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Tuesday, September 17, 2019, Saal 2 12:30 PM Stahlbau I |
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Numerische und experimentelle Untersuchungen von Knoten im konstruktiven Stahlbau |
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Jörg Hildebrand* / Technische Universität Ilmenau, Deutschland Maren Erven / Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Stahlbau, Deutschland Thilo Feucht/ Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Stahlbau, Deutschland Mathias Eiber/ Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Fertigungstechnik, Detuschland Jean Pierre Bergmann/ Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Fertigungstechnik, Deutschland |
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Im Bauwesen werden häufig lineare Stahlelemente in unterschiedlichen Raumrichtungen und Relativlagen eingesetzt, die zum Lastabtrag mittels sogenannter Stahlbauknoten verbunden werden. Durch die Individualität in der Gestaltung von Gebäudetragwerken werden komplexe Stahlbauknoten in niedrigen Losgrößen und häufig als Einzelstücke hergestellt. Der Konstruktions- und Fertigungsaufwand bei diesen Strukturen, die große Lasten tragen müssen, ist sehr hoch und somit teuer. Die Additive Fertigung mittels Metall-Schutzgasprozess (MSG) ist eine vielversprechende Möglichkeit zur Herstellung von großvolumigen Bauteilen. An Beispielen wird die Vorgehensweise beim Entwurf eines Knotens und deren Varianten, die sich durch eine Topologieoptimierung ergeben, gezeigt. Der Knoten soll ein tragendes Bauteil aus einer Fassadenstruktur repräsentieren. Die einwirkenden Lasten und deren Lastkombinationen werden als Grundlage für die Topologieoptimierung genutzt. In der Optimierung werden Restriktionen berücksichtigt, die sich aus dem Herstellungsprozess für den Zusatzwerkstoff G4Si1 ergeben. Nach der Bewertung der Varianten, welche sich aus der Simulation ergeben, wird die Umsetzung des Knotens im additiven Herstellungsprozess mittels MSG-Prozess mit reduzierten Energieeintrag beschrieben. Ein wesentlicher Punkt für ein verzugsarmes Bauteil ist die Schweißfolge. Nach der Herstellung des Knotens wird die Geometrie durch Streifenlichtprojektion aufgenommen und die Abweichung bzw. das Übermaß zum CAD-Modell angegeben. Mit dem aus der Realität aufgenommenen Bauteil wird eine numerische Traglastanalyse durchgeführt und mit Werten aus der experimentelle Untersuchung validiert. |