Computational Co-Design Framework for Fibre Composite Building Systems

Forschungsprojekt

(Forschungsprojekt 12-2 im Forschungsverbund 2 des Exzellenzclusters IntCDC)

Überblick

  • Hintergrund
  • Stand der Technik
  • Projektziele

Projektbeschreibung

Hintergrund

Architektur ist von zentraler ökologischer, ökonomischer, sozialer und kultureller Bedeutung. In den nächsten 35 Jahren sind neue städtische Bauten für 2,6 Milliarden Menschen zu schaffen. Eine zentrale Zielsetzung des Exzellenzclusters ist die Entwicklung eines übergeordneten „Co-Design“, basierend auf interdisziplinärer Forschung in den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Produktions- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes- und Sozialwissenschaften. Das Cluster soll Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltige gebaute Umwelt sowie für eine digitale Baukultur schaffen.

EXCIntCDC_co-design
Wissenschaftlicher Ansatz des "Co-Design"

Stand der Technik

Basierend auf den Arbeiten des ersten Teilprojekts im Hinblick auf alternative Performanz-Parameter von Strukturen, wie beispielsweise Imperfektionssensibilität und Baubarkeit werden die erarbeiteten Methoden weiterentwickelt. Mit Hilfe einer interaktiven, agentenbasierten Modellierung- und Simulation-Methode (ABMS) ist es möglich, strukturmechanische Eigenschaften basierend auf der Redundanzmatrix im Rahmen des Tragwerksentwurfs darzustellen und Designern zur Verfügung zu stellen. Dadurch können neben geometrischen Randbedingungen beim Entwurf auch mechanische Eigenschaften berücksichtigt werden.

Projektziele

Ein Teil der Arbeit innerhalb des Forschungsprojekts befasst sich mit der Visualisierung von mechanischen Eigenschaften in frühen Entwurfsphasen, die bei der Tragwerksbeurteilung unterstützen und so den Entwurfsprozess beschleunigen und verbessern sollen. Ein zentraler Aspekt ist hier die Darstellung von Ergebnissen dreidimensionaler Balkenstrukturen.

Optimierung basierend auf alternativen Performanz-Parametern

Zudem soll eine bessere Vorhersage der tatsächlichen Struktur sowie deren Eigenschaften ermöglicht werden, wodurch relevante Parameter der Tragwerksantwort identifiziert werden können. Übergeordnetes Ziel ist die Reduktion der benötigten Teilsicherheitsbeiwerte bei der Bemessung und der damit einhergehenden Materialienkosten von Faser-Verbund-Strukturen.

Projektdaten

Projekttitel:
Computational Co-Design Framework for Fibre Composite Building Systems
(Forschungsprojekt 12-2 im Forschungsnetzwerk 2)
Förderung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Exzellenzcluster EXC 2120 "Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC)", GEPRIS-Projektnummer 390831618
Projektpartner:

Institut für Tragkonstruktionen und konstruktives Entwerfen (ITKE), Universität Stuttgart
Institute for Computational Design and Construction (ICD), Universität Stuttgart
Visualisierungsinstitut (VISUS), Universität Stuttgart
Institut für Textil- und Fasertechnologien (ITFT), Universität Stuttgart

Veröffentlichungen

  1. Forster, D., Paul, S., Bischoff, M., & Sychterz, A. C. (2024). Structural Assessment of Architected Material Using the Redundancy Matrix and Experimental Testing. ASME Journal of Applied Mechanics, 91. https://doi.org/10.1115/1.4065840
  2. Forster, D., von Scheven, M., & Bischoff, M. (2024). Alternative Beurteilung von Tragwerken mit Hilfe der Redundanzmatrix. In B. Oesterle, A. Bögle, W. Weber, & L. Striefler (Hrsg.), Berichte der Fachtagung Baustatik – Baupraxis 15, 04. und 05. März 2024, Hamburg (S. 67--74). https://doi.org/10.15480/882.9247
  3. Kannenberg, F., Zechmeister, C., Gil Pérez, M., Guo, Y., Yang, X., Forster, D., Hügle, S., Mindermann, P., Abdelaal, M., Balangé, L., Schwieger, V., Weiskopf, D., Gresser, G. T., Middendorf, P., Bischoff, M., Knippers, J., & Menges, A. (2024). Toward reciprocal feedback between computational design, engineering, and fabrication to co-design coreless filament-wound structures. Journal of Computational Design and Engineering, 11(3), 374--394. https://doi.org/10.1093/jcde/qwae048
  4. Forster, D., Kannenberg, F., von Scheven, M., Menges, A., & Bischoff, M. (2023). Design and Optimization of Beam and Truss Structures Using Alternative Performance Indicators Based on the Redundancy Matrix. In K. Dörfler, J. Knippers, A. Menges, S. Parascho, H. Pottmann, & T. Wortmann (Hrsg.), Advances in Architectural Geometry 2023 (S. 455--466). De Gruyter. https://doi.org/10.1515/9783111162683-034
  5. Gil Pérez, M., Mindermann, P., Zechmeister, C., Forster, D., Guo, Y., Hügle, S., Kannenberg, F., Balangé, L., Schwieger, V., Middendorf, P., Bischoff, M., Menges, A., Gresser, G. T., & Knippers, J. (2023). Data processing, analysis, and evaluation methods for co-design of coreless filament-wound building systems. Journal of Computational Design and Engineering, 10(4), 1460–1478. https://doi.org/10.1093/jcde/qwad064
  6. Gil Pérez, M., Zechmeister, C., Kannenberg, F., Mindermann, P., Balangé, L., Guo, Y., Hügle, S., Gienger, A., Forster, D., Bischoff, M., Tarín, C., Middendorf, P., Schwieger, V., Gresser, G. T., Menges, A., & Knippers, J. (2022). Computational co-design framework for coreless wound fibre–polymer composite structures. Journal of Computational Design and Engineering, 9(2), 310--329. https://doi.org/10.1093/jcde/qwab081
  7. Oesterle, B., Geiger, F., Forster, D., Fröhlich, M., & Bischoff, M. (2022). A study on the approximation power of NURBS and the significance of exact geometry in isogeometric pre-buckling analyses of shells. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 397(115144), Article 115144. https://doi.org/10.1016/j.cma.2022.115144

Bearbeitung

Dieses Bild zeigt David Forster

David Forster

M. Sc.

Akademischer Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt Nicolai Grünvogel

Nicolai Grünvogel

M. Sc.

Akademischer Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt Malte von Scheven

Malte von Scheven

Dr.-Ing.

Stellv. Institutsleiter, AOR

Zum Seitenanfang