidareutvecklingbestämdes med Pughs matris. Vidareutvecklingen utfördes i Solidworks där även FEM-ana-lyser och topologioptimerings-analyser utfördes i syfte att förbättra konstruktionerna utanatt förlora hållfasthet och vibrationskänslighet.Resultatet blev två CAD-ritade ljusanordningar vars vikt var lägre än den nuvarande anord-ningen. Distansen mellan skadepunkter och lastbilens ände ökade jämfört med originalet. Enav konstruktionerna hade färre komponenter än originalet. De resulterande ljusanordning-arna visade goda egenskaper, men det finns rum för korrigeringar, som delvis missades imån av tidsbrist. Vidare var de utförda FEM-analyser och topologioptimeringar förenklingarav verkligheten och därför är det svårt att bedöma om dessa adekvat representerar praktiskanvändbarhet utan verkliga tester. Det är därför av framtida intresse att tillverka ljusanord-ningarna i resultatet och testa prestandan i verkliga scenarion, men också för att identifieraeventuella tillverkning och monteringsproblem som omedvetet har negligerats. / Product-customization is a growing problem for manufacturers which is also true for Zetterbergs where the problem currently is to construct lorry products that fit the customers varying lorry-types. The purpose of the study is to develop CAD-models for a back light ordinance with broad customer adaptability, lower assembly component quantity and less damage occurrence during use of the product. To complete the task, design theory including DFM (Design For Manufacturing), manufacturing methods available at the company and regulatory limitations were researched. The data collection consisted of interviews, literature studies and observations. The work followed a general product development process that began with concept generation. Choosing the winning concepts for further development was done through Pugh’s decision matrix. Further development was conducted in SolidWorks where FEM analyses and topology optimizations also were conducted with the purpose of improving the constructions without losing strength and vibratory properties. The result of the study were two light ordinances with their respective construction drawings. The weight of the two ordinances were lower than the original. The distance between damage-points and the endpoint of the lorries both increased. One construction had lower component quantity than the original. Both constructions showed good characteristics. There is room for improvement however as some aspects may have been missed due to time restrictions. Furthermore, the FEM and topology analyses were simplifications of reality. It would be valuable to create real prototypes from the result and conduct tests in more realistic scenarios and simultaneously identify subconsciously neglected manufacturing and assembly issues.

Zum kraft- und formschlüssigen Fügen von dünnwandigen, filigranen Betonfertigteilen eignen sich besonders kontinuierliche, flächige Verbindungen, die durch Verkleben erzielt werden können. Im Rahmen dieses Vorhabens sollten möglichst einfach zu handhabende Klebverbindungen für Platten- und Scheibenbauteile konstruiert und optimiert werden. Die Verbindungen sollten so ausgelegt werden, dass sie sowohl Beanspruchungen aus einzelnen Schnittgrößen als auch aus Schnittgrößenkombinationen übertragen können. Die einzelnen Parameter, die dabei untersucht werden sollten, sind im Wesentlichen die Klebefugengeometrie sowie die Oberflächenbeschaffenheit und Bewehrung der zu verklebenden Bauteile. Als Klebstoff sollte in erster Linie ein zementgebundener Hochleistungsmörtel, eingesetzt werden. Das Optimieren der Klebefugengeometrie und der Bewehrung in der Nähe der Fuge erfolgte mit Hilfe eines mathematisch fundierten Shape- und Topologie-Optimierungsverfahrens, wobei die Fugengeometrie sowie das Interface zwischen Beton und Bewehrung mit Level-Set-Funktionen beschrieben wurden. Dieses Verfahren nutzt den topologischen Gradienten als Maß für die Sensitivität der Zielfunktion bzgl. der Größe einer Pore oder eines Risses in einem gegebenen Punkt im Bauteil [1]. Auf der Grundlage von Kleinteilversuchen wurden Bruchkriterien entwickelt, die die Festigkeit der Klebefuge sowohl für eine kombinierte Schub-Druck- als auch für eine Schub-Zugbeanspruchung beschreiben. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurden weiterhin Entscheidungshilfen zur Fugengestaltung sowie ein ingenieurmäßiger Bemessungsansatz erarbeitet. [Aus: Kurzzusammenfassung] / Continuous two-dimensional connections, which are achieved by gluing are particularly suitable for the force-locking and form-fit joining of thin-walled, filigree precast concrete elements. Within the framework of this project, easy-to-handle adhesive joints for plate and plane components can be designed and optimized. The connections should be designed in such a way that they can withstand both stresses from individual internal forces as well as from combinations of internal forces. In essence, the individual parameters that should be investigated are the geometry of the bonding joint as well as the surface condition and reinforcement of the components to be bonded. A cementitious high-performance mortar should primarily be used as adhesive. The optimization of the adhesive joint geometry and the reinforcement close to the joint was carried out by means of a mathematically founded shape and topology optimization method, whereby the joint geometry as well as the interface between concrete and reinforcement were described with level set functions. This method uses the topological gradient as a measure of the sensitivity of the objective function to the size of a pore or crack at a given point in the structural member [1]. On the basis of small part tests, fracture criteria were developed which describe the strength of the adhesive joint both for a combined shear-compressive and a shear-tensile load. Based on the knowledge gained, decision supports for joint design and an engineering design approach were also developed. [Off: Summary]