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https://hdl.handle.net/1822/82240
Título: | Study, modelling, and dynamic analysis of construction solutions for doors and windows of buildings |
Autor(es): | Alves, António João Camões |
Orientador(es): | Peixinho, Nuno Carneiro, Vítor Hugo Pimenta Mendonca, Joao Pedro |
Palavras-chave: | Análise modal Flexão em três pontos Viga com vários materiais Testes da normalização europeia Transmitância térmica European standardization tests Modal analysis Multi-material beam Thermal transmittance Three-point bending |
Data: | 30-Jun-2022 |
Resumo(s): | Recentes exigências do mercado levaram a que portas e janelas compostas por vidros e caixilhos
com corte térmico sejam produzidas pela JFAN Steel com dimensões não abrangidas pelas classes de
certificação dadas pelo fornecedor do caixilho (Secco). As classes de certificação, acompanhadas pela
marcação CE, são dadas com base num conjunto de testes que uma porta ou uma janela deve suportar.
Para aumentar as hipóteses destes sistemas passarem nos testes estruturais, foi selecionado um caso
de estudo de um sistema porta com duas folhas para testar a influencia de diferentes reforços. Os testes
à resistência do sistema às cargas verticais, à torção estática, e à carga de vento foram escolhidos como
os mais críticos. Foi também criado um critério para avaliar o desempenho do sistema exposto a um
terramoto, devido à preocupação relativamente ao comportamento vibratório dos sistemas em certas
regiões geográficas do mercado. Primeiramente, os caixilhos, que têm uma secção composta por dois
componentes metálicos (latão, aço corten, aço galvanizado, ou aço inoxidável) separados por um núcleo
polimérico (poliamida no meio e poliuretano nos lados), tiveram algumas propriedades do latão, aço
inoxidável, e poliamida verificadas através de ensaios de tração e densidade, enquanto as propriedades
dos outros materiais foram verificadas em paralelo pela empresa. Um caixilho foi testado à flexão em
três pontos após ter sido utilizado para uma análise modal experimental, e os dados destas experiências
foram utilizados para avaliar os modelos do caixilho. Um modelo analítico, um de elementos de viga, um
de elementos sólidos, e um que utiliza elementos de viga e de casca foram utilizados para capturar o
comportamento estático e dinâmico do caixilho. Este último mostrou os resultados mais promissores, e
foi selecionado para integrar o modelo do caso de estudo. Em seguida, os três testes mencionados foram
simulados com o modelo do sistema caso de estudo, onde foram testadas diferentes configurações de
reforços colocados dentro do caixilho com módulos de elasticidade distintos, bem como algumas
melhorias da vidraça. As melhorias da vidraça, apesar de aumentarem muito o peso do sistema,
provaram ser a melhor opção para aumentar o seu desempenho. Simulações simplificadas através de
análises harmónicas deram confiança na resistência do sistema a um terramoto de intensidade
instrumental V, no entanto, foram utilizadas algumas simplificações no próprio modelo. Finalmente, uma
análise térmica numérica baseada na normalização europeia mostrou alterações insignificantes na
transmitância térmica do sistema com a introdução dos reforços internos de aço. Recent market demands require JFAN Steel to produce doors and windows comprised of glazing and frames with a thermal break and with dimensions that are not covered by the certification classes given by the frame’s supplier (Secco). The certification classes, accompanied by the CE marking, are given based on a set of tests that a door or a window must endure. To increase the structural test passing rate, a case study of a double leafed door system was selected and used in this work to test out the influence of different reinforcements. The tests of the system’s resistance to vertical loads, static torsion, and wind load were isolated as the most critical ones. Additionally, a criterion to evaluate the performance of the system exposed to an earthquake was created as a concern regarding the vibratory behaviour of the systems in certain geographic regions of the company’s market. Firstly, the multi-material beams, that have a section comprised of two metallic components (brass, corten steel, galvanized steel, or stainless steel) separated by a polymeric core (polyamide in the middle and polyurethane at the sides) had some properties of brass, stainless steel, and polyamide verified through tensile and density tests, while the properties of the other materials were parallelly verified by the company. A multi-material beam underwent a three-point bending experiment after being used for experimental modal analysis, and the data from these experiments was later used to evaluate the models of the beam. An analytical model, a beam elements model, a solid elements model, and a model that uses beam and shell elements were used to capture the static and dynamic behaviour of the multi-material beam. The latter showed the more promising results and was selected to integrate the model of the case study system. Then, the three mentioned tests were simulated with the model of the case study system, where different configurations of reinforcements placed inside the frames with distinct elastic modulus as well as some glazing improvements were tested. Despite increasing the weight of the system, the glazing improvements proved to be the best option for increasing the overall performance. Simplified simulations through harmonic analyses gave confidence in the strength of the system to withstand an earthquake of instrumental intensity V, however, some simplifications were used in the model itself. Lastly, a numerical thermal analysis based on the European standardization showed insignificant changes in the thermal transmittance of the system with the introduction of the internal steel reinforcements. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/82240 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado DEM - Dissertações de Mestrado / MSc Thesis |
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