Faktor der Sicherheit (FoS), auch bekannt als (und verwendet austauschbar mit) Sicherheitsfaktor (SF), ist ein Begriff, der die Strukturkapazität eines Systems außer den erwarteten Lasten oder wirklichen Lasten beschreibt. Im Wesentlichen, wieviel stärker das System ist, als es gewöhnlich für eine beabsichtigte Last sein muss. Sicherheitsfaktoren werden häufig mit der ausführlich berichteten Analyse berechnet, weil umfassende Prüfung auf vielen Projekten, wie Brücken und Gebäude unpraktisch ist, aber die Fähigkeit der Struktur, Last zu tragen, muss zu einer angemessenen Genauigkeit bestimmt werden.

Viele Systeme werden viel stärker zweckmäßig gebaut als erforderlich für den normalen Gebrauch, um Notsituationen, unerwartete Lasten, Missbrauch oder Degradierung zu berücksichtigen.

Definition

Es gibt zwei verschiedenen Gebrauch des Faktors der Sicherheit: Ein als ein Verhältnis der absoluten Kraft (Strukturkapazität) zur wirklichen angewandten Last. Das ist ein Maß der Zuverlässigkeit eines besonderen Designs. Der andere Gebrauch von FoS ist ein unveränderlicher Wert, der durch Gesetz, Standard, Spezifizierung, Vertrag oder Gewohnheit auferlegt ist, der sich eine Struktur anpassen oder zu weit gehen muss.

Der erste Sinn (ein berechneter Wert) wird allgemein einen Faktor der Sicherheit genannt oder, um, ein begriffener Faktor der Sicherheit und der zweite Sinn (ein erforderlicher Wert) als ein Designfaktor, Designfaktor der Sicherheit oder erforderlicher Faktor der Sicherheit ausführlich zu sein, aber Gebrauch ist inkonsequent und verwirrend. Es ist wichtig nachzugehen, von welchen von den zwei Definitionen verwendet wird.

Die Ursache von viel Verwirrung besteht darin, dass verschiedene Nachschlagewerke und Standardagenturen den Faktor von Sicherheitsdefinitionen und Begriffen verschieden verwenden. Designcodes und strukturelle und Maschinenbau-Lehrbücher verwenden häufig "Faktor der Sicherheit", um den Bruchteil der Gesamtstrukturfähigkeit darüber erforderlich (der erste Sinn) zu bedeuten. Viele Studentenkraft von Materialien bestellen Gebrauch "Faktor der Sicherheit" als ein unveränderlicher Wert vor, der als ein minimales Ziel für das Design (der zweite Sinn) beabsichtigt ist.

Das kann ähnlich klingen, aber das denken: Sagen Sie, dass ein Balken in einer Struktur erforderlich ist, einen Sicherheitsfaktor 3 zu haben. Der Ingenieur hat einen Balken gewählt, der im Stande sein wird, 10mal der Last zu widerstehen. Der erforderliche Sicherheitsfaktor ist noch 3, weil es die Voraussetzung ist, die entsprochen werden muss, überschreitet der Balken gerade zufällig die Voraussetzung, und sein Sicherheitsfaktor ist 10. Der begriffene Sicherheitsfaktor sollte immer entsprechen oder den erforderlichen Sicherheitsfaktor überschreiten, oder das Design ist nicht entsprechend. Das Treffen mit dem erforderlichen Sicherheitsfaktor deutet genau an, dass das Design die minimale zulässige Kraft entspricht. Ein hoher Sicherheitsfaktor gut über den erforderlichen Designfaktor bezieht manchmal "Übertechnik" ein, die auf übermäßiges Gewicht hinauslaufen und/oder kosten kann. Im umgangssprachlichen Gebrauch der Begriff, "ist erforderlicher Sicherheitsfaktor" zum Designfaktor funktionell gleichwertig.

Berechnung

Es gibt mehrere Weisen, den Faktor der Sicherheit für Strukturen zu vergleichen. Alle verschiedenen Berechnungen messen im Wesentlichen dasselbe Ding: Wie viel Extralast außer, was beabsichtigt ist, eine Struktur wirklich nehmen (oder erforderlich sein wird zu widerstehen). Der Unterschied zwischen den Methoden ist der Weg, auf den die Werte berechnet und verglichen werden. Von Sicherheitsfaktor-Werten kann als ein standardisierter Weg gedacht werden, um Kraft und Zuverlässigkeit zwischen Systemen zu vergleichen.

Der Gebrauch eines Faktors der Sicherheit deutet nicht an, dass ein Artikel, Struktur oder Design "sicher" sind. Viele, die Qualitätssicherung, Technikdesign, Herstellung, Installation und Endgebrauch-Faktoren beeinflussen können, ob etwas in besonderer Situation sicher ist.

Designfaktor und Sicherheitsfaktor

Der Unterschied zwischen dem Sicherheitsfaktor und Designfaktor (Designsicherheitsfaktor) ist wie folgt: Der Sicherheitsfaktor ist, wie viel der bestimmte Teil wirklich im Stande sein wird (der erste "Sinn" von oben) zu widerstehen. Der Designfaktor ist, wem der Artikel erforderlich ist im Stande zu sein (der zweite "Sinn") zu widerstehen. Der Designfaktor wird für eine Anwendung (allgemein zur Verfügung gestellt im Voraus und häufig gesetzt durch den Durchführungscode oder die Politik) definiert und ist nicht eine wirkliche Berechnung, der Sicherheitsfaktor ist ein Verhältnis der maximalen Kraft zur beabsichtigten Last für den wirklichen Artikel, der entworfen wurde.

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• Designlast, die das Maximum ist, lädt der Teil sollte jemals im Betrieb sehen.

Rand der Sicherheit

Viele Regierungsstellen und Industrien (wie Weltraum) verlangen den Gebrauch eines Randes der Sicherheit (MoS oder M.S.), um das Verhältnis der Kraft der Struktur zu den Voraussetzungen zu beschreiben. Es gibt zwei getrennte Definitionen für den Rand der Sicherheit, so ist Sorge erforderlich, um zu bestimmen, der für eine gegebene Anwendung verwendet wird. Ein Gebrauch von M.S. ist als ein Maß der Kapazität wie FoS. Der andere Gebrauch von M.S. ist als ein Maß von befriedigenden Designvoraussetzungen (Voraussetzungsüberprüfung). Der Rand der Sicherheit kann (zusammen mit dem Reservefaktor begrifflich gefasst werden, der unten erklärt ist), um zu vertreten, wie viel der Gesamtkapazität der Struktur "in der Reserve" während des Ladens gehalten wird.

M.S. als ein Maß der Strukturkapazität: Diese Definition des Randes der Sicherheit, die allgemein in Lehrbüchern grundsätzlich gesehen ist, sagt, dass, wenn der Teil zur maximalen Last geladen wird, es jemals im Betrieb sehen sollte, wie viel Lasten derselben Kraft es können, vor dem Mangel widerstehen. Tatsächlich ist das ein Maß der Überkapazität. Wenn der Rand 0 ist, wird der Teil keine zusätzliche Last nehmen, bevor es scheitert, wenn es negativ ist, wird der Teil vor dem Erreichen seiner Designlast im Betrieb scheitern. Wenn der Rand 1 ist, kann er einer zusätzlicher Last der gleichen Kraft zur maximalen Last widerstehen, die er entworfen wurde um (d. h. zweimal die Designlast) zu unterstützen.

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M.S. als ein Maß der Voraussetzungsüberprüfung: Viele Agenturen wie NASA und AIAA definieren den Rand der Sicherheit einschließlich des Designfaktors mit anderen Worten, der Rand der Sicherheit wird nach der Verwendung des Designfaktors berechnet. Im Fall von einem Rand 0 ist der Teil an genau der erforderlichen Kraft (der Sicherheitsfaktor würde dem Designfaktor gleichkommen). Wenn es einen Teil mit einem erforderlichen Designfaktor 3 und einem Rand 1 gibt, würde der Teil einen Sicherheitsfaktor 6 (fähig dazu haben, zwei Lasten zu unterstützen, die seinem Designfaktor 3 gleich sind, sechsmal die Designlast vor dem Misserfolg unterstützend). Ein Rand 0 würde bedeuten, dass der Teil mit einem Sicherheitsfaktor 3 gehen würde. Wenn der Rand weniger als 0 in dieser Definition ist, obwohl der Teil nicht notwendigerweise scheitern wird, ist der Designanforderung nicht entsprochen worden. Eine Bequemlichkeit dieses Gebrauchs besteht darin, dass für alle Anwendungen, einen Rand 0 oder höher geht, braucht man nicht Anwendungsdetails zu wissen oder sich gegen Voraussetzungen zu vergleichen, gerade auf die Rand-Berechnung flüchtig blickend, erzählt, ob das Design geht oder nicht.

Designsicherheitsfaktor = [Zur Verfügung gestellt als Voraussetzung]

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Für ein erfolgreiches Design muss der begriffene Sicherheitsfaktor immer gleichkommen oder den erforderlichen Sicherheitsfaktor überschreiten (Designfaktor), so ist der Rand der Sicherheit größer oder gleich der Null. Der Rand der Sicherheit ist manchmal, aber selten, verwendet als ein Prozentsatz, d. h., sind 0.50 M.S zu einem 50-%-M.S gleichwertig. Wenn ein Design diesen Test befriedigt, wie man sagt, hat es einen "positiven Rand," und, umgekehrt, ein "negativer Rand", wenn es nicht tut.

Im Feld der Kernsicherheit (wie durchgeführt, an amerikanischen Regierungsmöglichkeiten) ist der Rand der Sicherheit als eine Menge definiert worden, die ohne Rezension durch das kontrollierende Regierungsbüro nicht reduziert werden darf. Das amerikanische Energieministerium veröffentlicht HIRSCHKUH G 424.1-1, "Der Durchführungsführer für den Gebrauch im Wenden von Unnachgeprüften Sicherheitsfrage-Voraussetzungen" als ein Führer, um zu bestimmen, wie man identifiziert und bestimmt, ob ein Rand der Sicherheit durch eine vorgeschlagene Änderung reduziert wird. Der Führer entwickelt und wendet das Konzept eines qualitativen Randes der Sicherheit an, die nicht ausführlich oder quantitativ bestimmbar sein kann, noch kann begrifflich bewertet werden, um zu bestimmen, ob eine Zunahme oder Abnahme mit einer vorgeschlagenen Änderung vorkommen werden. Diese Annäherung wird wichtig, wenn sie Designs mit großen oder unbestimmten (historischen) Rändern und denjenigen untersucht, die 'von weichen' Steuerungen wie Programmatic-Grenzen oder Voraussetzungen abhängen. Die kommerziellen Vereinigten Staaten. Kernindustrie hat ein ähnliches Konzept im Auswerten von geplanten Änderungen bis 2001 verwertet, als 10 CFR 50.59 revidiert wurden, um die Information zu gewinnen und anzuwenden, die in mit der Möglichkeit spezifischen Risikoanalysen und anderen quantitativen Risikoverwaltungswerkzeugen verfügbar ist.

Bestellen Sie Faktor vor

Ein Maß der in Europa oft verwendeten Kraft ist Reserve Factor (RF). Mit der Kraft und den angewandten in denselben Einheiten ausgedrückten Lasten wird der Reservefaktor als definiert:

RF = Probekraft / Probelast

RF = Äußerste Kraft / Äußerste Last

Die angewandten Lasten haben irgendwelche Faktoren einschließlich Faktoren der angewandten Sicherheit.

Ertrag & Äußerste Berechnungen

Für hämmerbare Materialien (z.B die meisten Metalle) ist es häufig erforderlich, dass der Faktor der Sicherheit sowohl gegen den Ertrag als auch gegen die äußersten Kräfte überprüft wird. Die Ertrag-Berechnung wird den Sicherheitsfaktor bestimmen, bis der Teil anfängt plastisch zu deformieren. Die äußerste Berechnung wird den Sicherheitsfaktor bis zum Misserfolg bestimmen. Auf spröden Materialien sind diese Werte häufig so nah, um nicht zu unterscheidend zu sein, auch ist es gewöhnlich annehmbar, um nur den äußersten Sicherheitsfaktor zu berechnen.

Auswahl von Designfaktoren

Passende Designfaktoren basieren auf mehreren Rücksichten, wie die Genauigkeit von Vorhersagen auf den auferlegten Lasten, der Kraft, den Tragen-Schätzungen und den Umwelteffekten, zu denen das Produkt im Betrieb ausgestellt wird; die Folgen des Technikmisserfolgs; und die Kosten der Übertechnik der Bestandteil, um diesen Faktor der Sicherheit zu erreichen. Zum Beispiel können Bestandteile, deren Misserfolg auf wesentlichen Finanzverlust, ernste Verletzung oder Tod hinauslaufen konnte, einen Sicherheitsfaktor vier oder höher (häufig zehn) verwenden. Nichtkritische Bestandteile könnten allgemein einen Designfaktor zwei haben. Risikoanalyse, Misserfolg-Weise und Effekten-Analyse und andere Werkzeuge werden allgemein verwendet. Designfaktoren für spezifische Anwendungen werden häufig durch das Gesetz, die Politik oder die Industriestandards beauftragt.

Gebäude verwenden allgemein einen Faktor der Sicherheit 2.0 für jedes Strukturmitglied. Der Wert für Gebäude ist relativ niedrig, weil die Lasten gut verstanden werden und die meisten Strukturen überflüssig sind. Druck-Behälter verwenden 3.5 an 4.0, Automobile verwenden 3.0, und Flugzeug und Raumfahrzeug verwenden 1.2 an 3.0 abhängig von der Anwendung und den Materialien. Hämmerbare, metallische Materialien neigen dazu, den niedrigeren Wert zu verwenden, während spröde Materialien die höheren Werte verwenden. Das Feld des Raumfahrttechnikgebrauches senkt allgemein Designfaktoren, weil die mit dem Strukturgewicht vereinigten Kosten hoch sind (d. h. ein Flugzeug mit einem gesamten Sicherheitsfaktor 5 wahrscheinlich zu schwer sein würde, um aus dem Boden auszusteigen). Dieser niedrige Designfaktor ist, warum Raumfahrtteile und Materialien der sehr strengen Qualitätskontrolle unterworfen sind und strenge vorbeugende Wartung plant zu helfen, Zuverlässigkeit zu sichern. Ein gewöhnlich angewandter Sicherheitsfaktor ist 1.5, aber für den unter Druck gesetzten Rumpf ist es 2.0, und für Hauptfahrwerk-Strukturen ist es häufig 1.25.

In einigen Fällen ist es unpraktisch oder für einen Teil unmöglich, den "Standard"-Designfaktor zu entsprechen. Die Strafen (Masse oder sonst), für der Anforderung zu entsprechen, würden das System davon abhalten (solcher als im Fall vom Flugzeug oder Raumfahrzeug) lebensfähig zu sein. In diesen Fällen wird es manchmal beschlossen, einem Bestandteil zu erlauben, einen niedrigeren zu entsprechen, als normaler Sicherheitsfaktor, häufig gekennzeichnet als "das Aufgeben" auf die Voraussetzung. Das Tun davon bringt häufig damit ausführlicher Extraanalyse oder Qualitätskontrollüberprüfungen dazu zu versichern, dass der Teil, wie gewünscht, leisten wird, weil es näher an seinen Grenzen geladen wird.

Um zu laden, der zyklisch, oder das Schwanken wiederholend ist, ist es wichtig, die Möglichkeit der Metallerschöpfung zu denken, wenn man Faktor der Sicherheit wählt. Eine zyklische Last ganz unter einer Ertrag-Kraft eines Materials kann Misserfolg verursachen, wenn es durch genug Zyklen wiederholt wird.

Siehe auch

• Grenze-Zustanddesign
• Überfülle (Gesamtqualitätsmanagement)
• Design von Probabilistic
• Opferteil
• Statistische Einmischung
• Überprüfung und Gültigkeitserklärung

Referenzen

Weiterführende Literatur

• Lalanne, C., Spezifizierungsentwicklung - 2. Hrsg., ISTE-Wiley, 2009