محاسبه ضریب ایمنی:
روش های متنوعی برای محاسبه ضریب ایمنی سازه ها وجود دارد. تمام این روش ها در اصل یک پارامتر مشترک (میزان مقاومت واقعی یا مورد نیاز یک سازه در برابر بارهای اضافی) را اندازه گیری می کنند.
تفاوت بین هر رویکرد در مقادیر محاسبه شده و مقایسه شده است. مقدار ضریب ایمنی را می توان به عنوان یک معیار استاندارد برای مقایسه مقاومت و قابلیت اطمینان سیستم های مختلف در نظر گرفت.
ضریب ایمنی به معنای ایمن بودن قطعی یک قطعه، سازه یا طراحی نیست.
عوامل زیادی نظیر تضمین کیفیت، طراحی مهندسی، تولید، نصب و کاربری نهایی می توانند بر روی ایمن بودن قطعه یا سازه مورد نظر در شرایط خاص تأثیرگذار باشند.
ضریب طراحی و ضریب ایمنی:
تفاوت بین ضریب ایمنی و ضریب طراحی به صورت زیر است:
ضریب ایمنی، میزان تحمل یک قطعه طراحی شده در برابر بارها را نشان می دهد. این ضریب، نسبت مقاومت ماکزیمم به بار مورد انتظار برای یک قطعه واقعی است. محاسبات ضریب ایمنی پس از ساخت قطعه یا سازه مورد نظر انجام می شود.
ضریب طراحی، میزان مقاومت مورد نیاز قطعه را بیان می کند. این ضریب برای کاربردهای مختلف تعریف می شود و نیازی به محاسبه کردن ندارد. مبنای ضریب طراحی، مقررات و دستورالعمل های یک مسئله خاص است و انتخاب آن قبل از شروع طراحی صورت می گیرد.
بر اساس رابطه زیر، ضریب ایمنی به صورت نسبت «تنش تسلیم» (Yield Stress) به «تنش اجرایی» (Working Stress) تعریف می شود:
σy: تنش تسلیم؛ σw: تنش اجرایی
توجه داشته باشید که بار طراحی باید حداکثر باری باشد که قطعه در طول عمر خود تجربه می کند. بر این اساس، سازه ای با ضریب ایمنی 1، صرفاً توانایی تحمل بار طراحی را دارد.
به این ترتیب، در صورت اعمال هرگونه بار اضافی، سازه با شکست مواجه خواهد شد. اگر ضریب ایمنی 2 باشد، در صورت اعمال دو برابر بار طراحی، شکست رخ خواهد داد.
حاشیه ایمنی:
بسیاری از نهادها و صنایع دولتی مانند صنایع هوافضا، به منظور بیان نسبت مقاومت سازه به مقادیر مورد نیاز، ملزم به استفاده از «حاشیه ایمنی» (Margin of Safety) یا به اختصار «MoS یا.M.S» نیز هستند.
دو تعریف جداگانه برای حاشیه ایمنی وجود دارد. بنابراین، در هنگام به کارگیری این معیار در یک مسئله مشخص، باید نوع آن مشخص شود.
حاشیه ایمنی، میزان ظرفیت ذخیره شده سازه در حین بارگذاری را نمایش می دهد.
حاشیه ایمنی نوع اول:
حاشیه ایمنی نوع اول، معمولاً در کتاب های درسی دیده می شود. در صورت اعمال حداکثر بار مورد انتظار، حاشیه ایمنی، معیاری برای تعیین میزان بارهای اضافی قابل تحمل توسط سازه (ظرفیت اضافی) تا پیش از رخ دادن شکست خواهد بود.
اگر این حاشیه 0 باشد، قطعه مورد نظر هیچ بار اضافی را پیش از شکست تحمل نمی کند.
در صورت منفی بودن حاشیه، شکست پیش از رسیدن به حداکثر بار مورد انتظار در طراحی رخ می دهد. حاشیه 1 نیز بیانگر ظرفیت دو برابری سازه نسبت به حداکثر بار طراحی است.
حاشیه ایمنی را می توان توسط روابط زیر نمایش داد:
Lf: بار شکست؛ Ld: بار طراحی
حاشیه ایمنی نوع دوم:
نهادها و ارگان های زیادی نظیر NASA، برای طراحی های خود از حاشیه ایمنی ضریب طراحی استفاده می کنند.
به عبارت دیگر، بعد از تعیین یک ضریب طراحی به عنوان ضریب ایمنی مورد نیاز (نوع دوم)، حاشیه ایمنی این ضریب محاسبه می شود.
در صورت 0 بودن حاشیه ایمنی، مقاومت قطعه دقیقاً در میزان مورد نیاز طراحی قرار خواهد داشت (ضریب ایمنی با ضریب طراحی برابر خواهد بود).
اگر ضریب طراحی مورد نیاز یک قطعه 3 و حاشیه ایمنی آن 1 باشد، ضریب ایمنی قطعه برابر با 6 خواهد بود (برای درک بهتر این موضوع به تعریف نوع اول مراجعه شود).
به این ترتیب، قطعه می تواند دو برابر ضریب طراحی و شش برابر بار طراحی را پیش از رخ دادن شکست تحمل کند.
اگر مقدار حاشیه کمتر از 0 باشد، لزوماً شکست رخ نخواهد داد؛ چراکه شاید میزان بارهای اعمال شده از بارهای طراحی بیشتر نشود.
سهولت استفاده از حاشیه ایمنی نوع دوم این است که دیگر نیازی به آشنایی با تمام جزئیات طراحی یا مقایسه شرایط آن با الزامات طراحی نیست.
به این ترتیب می توان تنها با نگاه کردن به حاشیه ایمنی محاسبه شده، شکست یا عدم شکست سازه را تشخیص داد.
این مزیت برای سازه هایی کاربرد دارد که از ترکیب اجزای مختلف ساخته می شوند. در این موارد، هر قطعه ضریب طراحی متفاوتی دارد اما محاسبه حاشیه ایمنی به جلوگیری از سردرگمی و درک بهتر شرایط کلی کمک می کند.
FoSd: ضریب ایمنی طراحی؛ FoSr: ضریب ایمنی تحقق یافته
در برخی از مواقع، حاشیه ایمنی به صورت درصد نیز بیان می شود. به عنوان مثال، حاشیه 0.5 با حاشیه 50 درصد برابر است.
برای اجرای یک طراحی موفقیت آمیز، ضریب ایمنی تحقق یافته باید همیشه برابر یا بیشتر از ضریب ایمنی طراحی باشد.
به این ترتیب، حاشیه ایمنی برای یک طراحی موفق برابر یا بیشتر از 0 خواهد بود (حاشیه مثبت).
به منظور رعایت ایمنی سازه های ویژه ای نظیر تأسیسات مهم دولتی در برابر آسیب های هسته ای، کاهش دادن مقدار حاشیه بدون نظارت و تجدید نظر مراجع دولتی امکان پذیر نخواهد بود.
ضریب رزرو:
«ضریب رزرو» (Reserve Factor) یا اصطلاحاً «RF»، معیاری برای بیان مقاومت سازه است که به طور مکرر در اروپا مورد استفاده قرار می گیرد.
با در نظر گرفتن یک واحد یکسان برای مقاومت و بارهای اعمال شده، ضریب رزرو از طریق روابط محاسبه به دست می آید:
Sp: مقاومت تسلیم؛ Lp: بار تسلیم؛ Su: مقاومت نهایی؛ Lu: بار نهایی
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
