Il existe plusieurs façons de comparer le facteur de sécurité des structures. Tous les différents calculs mesurent fondamentalement la même chose : la quantité de charge supplémentaire au-delà de ce qui est prévu qu’une structure supportera réellement (ou devra supporter). La différence entre les méthodes réside dans la manière dont les valeurs sont calculées et comparées. Les valeurs du facteur de sécurité peuvent être considérées comme un moyen normalisé de comparer la résistance et la fiabilité entre les systèmes.
L’utilisation d’un facteur de sécurité n’implique pas qu’un article, une structure ou une conception soit « sûr ». De nombreux facteurs liés à l’assurance qualité, à la conception technique, à la fabrication, à l’installation et à l’utilisation finale peuvent influencer le fait que quelque chose soit sûr ou non dans une situation particulière.
Facteur de conception et facteur de sécuritéEdit
La différence entre le facteur de sécurité et le facteur de conception (facteur de sécurité de conception) est la suivante : Le facteur de sécurité, ou contrainte d’élasticité, est la quantité que la pièce conçue pourra réellement supporter (première « utilisation » du dessus). Le facteur de conception, ou contrainte de travail, est ce que l’article doit être capable de supporter (deuxième « utilisation »). Le facteur de conception est défini pour une application (généralement fourni à l’avance et souvent fixé par des codes de construction réglementaires ou une politique) et n’est pas un calcul réel, le facteur de sécurité est un rapport entre la résistance maximale et la charge prévue pour l’article réel qui a été conçu.
Facteur de sécurité = limite d’élasticité contrainte de travail {\displaystyle {\text{Facteur de sécurité}}={frac {\text{contrainte d’élasticité}{\text{contrainte de travail}}}}
- La charge nominale étant la charge maximale que la pièce devrait jamais voir en service.
Selon cette définition, une structure avec un FOS d’exactement 1 ne supportera que la charge de conception et pas plus. Toute charge supplémentaire entraînera la défaillance de la structure. Une structure avec une FOS de 2 cédera à deux fois la charge de conception.
Marge de sécuritéEdit
De nombreuses agences gouvernementales et industries (telles que l’aérospatiale) exigent l’utilisation d’une marge de sécurité (MoS ou M.S.) pour décrire le rapport entre la résistance de la structure et les exigences. Il existe deux définitions distinctes de la marge de sécurité, il est donc nécessaire de déterminer laquelle est utilisée pour une application donnée. L’une des utilisations de la M.S. est une mesure de la capacité, comme les FoS. L’autre utilisation de la M.S. est une mesure de la satisfaction des exigences de conception (vérification des exigences). La marge de sécurité peut être conceptualisée (avec le facteur de réserve expliqué ci-dessous) pour représenter la part de la capacité totale de la structure qui est tenue » en réserve » pendant le chargement.
La M.S. comme mesure de la capacité structurelle : Cette définition de la marge de sécurité couramment vue dans les manuels décrit quelle charge supplémentaire au-delà de la charge de conception une pièce peut supporter avant de défaillir. En fait, il s’agit d’une mesure de la capacité excédentaire. Si la marge est égale à 0, la pièce ne supportera aucune charge supplémentaire avant de céder, si elle est négative, la pièce cédera avant d’atteindre sa charge de conception en service. Si la marge est de 1, elle peut supporter une charge supplémentaire de force égale à la charge maximale qu’elle a été conçue pour supporter (c’est-à-dire deux fois la charge de conception).
Marge de sécurité = charge de rupture charge de conception – 1 {\displaystyle {\text{Margin of safety}}={\frac {\text{failure load}{\text{design load}}-1}
Marge de sécurité = facteur de sécurité – 1 {\displaystyle {\text{Margin of safety}}={\text{facteur de sécurité}}-1}
M.S. comme mesure de la vérification des exigences : De nombreuses agences et organisations telles que la NASA et l’AIAA définissent la marge de sécurité en incluant le facteur de conception, autrement dit, la marge de sécurité est calculée après avoir appliqué le facteur de conception. Dans le cas d’une marge de 0, la pièce a exactement la résistance requise (le facteur de sécurité serait égal au facteur de conception). Dans le cas d’une pièce ayant un facteur de conception requis de 3 et une marge de 1, la pièce aurait un facteur de sécurité de 6 (capable de supporter deux charges égales à son facteur de conception de 3, supportant six fois la charge de conception avant la rupture). Une marge de 0 signifierait que la pièce passerait avec un facteur de sécurité de 3. Si la marge est inférieure à 0 dans cette définition, bien que la pièce ne soit pas nécessairement défaillante, l’exigence de conception n’est pas respectée. L’avantage de cette utilisation est que, pour toutes les applications, une marge de 0 ou plus est satisfaisante. Il n’est pas nécessaire de connaître les détails de l’application ou de comparer avec les exigences, un simple coup d’œil au calcul de la marge indique si la conception est satisfaisante ou non. Cela est utile pour la supervision et la révision sur des projets avec divers composants intégrés, car différents composants peuvent avoir divers facteurs de conception impliqués et le calcul de la marge permet d’éviter la confusion.
Facteur de sécurité de conception =
Marge de sécurité = charge de défaillance charge de conception × facteur de sécurité de conception – 1 {\displaystyle {\text{Margin of safety}}={\frac {\text{failure load}{\text{design load × design safety factor}}-1}
Marge de sécurité = facteur de sécurité réalisé facteur de sécurité de conception – 1 {\displaystyle {\text{Margin of safety}}={\frac {\text{facteur de sécurité réalisé}{\text{facteur de sécurité de conception}}}-1}
Pour une conception réussie, le facteur de sécurité réalisé doit toujours être égal ou supérieur au facteur de sécurité de conception, de sorte que la marge de sécurité soit supérieure ou égale à zéro. La marge de sécurité est parfois, mais rarement, utilisée sous forme de pourcentage, c’est-à-dire qu’une M.S. de 0,50 équivaut à une M.S. de 50 %. Lorsqu’une conception satisfait à ce test, on dit qu’elle a une « marge positive » et, à l’inverse, une « marge négative » lorsqu’elle ne le fait pas.
Dans le domaine de la sûreté nucléaire (telle qu’elle est mise en œuvre dans les installations appartenant au gouvernement américain), la marge de sécurité a été définie comme une quantité qui ne peut être réduite sans examen par le bureau gouvernemental de contrôle. Le ministère de l’Énergie des États-Unis publie le DOE G 424.1-1, » Implementation Guide for Use in Addressing Unreviewed Safety Question Requirements « , comme guide pour déterminer comment identifier et déterminer si une marge de sûreté sera réduite par un changement proposé. Le guide développe et applique le concept d’une marge de sécurité qualitative qui peut ne pas être explicite ou quantifiable, mais qui peut être évaluée conceptuellement pour déterminer si une augmentation ou une diminution se produira avec un changement proposé. Cette approche devient importante lorsqu’on examine des conceptions dont les marges (historiques) sont importantes ou non définies et celles qui dépendent de contrôles » souples » tels que des limites ou des exigences programmatiques. L’industrie nucléaire commerciale américaine a utilisé un concept similaire pour évaluer les changements planifiés jusqu’en 2001, lorsque le règlement 10 CFR 50.59 a été révisé pour saisir et appliquer les informations disponibles dans les analyses de risques spécifiques aux installations et d’autres outils de gestion quantitative des risques.
Facteur de réserveModification
Une mesure de la résistance fréquemment utilisée en Europe est le facteur de réserve (RF). La résistance et les charges appliquées étant exprimées dans les mêmes unités, le facteur de réserve est défini de l’une des deux manières suivantes, en fonction de l’industrie :
RF = résistance à l’épreuve / charge à l’épreuve
RF = résistance ultime / charge ultime
Les charges appliquées comportent de nombreux facteurs, y compris des facteurs de sécurité appliqués.