Themenvorschläge für Master-Thesen

Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

Ziel dieser Bachelor- oder Master-Thesis ist es den Einfluss von einseitigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Feinblechen zu untersuchen. Dabei sollen die Bleche zunächst mit dem 3D-Druckverfahren WAAM ausgesteift und im Anschluss auf Ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

Erste Ergebnisse in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau zeigen, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

Ziel dieser Master-Thesis ist es den Einfluss von einseitigen Rippenaufschweißungen auf die schweißinduzierte Krümmung von Feinblechen zu untersuchen. Dabei sollen mittels Finiter Elemente Schweißsimulationen bisherige experimentelle Untersuchungen simuliert werden. Anschließend soll die entstandene Krümmung der Simulation ausgewertet und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen werden.

Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

Ziel dieser Master-Thesis ist es die beiden Forschungsfelder erstmals miteinander zu verbinden. Es sollen mittels WAAM ausgesteifte Feinbleche zu gekrümmten Sandwichelementen ausgeschäumt werden und auf ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

Ziel dieser Master-Thesis ist es mittels Finiter-Elemente-Methode den Einfluss von einachsigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen zu untersuchen.

Die Additive Fertigung gewinnt in der Baubrache mehr und mehr an Bedeutung. Im Stahlbau ist ein Verfahren mittels Lichtbogenschweißen, das sog. Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) eine aussichtsreiche Fertigungsmethode. Gerade für größere Bauteile ist eine ausreichend hohe Auftragsrate entscheidend. Neben dem Wissen um geeignete Schweißparameter spielt die Kenntnis des Einflusses von Kühlprozessen auf die Fertigung und Materialeigenschaften gedruckter Strukturen eine maßgebende Rolle. Das Fachgebiet Stahlbau verfügt zur Erforschung der Technologie und deren Anwendung über zwei Schweißroboter.

Die Additive Fertigung gewinnt in der Baubrache mehr und mehr an Bedeutung. Im Stahlbau ist ein Verfahren mittels Lichtbogenschweißen, das sog. Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) eine aussichtsreiche Fertigungsmethode. Gerade für größere Bauteile ist eine ausreichend hohe Auftragsrate entscheidend. Neben dem Wissen um geeignete Schweißparameter spielt die Kenntnis des Einflusses von Schutzgasen auf die Fertigung und Materialeigenschaften gedruckter Strukturen eine maßgebende Rolle. Das Fachgebiet Stahlbau verfügt zur Erforschung der Technologie und deren Anwendung über zwei Schweißroboter.

Bei der Bemessung nach DIN EN 1993-1-8 werden nicht durchgeschweißte DHY-Nähte genauso wie Kehlnähte behandelt und nach dem richtungs-bezogenen bzw. vereinfachten Verfahren nachgewiesen. Tatsächlich stellen sich in diesen beiden Schweißnahtverbindungstypen unter Zug jedoch sehr unterschiedliche und komplexe Spannungszustände ein.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen daher experimentelle und numerische Untersuchungen an Schweißnahtverbindungen durchgeführt werden, um die tatsächliche Spannungsverteilung im Schweißnahtbereich zu analysieren.

In den letzten Jahrzehnten hat sich der Ingenieurholzbau rasant weiterentwickelt. Weitgespannte Tragwerke und mehrgeschossige Wohn- und Bürogebäude bis über die Hochhausgrenze hinaus aus Holz sind mittlerweile weit verbreitet. Hierbei steht die zukünftige Nutzung von Holz in enger Verbindung mit den Zielen des Klimaschutzes und dem Erhalt der Biodiversität, weshalb eine Rückbaubarkeit der einzelnen Bauteile und der Einsatz von verschiedenen Holzarten (Laub- und Nadelholz) immer wichtiger wird. Hochwertige und zuverlässige Verbindungen sind die Grundvoraussetzung für diese Entwicklungen.

Im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit (-projekt) werden verschiedene Verbindungen in der Skelettbauweise untersucht.

In den letzten Jahrzenten hat sich der Ingenieurholzbau rasant weiterentwickelt. Weitgespannte Tragwerke und mehrgeschossige Wohn- und Bürogebäude bis über die Hochhausgrenze hinaus aus Holz sind mittlerweile weit verbreitet. Hierbei steht die zukünftige Nutzung von Holz in enger Verbindung mit den Zielen des Klimaschutzes und dem Erhalt der Biodiversität.

Auch wenn bei immer mehr Gebäuden auf Stützen, Balken und Decken aus Holz gesetzt wird, so wird für die Aussteifung in den meisten Fällen noch auf Betonwände und -kerne zurückgegriffen. Im Rahmen einer Masterarbeit (-projekt) sollen verschiedene Aussteifungssysteme untersucht und verglichen werden. Dazu zählen z.B. klassische Kerne aus Betonwänden, aussteifende Brettsperrholzwände oder Türme in Stahlbauweise. Zusätzlich sollen Deckenscheiben aus Brettsperrholz und anderen Holz(-verbund) -Bauteilen untersucht werden.

Die Bausubstanz zu erhalten und umzunutzen, anstatt abzureißen und neuzubauen, muss zukünftig zur praktizierten Regel werden und nicht die Ausnahme sein. Ziel soll es künftig sein, Gebäude so zu konstruieren, dass die Grundrissaufteilung leicht verändert werden kann, um eine Umnutzung zu ermöglichen. Somit ist es immens wichtig, eine Konstruktion zu wählen, die eine maximale Flexibilität erlaubt. Hierfür bietet sich die Skelettbauweise an, welche bisher im Stahl- und Massivbau vor allem bei Gewerbebauten eine verbreitete Konstruktionsmethode ist. Bei Gebäuden aus Holz und bei Wohnbauten findet man Skelettbauten eher selten.

Zunächst muss daher untersucht werden, welche Hindernisse überwunden werden müssen, um mehr Holzbauten in Skelettbauweise planen zu können. Ein Ansatzpunkt bildet hier das Optimieren der Gebäudegrundrisse. Für unterschiedliche Wohnungstypen sollen die typischen Grundrisse und Erschließungskonzepte analysiert werden, um Gemeinsamkeiten herauszufinden und sinnvolle Raster zu finden.

Das Raster der Stützen gilt es in verschiedenen Varianten zu untersuchen, um eine sinnvolle Grundrissaufteilung und eine wirtschaftliche Deckenkonstruktion zu gewährleisten. Mögliche Deckensysteme sollen in Abhängigkeit der Spannweite gegenübergestellt werden.

Für eine große Flexibilität bei der Verlegung der Haustechnik können deckengleiche Unterzüge aus Laubholz einen wertvollen Beitrag leisten. Neben einem passenden Raster müssen auch die Verbindungen für das Tragwerkskonzept optimiert werden. Verbindungsdetails sollen daher gesammelt und auf ihre Anwendbarkeit hin bewertet werden. Hierbei soll eine Übersicht über Verbindungsmittel bei Laubholz und deren Grenzen erstellt werden. Eine besondere Herausforderung stellt bei den Verbindungen auch der Brandschutz dar.

Das Ingenieurbüro Fast + Epp befindet sich in zentraler Lage in Darmstadt. Die Bearbeitung der Aufgabenstellung kann nach Absprache teilweise im Büro erfolgen.

Industriehallen werden typischerweise im Stahlbau mit Rahmen oder im Holzbau mit Fachwerkbindern oder Dreigelenkrahmen hergestellt. Dazu werden einachsig spannende Elemente parallel in Querrichtung der Halle angeordnet. DIe biegesteifen Rahmenecken bzw. die Fachwerkknoten sind hierbei komplizierte Verbindungen.

Im Gegensatz hierzu besteht ein reziprokes Dachtragwerk aus einem System von kurzen Einfeldtragern, die sich gegenseitig stützen. Ein reziprokes Tragsystem ist vor allem fur den Holzbau vorteilhaft, da es gänzlich ohne biegesteife Verbindungen auskommt. Die Trager werden in der Mitte oder ihren Drittelsounkten von einem anderen Trager belastet und tragen sich wiederum über zwei andere Träger ab. Die Einfeldträger können entsprechend des Momentenverlaufs gevoutet sein, eine Fischbauchform haben oder mit Seilen unterspannt werden. Die Querschnittsgrößen lassen sich gezielt der statischen Notwendigkeit anpassen, um einen ressourcenschonenden Materialeinsatz sicherzustellen.

Die Anordnung der Träger muss nicht zwingend rechtwinklig sein. Es sind verschiedene Muster denkbar, die einen großen gestalterischen Spielraum lassen. Optisch wirken die miteinander verwobenen Träger wie ein Teppich. Oberlichter oder Sheds lassen sich in das Dachmuster integrieren. Mit reziproken Dachtragwerken können gestalterisch hochwertige und zugleich effiziente Lösungen umgesetzt werden. Ziel der Thesis ist es, reziproke Tragwerke als innovative und nachhaltige Dachkonstruktion für Industriehallen im Holzbau zu untersuchen und weiterzuentwickeln. Neben einer parametrischen Untersuchung unterschiedlicher Raster sollen auch verschiedene Laubhölzer als mögliche Materialien geprüft werden. Einfache Anschlussdetails sollen ein flexibel gestaltbares Dachsystem ermöglichen.

Das Ingenieurbüuro Fast + Epp befindet sich zentraler Lage in Darmstadt. Die Bearbeitung der Aufgabenstellung kann nach Absprache teilweise im Büro erfolgen.

Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

Ziel dieser Master-Thesis ist es die beiden Forschungsfelder erstmals miteinander zu verbinden. Es sollen mittels WAAM ausgesteifte Feinbleche zu gekrümmten Sandwichelementen ausgeschäumt werden und auf ihre Tragfähigkeit untersucht werden.

Im Rahmen der Master-Thesis soll die Plattentragwirkung von Sandwichelementen für ausgewählte Belastungs- und Lagerungssituationen analysiert werden. Basierend auf einer Literaturrecherche und Erkenntnissen aus vorangegangenen Untersuchungen sollen Formeln zur Spannungs- bzw. Verformungsanalyse für eine Sandwichplatte (siehe Bild) erarbeitet, hergeleitet und in MATLAB oder einer vergleichbaren Software implementiert werden. Anschließend sollen aussagekräftige Beispielberechnungen hinsichtlich der Plattentragwirkung von Sandwichelementen durchgeführt werden. Als Referenz sollen die Sandwichbalkentheorie bzw. ein numerisches Modell dienen.

Im Leichtbau werden Sandwichelemente gemäß dem Stand der Technik weitestgehend mithilfe von Flächen- und Linienlasten berechnet, die über die gesamte Bauteilbreite wirken. Das Tragverhalten von Sandwichelementen unter Punktlasten (siehe Bild), was in der Praxis einen immer häufig auftretenden Anwendungsfall darstellt, beispielsweise bei zusätzlich vorgehängten Fassaden- oder Photovoltaikmodulen, wird dagegen bislang hauptsächlich durch experimentelle Prüfungen beurteilt.

Im Rahmen der Master-Thesis soll das Tragverhalten von Sandwichwandelementen unter Punktlasten vertieft untersucht werden. Dabei soll eine Parameterstudie mithilfe eines durch Versuchsergebnisse validierten FE-Modells durchgeführt werden, um die wesentlichen Einflussfaktoren der resultierenden Spannungs- und Verformungsgrößen abhängig von unterschiedlichen zentrischen und exzentrischen Laststellungen zu ermitteln.

Sandwichelemente gewinnen innerhalb der Baubranche seit Jahrzenten immer mehr an Bedeutung. Grund dafür ist deren geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit und guten bauphysikalischen Eigenschaften. Forschungsergebnisse an der TU Darmstadt haben gezeigt, dass gekrümmte Sandwichelemente in Flächentragwerken großes Potenzial aufweisen.

Zudem zeigen erste Experimente in der additiven Fertigung am Fachgebiet Stahlbau, dass mit dem Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) verstärkende Strukturen auf Feinbleche gedruckt werden können.

Ziel dieser Master-Thesis ist es mittels Finiter-Elemente-Methode den Einfluss von einachsigen Rippenaufschweißungen auf die Tragfähigkeit von Sandwichelementen zu untersuchen.

Sandwichelemente besitzen durch ihre Produktion und eine einseitige Sonneneinstrahlung einen inhomogenen Kern. Die aktuellen Bemessungen sind für homogene Kernmaterialien ausgelegt.
Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss eines inhomogenen Kerns und verschiedener Materialparamter auf das Tragverhalten von Sandwichelementen zu erfassen.

Eine neu entwickelte Anwendung im Leichtbau ist das Sandwichelement mit einer zusätzlichen, vorgehängten Fassade. Hierbei wird eine architektonisch frei gestaltbare Fassade exzentrisch an der Außenseite eines Sandwichwandelements befestigt.

Im Rahmen der Master-Thesis soll der bestehender Versuchsaufbau von exzentrisch beanspruchten Sandwichelemente optimiert werden. Hierfür sollen bevorstehende Versuche begleitet und ein numerisches Vergleichsmodell erstellt werden.

Das Sandwichelement mit einer vorgehängten Fassade stellt eine neue Anwendung für den Sandwichbau dar. Hierbei wird eine architektonisch frei gestaltbare Fassade exzentrisch an der Außenseite eines Sandwichwandelements befestigt. Bislang beruhen Berechnungen von exzentrisch belasteten Sandwichelemente auf der St. Venant’schen Torsionstheorie. Jedoch zeigten vorangegangene Untersuchungen, dass diese Vereinfachung nicht zwingend zutrifft.

Im Rahmen der Master-Thesis sollen exzentrisch belastete Sandwichelemente nun als Flächentragwerk numerisch untersucht werden.