安全系数

安全系数，也称为安全数或安全系数，表示结构、部件或材料的失效极限被设计成高于基于理论确定的失效极限的因素。

安全系数，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。

安全系统数可避免组件因材料公差、生产公差、负载假设和未经证实的微小影响而失效。 安全系数为 1 表示组件没有针对故障的安全储备。 潜在的失效机制通常是：弯曲、断裂、屈曲或疲劳失效（疲劳强度失效）。

然而，在确定负载时，通常会做出保守的假设，这会提高实际的安全水平。

在主要各向同性金属的情况下，主要应力通常来自具有强度标准的应力状态，可承受的应力是从单轴拉伸试验中获得的。 但是，如果 成型后或由于主要纹理 - 必须谈到各向异性材料。 通常，在工作负载下的金属被设计成不会实现永 久变形，因此屈服点是可以承受的应力。

术语安全系数只能在有限的范围内转移到这些材料上，因为纤维塑料复合材料的高级失效标准总是评估应力组合。 例如，如果 Puck 的纤维间断裂准则（一种 RF > 1 {\displaystyle RF>1} ）达到大于 1 的值，则可以增加应力组合（应力矢量）直到值达到 1。 然而，必须注意确保不违反纤维断裂、分层等标准。

这里还必须区分各向同性陶瓷和结构各向异性纤维陶瓷。 然而，整体陶瓷（未增强）也存在尺寸效应，这就是为什么还使用断裂概率的原因。

安全系数可以这样定义：

γ = 失效载荷 允许载荷

• R F > 1 {\displaystyle RF>1} : 组件对定义的负载限制是安全的，
• R F ≤ 1 {\displaystyle RF\leq 1} : 组件无法承受选定的负载。

这个安全系数一般是物质侧的分安全系数乘以相应部分负荷作用侧的分安全系数：

γ = γ E ⋅ γ R

储备系数通常是法定安全系数与计算安全系数之商。 因此，为了满足法律要求，它必须不小于 1。 举个例子：规定安全系数=1.5； 计算 SF = 1.7； → 储备系数 = 1.13。

然而，储备因子也通俗地等同于安全系数，不同之处在于实际压力被测量为可容忍压力，而不是欧洲规范规定的安全系数的 5% 分位数。

根据使用的材料和安全相关性，材料方面的安全系数通常在 1.1 和 2.1 之间，对于性能波动较大的材料，它是 3.0（例如潮湿的木材），对于安全相关性极高的部件，安全系数超过 10 （例如电梯绳索）。

在持续作用负载（例如自重）的情况下，相关标准通常要求安全系数约为 2。 由于在浮力情况下水的密度没有不确定性，即负载没有不确定性，因此 DIN 1054 中根据设计情况使用 1 至 1.05 的部分安全系数选择的页面。

安全系数也用于抗震设计。在这种负载情况下（通常是异常和罕见的负载情况），相对较小的系数（例如 1.2）通常就足够了。

对于发生概率极低的异常载荷情况，例如意外事故或低层建筑物火灾，作用侧的部分安全系数设置为 1。 通常不需要针对故障的材料安全性。 例如，可以通过降低部分安全系数来考虑这些因素，但也可以通过允许与强度相对应且可能高于屈服点的应力来考虑。 这会导致较大的永 久变形。