安全系数(factor of safety)是工程结构设计方法中用以反映结构安全程度的系数。安全系数的确定需要考虑
荷载、
材料的力学性能、试验值和设计值与实际值的差别、计算模式和施工质量等各种不定性。
安全系数(factor of safety)是工程结构设计方法中用以反映结构安全程度的系数。安全系数的确定需要考虑荷载、材料的力学性能、试验值和设计值与实际值的差别、计算模式和施工质量等各种不定性。
安全系数是进行土木、机械等工程设计时,为了防止因材料的缺点、工作的偏差、外力的突增等因素所引起的后果,工程的受力部分理论上能够担负的力必须大于其实际上担负的力,即
极限应力与
许用应力之比,二者之比叫做安全系数。
计算分析方法是对安全系数的一种选取方法。在工作应力计算中,常用
解析法和
实验法。例如用材料力学计算,或用有限元法和实验
应力分析方法进行应力分析时,所得的应力有些与实际应力很接近,有些可能有较大的误差。应力分析的结果越精确,选取的安全系数容许越小,所以不同的计算方法应该采用不同的安全系数。
在概率极限状态设计法中,设计式中所列的
荷载分项系数、抗力分项系数、荷载组合值系数等,是按失效概率计算值确定的,它们与其他设计方法中凭工程经验确定的安全系数有区别。
在机械设计中,零件或构件所用材料的失效应力与设计应力的比值。大多数结构钢和铝合金等塑性材料的应力-应变曲线有明显的屈服,故规定由塑性材料制成的零件或构件的失效应力为屈服极限,这称为屈服准则。
铸铁和高强钢等
脆性材料的应力-应变曲线没有明显的屈服,故规定由脆性材料制成的零件或构件的失效应力为强度极限,这称为断裂准则。在疲劳强度设计中,失效应力采用疲劳极限,安全系数在很大程度上根据设计经验来确定 。
影响安全系数的因素很多。归纳起来有:失效的形式是否弄清 ,是静载破坏还是疲劳破坏,是屈服准则还是断裂准则;建立的强度判据是否合理,是应力判据还是寿命判据;采用的计算方法是否精确;制造时的质量控制是否严格 ;零件本身的重要性和要求达到的可靠程度等。对于台数少而将来需要不断增大载荷的机械,应采用较大的安全系数。
20 世纪初期的机械设计,即使是产生疲劳的零件也采用以材料强度极限为基准的安全系数,其许用值很高。20 世纪中叶对
疲劳失效的零件开始进行
疲劳强度验算,改进了结构,减轻了重量,虽然采用较小的安全系数,寿命却大大提高。