安全係数

简介

安全係数涉及工程的经济效益及结构破坏可能产生的后果，如生命财产和社会影响等诸因素。它与国家的技术水平和经济政策密切相关。

技术原理

安全係数是进行土木、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，二者之比叫做安全係数。

安全係数是考虑计算载荷及应力準确性、机件工作重要性以及材料的可靠性等因素影响机件强度的强度裕度，其值大于等于1。

计算分析

计算分析方法是对安全係数的一种选取方法。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，选取的安全係数容许越小，所以不同的计算方法应该採用不同的安全係数。

在半机率极限状态设计法（见极限状态设计法）中的安全係数分别用荷载係数和材料强度係数、工作条件係数表达。

在机率极限状态设计法中，设计式中所列的荷载分项係数、抗力分项係数、荷载组合值係数等，是按失效机率计算值确定的，它们与其他设计方法中凭工程经验确定的安全係数有区别。

应力标準

屈服準则

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，故规定由塑性材料製成的零件或构件的失效应力为屈服极限，这称为屈服準则。

断裂準则

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，故规定由脆性材料製成的零件或构件的失效应力为强度极限，这称为断裂準则。在疲劳强度设计中，失效应力採用疲劳极限，安全係数在很大程度上根据设计经验来确定 。

影响因素

影响安全係数的因素很多。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，是屈服準则还是断裂準则；建立的强度判据是否合理，是应力判据还是寿命判据；採用的计算方法是否精确；製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，应採用较大的安全係数。

此外，製造中的质量控制是保证产品是否达到质量指数的措施，质量控制不严，会使产品质量达不到设计要求，实际上等于降低了安全係数。

20 世纪初期的机械设计，即使是产生疲劳的零件也採用以材料强度极限为基準的安全係数，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，虽然採用较小的安全係数，寿命却大大提高。