Ci sono diversi modi per confrontare il fattore di sicurezza delle strutture. Tutti i diversi calcoli misurano fondamentalmente la stessa cosa: quanto carico extra oltre a quello previsto che una struttura può effettivamente sopportare (o essere richiesto di sopportare). La differenza tra i metodi è il modo in cui i valori sono calcolati e confrontati. I valori del fattore di sicurezza possono essere pensati come un modo standardizzato per confrontare la forza e l’affidabilità tra i sistemi.
L’uso di un fattore di sicurezza non implica che un oggetto, una struttura o un progetto siano “sicuri”. Molti fattori di garanzia della qualità, progettazione ingegneristica, produzione, installazione e uso finale possono influenzare il fatto che qualcosa sia sicuro o meno in qualsiasi situazione particolare.
Fattore di progettazione e fattore di sicurezzaModifica
La differenza tra il fattore di sicurezza e il fattore di progettazione (fattore di sicurezza di progettazione) è la seguente: Il fattore di sicurezza, o sforzo di snervamento, è quanto la parte progettata sarà effettivamente in grado di sopportare (primo “uso” dall’alto). Il fattore di progetto, o sollecitazione di lavoro, è ciò che l’oggetto deve essere in grado di sopportare (secondo “uso”). Il fattore di progettazione è definito per un’applicazione (generalmente fornito in anticipo e spesso fissato da norme o regolamenti edilizi) e non è un calcolo effettivo, il fattore di sicurezza è un rapporto tra la resistenza massima e il carico previsto per l’elemento reale che è stato progettato.
Fattore di sicurezza = tensione di snervamento tensione di lavoro {\displaystyle {\text{Fattore di sicurezza}={\frac {\text{ tensione di snervamento}{\text{ tensione di lavoro}}}}
- Il carico di progetto è il carico massimo che il pezzo dovrebbe vedere in servizio.
In base a questa definizione, una struttura con un FOS di esattamente 1 sosterrà solo il carico di progetto e non di più. Qualsiasi carico aggiuntivo causerà il cedimento della struttura. Una struttura con un FOS di 2 fallirà al doppio del carico di progetto.
Margine di sicurezzaModifica
Molte agenzie governative e industrie (come quella aerospaziale) richiedono l’uso di un margine di sicurezza (MoS o M.S.) per descrivere il rapporto tra la forza della struttura e i requisiti. Ci sono due definizioni separate per il margine di sicurezza, quindi è necessario fare attenzione a determinare quale viene usato per una data applicazione. Un uso di M.S. è una misura di capacità come FoS. L’altro uso di M.S. è come misura della soddisfazione dei requisiti di progettazione (verifica dei requisiti). Il margine di sicurezza può essere concettualizzato (insieme al fattore di riserva spiegato più avanti) per rappresentare quanta parte della capacità totale della struttura è tenuta “in riserva” durante il carico.
M.S. come misura della capacità strutturale: Questa definizione di margine di sicurezza che si vede comunemente nei libri di testo descrive quale carico aggiuntivo oltre a quello di progetto una parte può sopportare prima di cedere. In effetti, questa è una misura della capacità in eccesso. Se il margine è 0, la parte non sopporterà alcun carico aggiuntivo prima di rompersi, se è negativo la parte si romperà prima di raggiungere il suo carico di progetto in servizio. Se il margine è 1, può sopportare un carico aggiuntivo di forza uguale al carico massimo che è stato progettato per sostenere (cioè il doppio del carico di progetto).
Margine di sicurezza = carico di rottura carico di progetto – 1 {\displaystyle {\testo{Margine di sicurezza}}={frac {\testo{carico di rottura}}{ carico di progetto}}-1}
Margine di sicurezza = fattore di sicurezza – 1 {\displaystyle {{testo{Margine di sicurezza}={fattore di sicurezza}-1}
M.S. come misura di verifica dei requisiti: Molte agenzie e organizzazioni come la NASA e l’AIAA definiscono il margine di sicurezza includendo il fattore di progettazione, in altre parole, il margine di sicurezza è calcolato dopo aver applicato il fattore di progettazione. Nel caso di un margine di 0, la parte è esattamente alla resistenza richiesta (il fattore di sicurezza sarebbe uguale al fattore di progetto). Se c’è una parte con un fattore di progetto richiesto di 3 e un margine di 1, la parte avrebbe un fattore di sicurezza di 6 (capace di sopportare due carichi uguali al suo fattore di progetto di 3, sopportando sei volte il carico di progetto prima della rottura). Un margine di 0 significherebbe che la parte passerebbe con un fattore di sicurezza di 3. Se il margine è inferiore a 0 in questa definizione, anche se la parte non fallirà necessariamente, il requisito di progettazione non è stato soddisfatto. Una convenienza di questo uso è che per tutte le applicazioni, un margine di 0 o superiore è di passaggio, non c’è bisogno di conoscere i dettagli dell’applicazione o confrontarli con i requisiti, solo un’occhiata al calcolo del margine dice se il progetto passa o no. Questo è utile per la supervisione e la revisione di progetti con vari componenti integrati, poiché componenti diversi possono avere vari fattori di progettazione coinvolti e il calcolo del margine aiuta a prevenire la confusione.
Fattore di sicurezza di progetto =
Margine di sicurezza = carico di rottura carico di progetto × fattore di sicurezza di progetto – 1 {displaystyle {{testo{Margine di sicurezza}}={frac {{carico di rottura}}{{carico di progetto × fattore di sicurezza di progetto}}-1}
Margine di sicurezza = fattore di sicurezza realizzato fattore di sicurezza di progetto – 1 {displaystyle {\text{Margine di sicurezza}}={frac {\text{fattore di sicurezza realizzato}}-1}
Per un progetto di successo, il fattore di sicurezza realizzato deve sempre essere uguale o superiore al fattore di sicurezza di progetto in modo che il margine di sicurezza sia maggiore o uguale a zero. Il margine di sicurezza è a volte, ma raramente, usato come percentuale, cioè, un M.S. di 0,50 equivale a un M.S. del 50%. Quando un progetto soddisfa questo test si dice che ha un “margine positivo”, e, al contrario, un “margine negativo” quando non lo fa.
Nel campo della sicurezza nucleare (come attuato negli impianti di proprietà del governo degli Stati Uniti) il margine di sicurezza è stato definito come una quantità che non può essere ridotta senza la revisione dell’ufficio del governo che controlla. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti pubblica DOE G 424.1-1, “Implementation Guide for Use in Addressing Unreviewed Safety Question Requirements” come guida per determinare come identificare e determinare se un margine di sicurezza sarà ridotto da una modifica proposta. La guida sviluppa e applica il concetto di un margine di sicurezza qualitativo che può non essere esplicito o quantificabile, ma che può essere valutato concettualmente per determinare se si verificherà un aumento o una diminuzione con una modifica proposta. Questo approccio diventa importante quando si esaminano progetti con margini grandi o indefiniti (storici) e quelli che dipendono da controlli “soft” come limiti o requisiti programmatici. L’industria nucleare commerciale degli Stati Uniti ha utilizzato un concetto simile nella valutazione delle modifiche pianificate fino al 2001, quando il 10 CFR 50.59 è stato rivisto per catturare e applicare le informazioni disponibili nelle analisi di rischio specifiche dell’impianto e altri strumenti quantitativi di gestione del rischio.
Fattore di riservaModifica
Una misura di resistenza usata frequentemente in Europa è il fattore di riserva (RF). Con la resistenza e i carichi applicati espressi nelle stesse unità, il fattore di riserva è definito in uno dei due modi, a seconda del settore:
RF = resistenza di prova / carico di prova
RF = resistenza ultima / carico ultimo
I carichi applicati hanno molti fattori, compresi i fattori di sicurezza applicati.