Er zijn verschillende manieren om de veiligheidsfactor van constructies te vergelijken. Alle verschillende berekeningen meten in wezen hetzelfde: hoeveel extra belasting een constructie daadwerkelijk kan dragen (of moet weerstaan) ten opzichte van wat de bedoeling is. Het verschil tussen de methoden is de manier waarop de waarden worden berekend en vergeleken. De waarden van de veiligheidsfactor kunnen worden beschouwd als een gestandaardiseerde manier om de sterkte en betrouwbaarheid van systemen te vergelijken.
Het gebruik van een veiligheidsfactor impliceert niet dat een voorwerp, constructie of ontwerp “veilig” is. Veel factoren op het gebied van kwaliteitsborging, technisch ontwerp, fabricage, installatie en eindgebruik kunnen van invloed zijn op de vraag of iets in een bepaalde situatie al dan niet veilig is.
Ontwerpfactor en veiligheidsfactorEdit
Het verschil tussen de veiligheidsfactor en de ontwerpfactor (ontwerpveiligheidsfactor) is als volgt: De veiligheidsfactor, of vloeispanning, is hoeveel het ontworpen onderdeel daadwerkelijk zal kunnen weerstaan (eerste “gebruik” van boven). De ontwerpfactor, of werkspanning, is wat het onderdeel moet kunnen weerstaan (tweede “gebruik”). De ontwerpfactor wordt bepaald voor een toepassing (meestal vooraf verstrekt en vaak vastgesteld door regelgevende bouwvoorschriften of beleid) en is geen eigenlijke berekening, de veiligheidsfactor is een verhouding van maximale sterkte tot beoogde belasting voor het eigenlijke voorwerp dat werd ontworpen.
Veiligheidsfactor = vloeispanning werkspanning {{displaystyle {{Factor of safety}}={{displaystyle}{{ytext{yield stress}}{{working stress}}00}
- Design load is de maximale belasting die het onderdeel ooit in bedrijf mag ondervinden.
Volgens deze definitie zal een constructie met een FOS van precies 1 alleen de ontwerpbelasting dragen en niet meer. Elke extra belasting zal de constructie doen bezwijken. Een constructie met een FOS van 2 zal bezwijken bij tweemaal de ontwerpbelasting.
VeiligheidsmargeEdit
Veel overheidsinstanties en industrieën (zoals lucht- en ruimtevaart) vereisen het gebruik van een veiligheidsmarge (MoS of M.S.) om de verhouding van de sterkte van de constructie tot de eisen te beschrijven. Er zijn twee verschillende definities voor de veiligheidsmarge, zodat zorgvuldig moet worden bepaald welke voor een bepaalde toepassing wordt gebruikt. Het ene gebruik van M.S. is als een maatstaf voor het vermogen, zoals FoS. Het andere gebruik van M.S. is als een maatstaf voor het voldoen aan ontwerpeisen (verificatie van eisen). De veiligheidsmarge kan (samen met de hieronder toegelichte reservefactor) worden opgevat als een aanduiding van hoeveel van het totale vermogen van de constructie tijdens belasting “in reserve” wordt gehouden.
M.S. als maatstaf voor het vermogen van de constructie: Deze definitie van veiligheidsmarge, die vaak in handboeken wordt gebruikt, beschrijft de extra belasting boven de ontwerpbelasting die een onderdeel kan weerstaan voordat het bezwijkt. In feite is dit een maatstaf voor overtollig vermogen. Als de marge 0 is, zal het onderdeel geen extra belasting verdragen voordat het bezwijkt, als de marge negatief is, zal het onderdeel bezwijken voordat de ontwerpbelasting in gebruik wordt genomen. Als de marge 1 is, kan het onderdeel een extra belasting aan van gelijke kracht als de maximale belasting waarvoor het ontworpen is (d.w.z. tweemaal de ontwerpbelasting).
Veiligheidsmarge = bezwijkbelasting ontwerpbelasting – 1 {\displaystyle {text{Margin of safety}}={{bezwijkenbelasting}}{ontwerpbelasting}}-1}
Veiligheidsmarge = veiligheidsfactor – 1 {{Displaystyle {{Margin of safety}}={{factor of safety}}-1}
M.S. als maatstaf voor de verificatie van de eisen: Veel agentschappen en organisaties zoals NASA en AIAA definiëren de veiligheidsmarge inclusief de ontwerpfactor, met andere woorden, de veiligheidsmarge wordt berekend na toepassing van de ontwerpfactor. In het geval van een marge van 0, heeft het onderdeel precies de vereiste sterkte (de veiligheidsfactor zou gelijk zijn aan de ontwerpfactor). In het geval van een onderdeel met een vereiste ontwerpfactor van 3 en een marge van 1, zou het onderdeel een veiligheidsfactor van 6 hebben (in staat om twee belastingen gelijk aan zijn ontwerpfactor van 3 te dragen, dus zes keer de ontwerpbelasting te dragen alvorens te bezwijken). Een marge van 0 zou betekenen dat het onderdeel zou slagen met een veiligheidsfactor 3. Als de marge kleiner is dan 0 in deze definitie, zal het onderdeel weliswaar niet noodzakelijk falen, maar is niet voldaan aan de ontwerpeis. Het gemak van dit gebruik is dat voor alle toepassingen, een marge van 0 of hoger geslaagd is, men hoeft de details van de toepassing niet te kennen of te vergelijken met de vereisten, een blik op de margeberekening vertelt of het ontwerp geslaagd is of niet. Dit is nuttig voor het overzicht en de beoordeling van projecten met verschillende geïntegreerde componenten, omdat bij verschillende componenten verschillende ontwerpfactoren een rol kunnen spelen en de margeberekening verwarring helpt voorkomen.
Ontwerpveiligheidsfactor =
Veiligheidsmarge = faalbelasting ontwerpbelasting × ontwerpveiligheidsfactor – 1 {{displaystyle {{Margin of safety}}={{frac {text{faalbelasting}}{{text{ontwerpbelasting × ontwerpveiligheidsfactor}}-1}
Veiligheidsmarge = gerealiseerde veiligheidsfactor ontwerpveiligheidsfactor – 1 {{displaystyle {{Margin of safety}}={\frac {{gerealiseerde veiligheidsfactor}}{{ontwerpveiligheidsfactor}}-1}
Voor een succesvol ontwerp, moet de gerealiseerde veiligheidsfactor altijd gelijk zijn aan of groter zijn dan de ontwerp-veiligheidsfactor, zodat de veiligheidsmarge groter is dan of gelijk is aan nul. De veiligheidsmarge wordt soms, maar zelden, als percentage gebruikt, d.w.z. een M.S. van 0,50 is gelijk aan een M.S. van 50%. Wanneer een ontwerp aan deze test voldoet, wordt gezegd dat het een “positieve marge” heeft, en omgekeerd een “negatieve marge” wanneer dat niet het geval is.
Op het gebied van de nucleaire veiligheid (zoals toegepast op installaties die eigendom zijn van de Amerikaanse overheid) is de veiligheidsmarge gedefinieerd als een hoeveelheid die niet mag worden verkleind zonder toetsing door de controlerende overheidsinstantie. Het U.S. Department of Energy publiceert DOE G 424.1-1, “Implementation Guide for Use in Addressing Unreviewed Safety Question Requirements”, als een leidraad om te bepalen hoe kan worden vastgesteld en bepaald of een veiligheidsmarge door een voorgestelde wijziging zal worden verkleind. In de gids wordt het concept van een kwalitatieve veiligheidsmarge ontwikkeld en toegepast die misschien niet expliciet of kwantificeerbaar is, maar toch conceptueel kan worden geëvalueerd om te bepalen of een voorgestelde wijziging een verhoging of verlaging tot gevolg zal hebben. Deze aanpak wordt belangrijk bij het onderzoek van ontwerpen met grote of niet gedefinieerde (historische) marges en ontwerpen die afhankelijk zijn van “zachte” controles zoals programmatische limieten of eisen. De commerciële Amerikaanse nucleaire industrie gebruikte een soortgelijk concept bij het evalueren van geplande veranderingen tot 2001, toen 10 CFR 50.59 werd herzien om de informatie die beschikbaar is in faciliteitspecifieke risicoanalyses en andere kwantitatieve risicobeheersinstrumenten vast te leggen en toe te passen.
ReservefactorEdit
Een in Europa veelgebruikte maatstaf voor sterkte is de reservefactor (RF). Met de sterkte en toegepaste belastingen uitgedrukt in dezelfde eenheden, wordt de reservefactor gedefinieerd op een van de twee manieren, afhankelijk van de industrie:
RF = proefsterkte / proefbelasting
RF = ultieme sterkte / ultieme belasting
De toegepaste belastingen hebben vele factoren, met inbegrip van toegepaste veiligheidsfactoren.