Virtual fire testing of elevator landing doors using finite element analysis
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2022-10-10
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
82+14
Series
Abstract
Elevator landing doors have to be able to stop fire from spreading from the floors to the elevator shaft during a building fire. To ensure this, the doors are fire tested according to national and international standards to measure their fire resistance. During fire testing, the structural integrity of the door structure is monitored and evaluated. If a fire test is failed, the landing door design has to be modified and the fire test has to be done again, increasing the total cost of the design process. Considerable savings can thus be reached if the testing process is partially simulated. This thesis presents a finite element model for evaluating the structural response of a landing door during fire test using Ansys and LS-Dyna. The door structure is modelled with shell and solid elements. The materials are defined to account for temperature-dependent changes in their properties. Time-dependent thermal boundary conditions are defined and applied on one side of the door panels to simulate the furnace in a fire test. The resulting temperature field is then applied as a load in an explicit structural analysis to determine the door integrity. These results are compared to existing fire test data to verify the FE-model. Additional reinforcement components are then added and the simulation is run again to compare the results between the configurations. The results of the simulations were found to be in qualitative agreement with real life experiences, although replicating the results of the reference test accurately proved challenging. It was found that extra reinforcement components can provide up to 45 % improvement in fire durability. Based on the results, this study concludes that simulation is a promising way to estimate the fire performance of new door designs during the design process. More work is needed in terms of obtaining more accurate experimental data to help develop a more accurate and effective simulation model.Hissin tasonovien on kyettävä estämään tulipalon leviäminen kerroksesta hissikuiluun. Tasonovien suorituskyky varmistetaan testaamalla niiden palonkestävyyttä kansainvälisten standardien mukaisesti palokokeessa. Mikäli ovi ei läpäise palokoetta, ovi on suunniteltava uudelleen ja palokoe on toistettava, mikä kasvattaa tuotekehitysprosessin kustannuksia. Palokokeen osittainen simulointi voi täten johtaa huomattaviin kustannussäästöihin. Tässä työssä esitellään elementtimenetelmään perustuva malli, jolla arvioidaan tasonoven rakenteellista kestävyyttä palokokeen aikana. Malli koostuu kuori- ja 3D-elementeistä ja se ratkaistaan käyttäen Ansys- ja LS-Dyna-ohjelmistoja. Oven materiaaleille määritetään lämpötilariippuvaiset ominaisuudet, ja paloa simuloidaan asettamalla ovipaneeleille ajasta riippuvaiset säteily- ja konvektioreunaehdot, minkä jälkeen syntynyt lämpötilakenttä siirretään eksplisiittisen rakenneanalyysin kuormaksi. Saatuja tuloksia verrataan palokokeesta saatuihin tuloksiin mallin tulosten varmistamiseksi, minkä jälkeen oveen lisätään erilaisia vahvikekomponentteja ja vertaillaan niiden vaikutusta tuloksiin. Simulaation tulokset olivat laadullisesti yhteneväisiä palokokeista saa-tuihin yleisiin kokemuksiin nähden, mutta referenssipalokokeen tulosten tarkka toistaminen osoittautui haastavaksi. Lisävahvikkeet pienensivät oven siirtymiä jopa 45 prosenttia. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että simulointi on lupaava metodi ovien palonkestävyyden arviointiin tuotekehitysprosessin aikana. Jatkokehitys on kuitenkin tarpeen tarkemman kokeellisen datan saamiseksi, jotta mallia voitaisiin kehittää tarkemmaksi ja tehokkaammaksi.Description
Supervisor
St-Pierre, LucThesis advisor
Hämäläinen, KaiKeywords
fire test, elevator doors, landing doors, heat transfer, explicit finite element analysis, Ansys