結構的安全係數與可靠度是什麼關係?

在航空、機械、土木等領域,設計人員往往要考慮其可靠性,尤其是疲勞可靠性。計算所設計的結構或者構件的可靠度。計算出此結構或構件一個可靠度,那這個可靠度為何不增大其安全係數來保證呢?


可靠度當然可以通過增加安全係數來保證的。

可靠度與安全係數是正相關的關係,安全係數的增加將導致可靠度的提高。

然而,可靠度研究的關鍵在於給出定量的關係,安全係數的增加會提高多少可靠度。

可靠度是一個表徵失效概率的一個量,可靠度越高,失效概率越低。

可靠度可以非常直接的讓設計者知道結構的失效概率。這是安全係數所做不到的。


推薦看何軍博士譯的《結構可靠度方法》中第2.2節——安全係數概念和不隨公式變化(公式化不變性)的要求。希望有所幫助。

安全係數概念和可靠度概念分別是結構分析舊,新兩個階段。現代各行業具體問題分析時抗力都不可能由單個標量來清晰定義。如果採用安全係數法,每個安全係數的確定都需要指定一種對應於此安全係數的抗力計算公式,這對於規範制定來說非常不便(規範中的安全係數必須是不隨公式變化的),並且也限制了理論模型的發展;而用可靠度方法可以使規範中的安全性定義與抗力和相應荷載效應的任意等效公式獨立。


安全係數大了可靠度肯定也就被提高了。但你提高安全係數帶來的是成本及其他因素如重量的增加。比如一根桿,你按照設計要求設計出來直徑是10,你提高設計安全係數那可能就需要12的直徑。你增加了大量重量與成本,但可靠性增加卻並不明顯。


可靠度通常偏於學術的概念,表徵失效概率,即狀態方程小於零的概率。可靠度越高,失效概率越小,結構安全性越高。

實際設計和工程上用的是分項係數,是利用目標可靠度進行校正得到的一系列係數,便於使用。其取值要能保證結構滿足安全要求和經濟要求。


安全係數是專家憑經驗做出的一個定量(deterministic)的保守估計,是乘在設計變數或載荷前面的一個係數。而根據這個經驗做出來的設計要進行可靠度(reliability)分析,一般要由隨機分析來評估的有效(或失效)概率。


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