防火类产品的核心是标准耐火试验。通过标准耐火试验，防火试验中央可以对历史数据进行梳理和剖析，建立干系试验数据库，同样，借助有限元剖析软件，可以对标准耐火试验进行虚拟火烧，从而对标准耐火试验进行赞助决策。
问题来源
笔者在防火构造实际的认可事情中碰着诸多问题，亟待办理：
一是防火构造类产品在认可过程中的核心试验是标准耐火试验。而在见证标准耐火试验的过程中，会碰着不少失落败的案例，亟待归纳总结其共性问题，提出改进和关注事变，有助于提高各厂家标准耐火试验的通过率。
二是标准耐火试验的通过与否紧张看防火构造类产品是否知足隔热性和完全性。防火构造类产品中常用的两种钢材为Q235B碳钢和304不锈钢，两种钢材各有特色，304不锈钢相对付Q235B碳钢，热膨胀系数约比碳钢大40%，但热导率约为碳钢的1/3。热膨胀系数紧张影响的是完全性，热膨胀系数越大，钢材受热产生的变形量越大；热导率紧张影响的是隔热性，热导率越大，传热越快，背火面的温升可能越大。上述性能的差异性导致在进行防火构造类产品的标准耐火试验时，不同船级社对付这两类钢种的互为替代性不明确。笔者希望通过选取特定样品，进行火烧试验的虚拟火烧，通过与实际的试验结果比拟，对两类钢材的互为替代性提出赞助性决策。
三是对付一些特种船型和海洋平台，存在实际的防火构造尺寸超过了海内各试验中央的火烧试验炉尺寸，须要靠虚拟火烧来供应赞助决策。
火烧试验范例失落败案例剖析
笔者在实际参与火烧试验的过程中，碰着过诸多火烧失落败的案例，现从中筛选出有代表性的案例，从影响完全性和隔热性两个角度进行磋商。
1.影响隔热性的范例案例
A-60级防火舱口盖，舱口盖内无机防火板和陶瓷棉安装不足严实，导致背火面单点温升超过180℃，隔热性不符合哀求。
A-60级船舶防火门，由于岩棉质量不好，容重未达到岩棉厂家型式认可试验证书中描述的标准容重，导致在50分钟的时候，单点温升超过180℃。
2.影响完全性的范例案例
A-60级船舶防火门，安装玻璃时玻璃上真个螺钉未拧紧，导致玻璃未被压框压紧，试验进行至45分钟时，随着向火面玻璃脱落，导致玻璃上端压条脱落，背火面玻璃上端因失落去支撑而向炉内塌陷，玻璃上端窜火导致失落去完全性(详见图1)。
图1 A-60级船舶防火门火烧试验后背火面图
A-60级船舶防火门(双扇)，本身的尺寸较大，实际尺寸为2200×2500mm，试验舱壁尺寸较大，由于舱壁加强筋支配不合理，火烧到35分钟，舱壁受热变形量较大，将门框拉裂导致窜火，失落去完全性。
A-60级不锈钢双开船舶防火门(通孔2000×2300mm)，连杆机构由于没有在内封板内，是外露的，锁紧力不足，不能承受因受热高温带来的变形，而且每面三个铰链座太小，不敷以支撑受热时的变形量；火烧至52分钟导致窜火，失落去完全性(详见图2)。
图2 A-60级双开船舶防火门火烧试验后背火面图
A-60级双开船舶防火门(2750×2300mm)中间门缝处，门页的强度不足，而且所用防火膨胀条的膨胀倍数不足，防火膨胀条遇火膨胀后不敷以堵住中缝部位的最大变形，导致中缝窜火，失落去完全性(详见图3)。
图3 A-60级双开船舶防火门火烧试验后背火面图
A-60级船舶防火门(液压滑动水密门)，由于设计的试验舱壁强度不足，在火烧门控装置的前60分钟内，实行机构基座安装处的试验舱壁受热变形较大，导致试验的门无法正常关闭，船舶防火门部分元器件含可燃物品，在火烧时燃烧起来，导致蹿火，失落去完全性。
A-0级防火窗，玻璃压框对玻璃的压紧量不足，窗框与玻璃的间隙可能过大而压紧部位过小，试验中向火面玻璃脱落时压框内的玻璃压条同时掉落。30分钟旁边，随着背火面玻璃变形向炉内塌陷，上端分开压框导致窜火，失落去完全性。
3.提高火烧试验通过率建议
防火类产品质量掌握核心是确保能知足相对应的防火性能，而验证防火性能紧张依赖标准耐火试验，验船师现场封样时应重点关注如下情形：
严格核查企业实际利用的原材料与合格供方清单的适用性，同时，关注厂家原材料的储存地点，确保装入火烧试验试样中不燃材料是干燥的，避免火烧过程中水蒸气蒸发产生的热量；关注不燃、防火膨胀条、胶粘剂的容重和品质。
对装置完成前的防火类产品进行检讨，以确定排列不燃材料时排列紧凑，且应完备按照图纸设计哀求进行，避免由于间隙导致背火面温升较快；担保胶水的合理用量和安装时确保防火分隔内板的整洁，避免胶水用量过大和内板有油污导致产生过多的气体，影响试验的完全性；把稳装置的精度，比如对玻璃压框的掌握。
范例样品的虚拟火烧
从上述的火烧失落败案例中可创造，尺寸较大的双扇船舶防火门是最难通过标准耐火试验的产品，因此，本项目选取A-60级双扇船舶防火门作为范例样品进行虚拟火烧。
本次船舶防火门的虚拟火烧相对付实际的标准耐火试验，作出如下假设：
一是假设直接在船舶防火门向火面施加温升曲线，实际标准耐火试验的向火面温升的掌握是参照IMO 2010年 FTP 规则附件1第3部分附录1第7.3节炉温热电偶的哀求，通过监测炉内热电偶的温度来实现；本研究进行虚拟火烧时，对试验温升曲线数据进行剖析整理。二是假设船舶防火门装置无缺，内部不燃材料和防火膨胀条添补均匀。
1.模型虚拟
在三维实体模型的搭建与优化方面，本次实验选用CGFM-1GS型A-60级双扇船舶防火门为研究工具，详细尺寸与报告相同，SolidWorks所建A-60级双扇船舶防火门的模型(详见图4)；在此根本上，为了后续更好地划分网格，笔者对模型进行了简化和优化，去除构造中存在的瑕疵。
对模型本身构造进行优化处理完毕，将门扇按照实际的船舶防火门构造建了5层板，自向火面起依次为钢板门板+无机轻质防火板(容重1000kg/m³)+岩棉(容重120kg/m³)+无机轻质防火板(容重1000kg/m³)+钢制门板，门整体厚度为58mm，边缘空缺部分均按岩棉/防火膨胀条进行添补。
图4 A-60级双扇船舶防火门的模型图
在有限元模型的前处理方面，在热剖析时，须要定义容重、导热系数和比热容，而热力耦合时需定义弹性模量、泊松比、热膨胀系数、屈从极限和抗拉极限，准确的材料参数对付剖析过程合理性和剖析结果科学性起至关主要的浸染。在热剖析的时候，打仗形式关乎到热的传导，起桥梁的浸染，本次虚拟火烧利用静态模型并不涉及到运动，因此各个打仗面设定为Bonded打仗；由于门扇外和门扇内由1mm钢板经由折弯而成，相较于其他防火材料厚度较薄，故定义为板单元，其他防火材料定义为体单元；在进行网格划分时，内部传热的网格并无太严苛的哀求，传热靠打仗即可完成定义，由于须要测定背火面不雅观测点详细温升，故将背火面的面网格进行细化。
2.环境虚拟
环境虚拟紧张是指环境的温度和船舶防火门向火面温度，环境温度设置为20℃，而船舶防火门向火面施加的向火面温升曲线。虚拟火烧的紧张优点之一便是将面热源均匀施加于向火面，这样可以担保每个点的温升都按标准进行，使结果更具科学性。按照IMO 2010年FTP规则附件1第3部分附录1第8.3.2节炉内压力的哀求，并结合该型号双扇船舶防火门试验现场测得数据，将炉内压强定义为20Pa，炉外压强为正常大气压。
3.温升拟合-磋商隔热性
按照上述的参数设置和环境虚拟，同时参照本次实际试烧的A-60级双扇船舶防火门背火面热电偶的支配(详见图5)。对虚拟模型设置了16个背火面温度监测点，并分别提取了钢板材质为碳钢Q235B和不锈钢SUS304的两种模型在60分钟标准耐火试验内16个监测点的温度变革情形，详见表1和表2。图6给出了钢材材质为Q235B和304的船舶防火门背火面热力场变革图。
图5 A-60级双扇船舶防火门背火面热电偶的支配图
表1 钢板材质为Q235B的船舶防火门背火面测温点温升变革情形表
表2 钢板材质为SUS304的船舶防火门背火面测温点温升变革情形表
图6 船舶防火门背火面热力场变革图
通过热力学虚拟火烧过程碰着的问题和上述图表所呈现的结果总结如下：
背火面的温升是符合IMO 2010年 FTP 规则附件1第3部分关于A级船舶防火门隔热性的哀求，背火面均匀温升不超过140℃，16个测温点的单点温升均不超过180℃，解释虚拟火烧试验基本可以仿照出标准耐火试验的效果；
比拟两种材料对隔热性的影响，创造钢材种类对隔热性的影响比较小，起决定性浸染的还是不燃材料和防火膨胀条；
在虚拟的过程中，存在船舶防火门内部防火材料添补不完备而导致背火面温度较高乃至超过180℃的情形；
常规的A-60级船舶防火门上的玻璃为“三明治”构造，即钢化玻璃+防火液(固态/液态)+钢化玻璃，在火烧试验过程中，向火面的玻璃遇火后燃烧会破碎，然后防火液遇火钙化，起到阻燃隔热的浸染，但是玻璃与门板连接处的防火材料支配对船舶防火门防火特性影响较大，需将玻璃夹在内外两层门板中间，并将空隙用防火材料添补完备，否则将导致试验失落败，尤其在窗户附近测温点温度会超过180℃；
船舶防火门中不许可贯穿于船舶防火门内外的钢材构造存在，尤其对付带窗的船舶防火门，在窗框构造上若涌现贯穿内外的钢材构造极易导致火烧试验失落败；
双扇门中间接缝处构造对试验结果的影响很大，一样平常火烧过程中防火膨胀条会遇火膨胀堵住两门缝隙从而阻挡火焰通过门缝窜火，而此处膨胀条的膨胀倍数和质量要符合哀求，以防止高温从向火面传导至背火面而导致试验失落败。
4.热力耦合-磋商完全性
在完成瞬态热剖析后，可得到背火面温升情形，此时考虑静力学问题进行热力耦合打算以探究船舶防火门的受热变形。此过程中的技能要点在于施加合理的边界条件使其达到与试验同等。
笔者通过仿照，得出了门板选用不同门页钢板厚度的Q235B碳钢和304不锈钢时船舶防火门对应的门扇的变形量(向炉内凹陷变形的形变量)，详见图7。
图7 船舶防火门背火面变形云图
通过远东防火试验中央和上述门扇变形量应变云图可得知，最大变形量位于门扇的中央位置。对付钢板厚度(304不锈钢)为1mm的双扇船舶防火门，火烧报告里的最大变形量为134mm，调取模型中钢板厚度为1mm的背火面门扇中央处的变形量，钢板型号为304不锈钢船舶防火门的门扇变形量为147mm，钢板型号为Q235B碳钢船舶防火门的门扇变形量为136mm，可得出如下结论：对选用厚度为1mm的304不锈钢板的双扇船舶防火门门扇的变形量，虚拟火烧与实际火烧的结果大致相同；在门扇的中央位置，304不锈钢的变形量大于Q235B碳钢。
调取模型中钢板厚度为2mm的背火面门扇中央处的变形量，钢板型号为304不锈钢船舶防火门的门扇变形量为132mm，钢板型号为Q235B碳钢船舶防火门的门扇变形量为125mm，可得出如下结论：在门扇的中央位置，304不锈钢的变形量略大于Q235B碳钢；随着钢板厚度的增加，门扇的变形量减小。
5.关于两类钢材在火烧试验时的互为替代问题
笔者在第二部分问题描述中已提到，两种钢材的热导率和热膨胀系数分别影响耐火试验的隔热性和完全性。通过热力学剖析，我们创造影响背火面温度的成分中，钢板并不霸占最紧张的地位，而是门扇中间防火材料起到更大的浸染。虚拟试验中我们通过改变材料的热导率进行了比拟，创造在改变钢板的热导率时，背火面的温度并不会有太大的变革；而当改变中间防火材料的热导率时，背火面的温度会涌现显著的改变，且防火材料的均匀与否也直接影响着背火面的温升。以是可理解为热导率对付火烧试验隔热性的影响较小。
由于304不锈钢的热膨胀系数大于Q235B碳钢，以是Q235B碳钢的变形更大一些。同时，若将钢材厚度作为变量，我们创造，钢材厚度越大，抵抗变形的能力越强，变形量越小，随着板厚的增加，两种钢材的变形量的差值更小，可认为在火烧试验中保持完全性的能力大致相同，进而认为两种钢材可以互为替代。
综上所述，首先，利用虚拟火烧试验，对标准耐火试验供应赞助决策。近些年来，随着打算机技能和根本理论的发展，有限元技能可以适应越来越繁芜的环境，可以更高程度地还原试验场景，还涌现了诸如热力耦合、热电偶和等高等运用，从结果来看，有限元仿照技能可以很好地仿照现场情景，实现对真实耐火试验的替代。
第二，取代费时费力且随意马虎形成较大污染的真实试验，节约资源，达到节能减排的目的。
末了，对付尺寸超过了海内各试验中央的火烧试验炉尺寸的防火类产品，有限元的替代浸染则更具上风。本文通过将虚拟火烧结果与实际试验的结果进行比拟，验证虚拟火烧的可行性，为后续大尺寸防火构造类产品能否通过标准耐火试验进行供应赞助决策。
