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Modellordnungsreduktionsmethoden werden im Kontext der mechanischen Strukturoptimierung untersucht und ein Verfahren entwickelt, das bei evolutionären Optimierungsstrategien zu Effizienzsteigerungen führt. Die Berücksichtigung von Restriktionen der additiven Fertigung in der Topologieoptimierung wird betrachtet und mehrere Penalisierungsverfahren implementiert. Für die Entwicklung eines Elektrofahrzeugrahmens wird eine sukzessive Optimierungsstrategie verwirklicht, wodurch das mechanische Strukturverhalten verbessert wird. Model order reduction methods are investigated in combination with the optimization of mechanical structures and a procedure is developed, that leads to higher efficiency of evolutionary optimization strategies. Further the consideration of restrictions of the additive manufacturing process is examined for topology optimization and several penalization methods are assessed. For the development of a vehicle's spaceframe a successive optimization strategy is implemented, which leads to a better mechanical behavior of the structure.

Anhand eines CFK-Hochdruckgasspeichers wurde der Einfluss von kryogenen Betriebstemperaturen auf die Materialeigenschaften mittels verschiedener Prüfkörper und -verfahren untersucht, das konstitutive, thermo- und bruchmechanische Verhalten mathematisch modelliert und das Bauteil per Finite-Elemente-Analyse simuliert. Im virtuellen Berstversuch zeigte sich CFK über das gesamte Temperaturspektrum tauglich. Die simulative Sensitivitätsanalyse per vollfaktorieller Parametervariation spezifischer geometrischer und werkstofflicher Merkmale von Wickellaminaten zeigte unter anderem signifikanten Einfluss der detaillierten Geometrieabbildung des Lagenendenquerschnitts auf den Berstdruck. Through a high-pressure vessel, the effect of cryogenic operating temperatures on cfrc material properties was studied via a variety of test specimens und methods, the mathematical modelling of constitutive, thermo- and fracture-mechanical behavior as well as a Finite-Element component analysis. By use of a virtual burst test cfrc proved itself as suitable within the whole temperature spectrum. The simulated sensitivity analysis via a full fractional parameter variation of the special geometrical and material characteristics of wrapped laminates showed, among others, a significant effect from the detailed modelling of the cross-section geometry of the layer end caps on burst pressure.

Verbundwerkstoffe akkumulieren über ihre Lebensdauer oft eine hohe Zahl thermisch-zyklischer Lastwechsel. Untersuchungen an CFK-Proben zeigen, dass dadurch die Materialkennwerte infolge von Mikrorissbildung degradieren, wobei nach 3000 Zyklen Änderungen von bis zu 30 Prozent auftreten. Zur Charakterisierung dimensionsstabiler Strukturen werden hochpräzise Messsysteme entwickelt, die diese Degradationseffekte auf Proben- und Strukturebene unter Laborbedingungen auflösen. Die Messsysteme auf Basis von Laserinterferometrie, faseroptischer Sensorik, Stereokorrelation und Photogrammetrie werden an repräsentativen Material- und Strukturbeispielen validiert. CFRP materials often accumulate high numbers of thermal load cycles within their lifetime. Tests with CFRP samples show degradation of the material properties due to matrix microcracking, with changes of up to 30 percent after 3000 thermal cycles. For characterizing dimensionally stable structures, high-precision measurement systems capable of detecting these degradation effects on specimen and structural level are developed. The systems are suitable for use in laboratory conditions and are based on interferometry, fiber optic sensors, digital image correlation and photogrammetry and are validated by measurements on representative specimens and structures.

An werkstoffhybriden Fügeverbindungen an Mischbaustrukturen aus Metallen und faserverstärkten Kunststoffen entstehen auch bei thermischer Belastung Spannungsspitzen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung. Die Ursachen und Einflussgrößen auf die thermo-mechanische Schädigungsausbreitung im direkten Umfeld der Fügeverbindung werden auf experimenteller und rechnerischer Ebene charakterisiert. Ferner wird ein statistisches Abschätzungsmodell zur Bestimmung der Resttragfähigkeit geschädigter Verbindungen abgeleitet und validiert. Thermo-mechanical loading of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), as applied within the process chain painted body, influences the load-bearing capacity of mechanical joints. The damage of the CFRP in the vicinity of the joints is comprehensively characterized experimentally as well as numerically for a pin and a blind rivet. The influencing geometrical, mechanical and process related factors are assessed for damage propagation. Moreover a statistical model for estimating the residual strength of damaged joints is presented.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung eines neu entwickelten kontinuierlichen Verbundgießverfahrens zur Erzeugung von zweischichtigen Aluminiumverbundbändern. Durch die Variation der Gieß- und Anlagenparameter wird das Prozessfenster des Verfahrens für die Werkstoffkombination AlSn6Cu und Al99,5 ermittelt. Die Wirkzusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Prozessrobustheit sowie der Verbundqualität werden aufgezeigt. Abschließend wird die umformende Weiterverarbeitbarkeit der Verbunde nachgewiesen. The subject of this thesis is the investigation of a newly developed continuous composite casting process. The process window for the production of bilayer aluminium strips consisting of the alloy AlSn6Cu and pure aluminium Al99.5 is identified by varying the procedural and plant-specific parameters. Process parameter influence with respect to the stability of the casting process and compound quality is derived and analyzed. The subsequent processability of the compounds by cold rolling is shown.