تعریف ضریب ایمنی در تحلیل تنش-کرنش مواد

تعریف ضریب ایمنی در تحلیل تنش-کرنش مواد:
هدف نهایی هر تحلیلی، مقایسه تنش، کرنش و تغییر شکل های ایجاد شده با مقادیر مجاز در طراحی است.

تحلیل_تنش7

به منظور جلوگیری از رخ دادن شکست، تمام سازه ها و اجزای آن ها باید با ظرفیتی بالاتر از بارهای مورد انتظار طراحی شوند.

تنش مورد انتظار در هر عضو با مقاومت ماده مقایسه و نسبت این تنش به مقاومت محاسبه می شود. این نسبت همان «ضریب ایمنی» (Factor of Safety) یا اصطلاحاً «FOS» است.

در الزامات طراحی سازه باید نسبت تنش مجاز به تنش موجود (ضریب ایمنی یا ضریب طراحی) را بیشتر از 1 در نظر گرفت.

ضریب طراحی (عددی بیشتر از 1)، عدم قطعیت مقادیر بارگذاری ها، مقاومت ماده و شکست های متعاقب را نشان می دهد. تنش، بار یا تغییر شکل مورد انتظار یک سازه با عنوان «تنش حدی» (Limit Stress)، «تنش طراحی» (Design Stress) یا «تنش اجرایی» (Working Stress) شناخته می شود.

تنش حدی (حد تنش ماکسیمم)، کسری از مقاومت تسلیم ماده تشکیل دهنده سازه است. نسبت مقاومت نهایی به تنش مجاز، مقدار ضریب ایمنی در مقابل شکست نهایی را نشان می دهد.

با انجام چندین آزمایش بر روی نمونه های آزمایشگاهی می توان مقاومت نهایی و مقاومت تسلیم ماده را تعیین کرد. مقاومت ویژه ماده نیز از طریق تحلیل های آماری بر روی مقاومت به دست آمده از آزمایش بر روی چندین نمونه به دست می آید.

تحلیل های آماری، امکان بهر گیری از یک روش منطقی برای تعیین مقاومت ماده با یک ریسک مشخص (به عنوان مثال، قطعیت 99.9 درصدی) را فراهم می کنند. با استفاده از این گونه روش ها، یک ضریب ایمنی جداگانه با مقداری بالاتر از ضریب ایمنی طراحی تعیین می شود.

هدف از تعیین ضریب ایمنی، جلوگیری از ایجاد تغییر شکل های مخرب در سازه و از بین رفتن کارایی آن است.

به عنوان مثال، خم شدن دائمی بال یک هواپیما می تواند منجر به عدم استفاده مناسب از آن شود. با اینکه تسلیم مواد تشکیل دهنده یک سازه، کارایی آن را با مشکل مواجه می کند اما لزوماً باعث ایجاد شکست نمی شود.

به این ترتیب، برای جلوگیری از شکست ناگهانی سازه (خسارات مالی و جانی)، ضریب ایمنی حاصل از مقاومت کششی نهایی مورد استفاده قرار می گیرد.

بال های هواپیما معمولاً با ضریب ایمنی 1.25 نسبت به مقاومت تسلیم بال و 1.5 نسبت به مقاومت نهایی آن طراحی می شوند.

علاوه بر این، طراحی تجهیزات آزمایشگاهی مورد نیاز برای اعمال بار بر روی بال هواپیما با ضریب ایمنی نهایی 3 و سازه های دربرگیرنده این تجهیزات با ضریب ایمنی نهایی 10 صورت می گیرد.

این مقادیر میزان اطمینان افراد مسئول به درک خود از محیط بارگذاری، قطعیت مقادیر به دست آمده برای مقاومت های مواد، دقت روش های تحلیلی مورد استفاده، ارزش سازه ها و اهمیت ایمنی افراد در حال پرواز، افراد حاضر در اطراف تجهیزات آزمایشگاهی و افراد حاضر در ساختمان ها را نشان می دهد.

با همه این تفاسیر، ضریب ایمنی در نهایت برای محاسبه حداکثر تنش مجاز به کار گرفته می شود:

تحلیل_تنش6