池火测试使复合金属泡沫更接近广泛应用
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北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经证明，复合金属泡沫(CMFs)可以通过所谓的“模拟池火测试”，并取得出色的成绩，使这种材料更接近于在包装和运输危险材料等应用中使用。此外，研究人员利用这些实验数据开发了一个模型，用于预测CMF的变化将如何影响其性能。
模拟池火测试不是一个计算模拟。这是一种材料必须通过的实验测试以便考虑用于制造运输有害物质的轨道罐车。在模拟池火测试中，将一块材料的一面暴露在至少816摄氏度的温度下100分钟。面板的另一侧安装了一套热传感器。如果这些受保护的传感器记录的温度在100分钟内的任何时刻达到427摄氏度或更高，材料就不能通过测试。
在他们的测试中，北卡罗来纳州的研究人员使用了由钢-钢CMF制成的面板。CMF是一种由空心金属球(由碳钢、不锈钢或钛等材料制成)嵌入由钢、铝或其他金属合金制成的金属基体中组成的泡沫。“钢-钢”CMF表明球体和基体均由钢制成。
“同样厚度的实心钢板在大约12分钟内达到427摄氏度，”一篇关于这项工作的论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学(NC State)机械与航空航天工程教授阿夫萨内·拉比伊(Afsaneh Rabiei)说。“在三轮测试中，我们的钢结构CMF暴露在825摄氏度的相同温度下整整100分钟，使用受保护传感器的面板背面记录的最高温度在351到379摄氏度之间。值得注意的是，在12分钟左右的时间内，钢-钢CMF面板的重量仅为未通过测试的实心钢板的三分之一。
“换句话说，CMF以很大的优势通过了测试，”Rabiei说。“基于实验和建模结果，以及不确定性研究——所有这些都在本文中报告了——15.9 mm厚的钢-钢CMF在很大程度上满足了模拟水池火灾测试的接受标准。我们正在测试CMF作为危险品运输的新型绝缘系统，但它也适用于从军用车辆到建筑结构的应用。”
这项新研究建立在先前的研究基础上CMFs在高温隔热方面更有效而不是制造它们的传统金属和合金，比如钢铁。总之，这些发现突出了CMF在储存和运输核材料、危险材料、炸药和其他热敏材料以及空间探索方面的潜力。
但这项新研究也为研究人员提供了大量数据，他们可以利用这些数据来帮助微调cmf的理想特性，这取决于预期的应用。
Rabiei说:“因为我们可以控制CMF的特性，比如泡沫中空心球体的大小，我们想创建一个模型，用来预测不同类型的CMF在模拟池火测试中的表现。”“这将使我们能够设计未来的泡沫，以找到物理、机械和热性能的最佳平衡。”
研究人员利用模拟水池火灾实验的数据建立了这个模型。基于对该模型的严格评估，他们发现该模型的预测精度在10摄氏度以内。
Rabiei说:“我们的下一步包括扩展模型，使我们能够模拟所谓的火炬火测试。”“用于运输有害物质的罐车的材料也需要进行火炬测试，但这需要更大的样本——尺寸为4英尺乘4英尺的面板。”
纸”,钢-钢复合金属泡沫在模拟游泳池火灾中的试验，发表在国际热科学杂志．这篇论文的合著者是Rabiei实验室的高中志愿者K. Karimpour;西南研究所的德巴希斯·巴苏和马克·詹森斯。
这项工作得到了美国运输部管道和危险材料安全管理局的支持，批准号为DTPH5616C00001。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
钢-钢复合金属泡沫在模拟池火试验中的应用
作者: A. Rabiei和K. Karimpour，北卡罗莱纳州立大学;D. Basu和M. Janssens，西南研究院
发表: 3月18日,国际热科学杂志
DOI: 10.1016 / j.ijthermalsci.2020.106336
文摘:本文报道了不锈钢复合金属泡沫板(S-S CMF)池火综合试验和数值模拟试验。对S-S CMF试样的校准和模拟池火试验中测量和计算的未暴露表面温度进行了不确定度评估并进行了报告。该测试程序旨在测量新的或未经试验的热防护系统的热性能，如S-S CMF，并测试其暴露在100分钟的池火条件下的生存能力。根据49 CFR Part 179附录B的规定，该组件在连续三次模拟池火暴露中进行了三次重复测试，并取得了成功的结果。基于实验和建模结果以及不确定性研究，15.9毫米厚steel-steel复合金属泡沫测试作为一种新型绝缘系统符合模拟池火灾试验的验收标准中指定的49 CFR 179附录B以很大的优势,预计通过附近确定如果测试被复制在不同的实验室。S-S型CMF性能成功的主要原因是材料中含气量大。本研究报告的数值研究表明，低表面发射率的材料也在一定程度上有助于材料的优越性能。为了完成CFR Part 179 App. B的全部测试要求，材料需要进行一式两份的火炬曝晒测试。这项研究表明，轻量化S-S CMF的潜在应用之一可以用于装载危险材料的罐车，并以优异的保温性能、防火性能、轻量化以及现有的能量吸收能力等优点取代传统的结构钢。
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