Optimized stiffening solutions for 3D printed steel hollow section joints

The structural steel joint design must satisfy resistance criteria and economy at the same time. Traditional fabrication techniques have some limitations when they must fulfill both requirements. This study starts with the implementation of topology optimization (TO) as a design tool to find a steel joint fabrication method that satisfies structural safety with an efficient inner material distribution. Nowadays, Metal Additive Manufacturing (MAM) is being explored by several engineering fields like construction because it provides benefits in terms of rapid prototyping, customization, production in series and assembly. In this thesis, by merging the two concepts of Topology Optimization and Metal Additive Manufacturing, we present an alternative to the traditional steel joint fabrication methods. Different analyses were carried out in the linear and non-linear field in order to explore the performance of the proposed nodes

La progettazione del nodo strutturale in acciaio deve soddisfare i criteri di resistenza e di costi allo stesso tempo. Le tecniche di fabbricazione tradizionale hanno però qualche limitazione quando devono adempire entrambi gli obiettivi. La seguente tesi comincia con l'utilizzo della ottimizzazione topologica (TO) come strumento di progettazione per trovare un metodo per la fabbricazione di nodi che soddisfino la sicurezza strutturale con un'efficiente distribuzione interna del materiale. Oggigiorno, le innovazioni tecnologiche nel "Metal Additive Manufacturing" cominciano ad essere esplorate ed essere usate nei settori ingegneristici, come quello delle costruzioni, perché provvedono benefici in termini di "Rapid Prototyping", prodotti personalizzati, produzione in serie ed assemblaggio. Questi benefici sono quindi presi in considerazione per guidare la fabbricazione di nodi strutturali ottimizzati. In aggiunta, per esplorare le prestazioni dei nodi proposti, diversi analisi sono stati fatti nel campo lineare e non-lineare. Così facendo, unendo i due concetti della Ottimizzazione Topologica e "Metal Additive Manufacturing", presentiamo un'alternativa ai metodi tradizionali per la fabbricazione di nodi.