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  • 1 # 使用者5147634925370

    安全係數

    factor of safety

    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。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 。

    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。對於臺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。

    安全係數的選取決定於失效形式 。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。

    計算分析方法對安全係數的選取也有很大影響。在工作應力計算中,常用解析法和實驗法。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。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。

    在半機率極限狀態設計法(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。在機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,是按失效機率計算值確定的,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。

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