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安全係數

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安全係數(factor of safety)是工程結構設計方法中用以反映結構安全程度的係數。安全係數的確定需要考慮荷載材料的力學性能、試驗值和設計值與實際值的差別、計算模式和施工質量等各種不定性。
安全係數涉及工程的經濟效益及結構破壞可能產生的後果,如生命財產和社會影響等諸因素。它與國家的技術水平和經濟政策密切相關。
中文名
安全係數
外文名
factor of safety
用    途
反映結構安全程度
影響因素
形式,判據,計算方法等
取決因素
疲勞強度
計算分析
解析法和實驗法

安全係數簡介

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安全係數(factor of safety)是工程結構設計方法中用以反映結構安全程度的係數。安全係數的確定需要考慮荷載、材料的力學性能、試驗值和設計值與實際值的差別、計算模式和施工質量等各種不定性。
安全係數涉及工程的經濟效益及結構破壞可能產生的後果,如生命財產和社會影響等諸因素。它與國家的技術水平和經濟政策密切相關。

安全係數技術原理

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安全係數是進行土木、機械等工程設計時,為了防止因材料的缺點、工作的偏差、外力的突增等因素所引起的後果,工程的受力部分理論上能夠擔負的力必須大於其實際上擔負的力,,即極限應力許用應力之比,二者之比叫做安全係數。
安全係數是考慮計算載荷及應力準確性、機件工作重要性以及材料的可靠性等因素影響機件強度的強度裕度,其值大於等於1。 [1]  [2] 

安全係數計算分析

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計算分析方法是對安全係數的一種選取方法。在工作應力計算中,常用解析法實驗法。例如用材料力學計算,或用有限元法和實驗應力分析方法進行應力分析時,所得的應力有些與實際應力很接近,有些可能有較大的誤差。應力分析的結果越精確,選取的安全係數容許越小,所以不同的計算方法應該採用不同的安全係數。
在半概率極限狀態設計法(見極限狀態設計法)中的安全係數分別用荷載係數和材料強度係數工作條件係數表達。
在概率極限狀態設計法中,設計式中所列的荷載分項係數、抗力分項係數、荷載組合值係數等,是按失效概率計算值確定的,它們與其他設計方法中憑工程經驗確定的安全係數有區別。 [1]  [2] 

安全係數應力標準

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屈服準則
在機械設計中,零件或構件所用材料的失效應力與設計應力的比值。大多數結構鋼和鋁合金等塑性材料的應力-應變曲線有明顯的屈服,故規定由塑性材料製成的零件或構件的失效應力為屈服極限,這稱為屈服準則。
斷裂準則
鑄鐵和高強鋼等脆性材料的應力-應變曲線沒有明顯的屈服,故規定由脆性材料製成的零件或構件的失效應力為強度極限,這稱為斷裂準則。在疲勞強度設計中,失效應力採用疲勞極限,安全係數在很大程度上根據設計經驗來確定 。 [1]  [2] 

安全係數影響因素

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影響安全係數的因素很多。歸納起來有:失效的形式是否弄清 ,是靜載破壞還是疲勞破壞,是屈服準則還是斷裂準則;建立的強度判據是否合理,是應力判據還是壽命判據;採用的計算方法是否精確;製造時的質量控制是否嚴格 ;零件本身的重要性和要求達到的可靠程度等。對於台數少而將來需要不斷增大載荷的機械,應採用較大的安全係數。
此外,製造中的質量控制是保證產品是否達到質量指數的措施,質量控制不嚴,會使產品質量達不到設計要求,實際上等於降低了安全係數。
20 世紀初期的機械設計,即使是產生疲勞的零件也採用以材料強度極限為基準的安全係數,其許用值很高。20 世紀中葉對疲勞失效的零件開始進行疲勞強度驗算,改進了結構,減輕了重量,雖然採用較小的安全係數,壽命卻大大提高。 [2]  [1] 
參考資料
  • 1.    基於安全係數比的非飽和土邊坡極限平衡法.岩石力學與工程學報[N].2009年
  • 2.    用有限元強度折減法求邊坡穩定安全係數.岩土工程學報 [N].2002年,第3期