Optimising steel joints in timber structures: a topology optimisation approach using Wire Arc additive manufacturing

Steel connections in wood structures, such as bolted connections, have a considerable impact on the overall carbon footprint due to their high material consumption. This thesis looks at how much reduction in material can be made in these joints, using Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) technology, specifically the Cold Metal Transfer (CMT) process. Steel plates are initially modelled and simulated in ANSYS by their original thickness to determine stress distributions. Then by applying topology optimization the parts that are not going under stress will be eliminated and the remaining parts will be printed on a lower thickness plate through WAAM technology. This technique aims to significantly reduce the weight and harmful environmental consequences of steel joints while maintaining the structural integrity of wooden structures.

I collegamenti in acciaio nelle strutture in legno, come i collegamenti bullonati, hanno un impatto considerevole sull'impronta di carbonio complessiva a causa dell'elevato consumo di materiale. Questa tesi esamina quanto si può ridurre il materiale in questi giunti, utilizzando la tecnologia Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), in particolare il processo Cold Metal Transfer (CMT). Le piastre in acciaio sono inizialmente modellate e simulate in ANSYS con il loro spessore originale per determinare le distribuzioni di stress. Quindi, applicando l'ottimizzazione topologica, le parti che non subiscono stress saranno eliminate e le parti rimanenti saranno stampate su una piastra di spessore inferiore tramite la tecnologia WAAM. Questa tecnica mira a ridurre significativamente il peso e le conseguenze ambientali dannose dei giunti in acciaio mantenendo l'integrità strutturale delle strutture in legno.