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安全係数

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構造物の安全係数を比較する方法はいくつかあります。 すべての異なる計算は、基本的には同じことを測定しています。つまり、構造物が意図されたものよりもどれだけ余分な負荷を実際に受けるか(または耐えることが要求されるか)ということです。 それぞれの方法の違いは、値の計算方法と比較方法です。

安全係数の使用は、アイテム、構造、またはデザインが「安全」であることを意味するものではありません。

設計係数と安全係数

安全係数と設計係数(設計安全係数)の違いは次のとおりです。 安全係数(降伏応力)は、設計された部品が実際にどれだけ耐えられるか(上から1番目の「使用」)を表します。 安全率(降伏応力)は、設計された部品が実際にどれだけ耐えられるか(上述の第1の用途)、設計係数(使用応力)は、その部品が耐えられるように要求される値(第2の用途)です。

安全係数は用途に応じて定義され(一般的には事前に提供され、規制された建築基準法や政策によって設定されることが多い)、実際の計算ではありません。

安全係数=降伏応力 作動応力 }}}}

{{displaystyle {text{Factor of safety}}={{frac {text{yield stress}}{}{text{working stress}}}}}
  • 設計荷重は、その部品が使用される際に受けるべき最大荷重です。

この定義によると、FOSがちょうど1の構造は、設計荷重のみをサポートし、それ以上はサポートしません。 それ以上の荷重がかかると、構造物は壊れてしまいます。

Margin of safetyEdit

多くの政府機関や産業(航空宇宙など)では、構造物の強度と要求される強度の比率を表すために、安全性のマージン(MoSまたはM.S.)を使用することが要求されます。 安全余裕には2つの異なる定義があるため、特定の用途でどちらが使用されているかを判断するには注意が必要です。 M.S.の1つの使い方は、FoSのように能力の尺度として使用することです。 M.S.のもう1つの使い方は、設計要求を満たすかどうかの尺度(要求検証)です。 Margin of Safetyは、(以下に説明するリザーブファクターとともに)構造物の全能力のうち、どれだけの能力が荷重時に「リザーブ」されているかを表すものとして概念化することができます

構造物の能力の尺度としてのM.S.。 教科書でよく見かけるこの安全率の定義は、部品が破損するまでに耐えられる設計荷重を超える追加荷重を表しています。 つまり、余剰能力の指標となります。 マージンが0の場合、その部品は故障するまでに追加の荷重を受けません。マイナスの場合、その部品は使用中に設計荷重に達する前に故障します。 マージンが1の場合は、サポートするように設計された最大荷重と同じ力の1つの追加荷重に耐えることができます(すなわち、設計荷重の2倍)。

安全余裕 = 故障荷重 設計荷重 – 1 {displaystyle {text{Margin of safety}}={{\{failure load}}{ {text{design load}}-.1}

{{displaystyle {text{Margin of safety}}={{\{failure load}}{\{design load}}- }}。1}

Margin of safety = Factor of Safety – 1 {displaystyle {#text{Margin of safety}}={text{factor of safety}}-』となります。1}

{\\ {text{Margin of safety}}={text{factor of safety}}-1}

M.S.を要求検証の指標としています。 NASAやAIAAなど多くの機関・組織では、設計係数を含めた安全余裕を定義しており、言い換えれば、設計係数を適用した上で安全余裕を算出していることになります。 安全率が0の場合、その部品は要求された強度を正確に満たしていることになります(安全率は設計因子と同じになります)。 仮に、必要な設計係数が3で、余裕度が1の部品があったとすると、その部品の安全係数は6となります(設計係数3に相当する2つの荷重を支えることができ、設計荷重の6倍の荷重を破損するまで支えることができる)。 マージンが0の場合は、安全係数3で合格ということになります。この定義でマージンが0より小さい場合、その部品は必ずしも故障するわけではありませんが、設計要件を満たしていないことになります。 この使い方の便利な点は、すべてのアプリケーションでマージンが0以上であれば合格となり、アプリケーションの詳細を知ったり、要求と比較したりする必要がなく、マージンの計算をちらっと見るだけで設計が合格か不合格かがわかることです。 これは、さまざまなコンポーネントが統合されたプロジェクトの監視やレビューに役立ちます。コンポーネントによっては、さまざまな設計要素が含まれている可能性があり、マージン計算は混乱を防ぐのに役立ちます。

設計安全率 =

安全マージン = 故障荷重 設計荷重 × 設計安全率 – 1 {displaystyle {Roman{Margin of safety}}={\{text{failure load}}{\{design load × design safety factor}}- 1}

設計安全率 =

安全マージン = 故障荷重 設計荷重 × 設計安全率 – 11}

{\\} {text{Margin of safety}={frac {\}failure load}}{\{design load × design safety factor}}-。1}

Margin of safety = realized factor of safety design safety factor – 1 {˶ˆ꒳ˆ˵}={frac {˶ˆ꒳ˆ˵}}{˶ˆ꒳ˆ˵}-{設計安全率1}

{{displaystyle {text{Margin of safety}}={frac {\{realized factor of safety}}{̫⃝{design safety factor}}-1}

設計を成功させるためには、実現された安全率が常に等しくなければなりません。 実現された安全係数は、安全マージンがゼロ以上になるように、常に設計安全係数と同等かそれ以上でなければなりません。

原子力安全の分野では、(米国政府が所有する施設で実施されているように)安全性のマージンは、管理する政府機関の審査なしには減少させることができない量として定義されています。 米国エネルギー省では、提案された変更によって安全余裕が減少するかどうかを特定して判断する方法を示すガイドとして、DOE G 424.1-1「Implementation Guide for Use in Addressing Unreviewed Safety Question Requirements」を発行しています。 このガイドでは、明示的または定量的ではなくても、提案された変更によって安全性が向上するか減少するかを概念的に評価できる、定性的な安全性のマージンの概念を開発し、適用しています。 このアプローチは、マージンが大きい、または定義されていない(過去の)設計や、プログラム上の制限や要求などの「ソフト」な管理に依存している設計を検討する際に重要となります。

リザーブ ファクター 編集

ヨーロッパでよく使われる強度の指標にリザーブファクター (RF) があります。

RF = 耐力 / 耐力荷重
RF = 終局耐力 / 終局荷重

適用される荷重には、安全係数など多くの要素が適用されます。

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