Factor de seguridad

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El factor de seguridad es un valor que muestra la capacidad de una estructura para soportar las cargas que se le aplican por encima de las calculadas. La presencia de un margen de seguridad proporciona una fiabilidad adicional a la estructura para evitar daños y destrucción en caso de posibles errores de diseño, fabricación o funcionamiento.

La fórmula general para el factor de seguridad es:

$n={\frac{S}{T))$

donde es el valor máximo permisible de la cantidad en consideración (fuerza, tensión , desplazamiento, etc.); El valor se obtuvo durante las pruebas mecánicas del material. $S$

$T$ es el valor calculado de esta cantidad.

El valor se selecciona de acuerdo con el criterio del rendimiento del diseño.

El criterio de rendimiento se cumple si

${\ estilo de visualización n> \ izquierda [n \ derecha]}$ ,

donde es el factor de seguridad mínimo permisible. ${\ estilo de visualización \ izquierda [n \ derecha]}$

No existen métodos estrictos para elegir factores de seguridad aceptables, ya que el factor es una medida de ignorancia de todos los factores que afectan el funcionamiento de la estructura. La elección se realiza sobre la base de la experiencia operativa de estructuras similares. Cada industria tiene sus propias regulaciones que definen los factores de seguridad aceptables. Los coeficientes más pequeños se utilizan en la industria aeroespacial, debido a los estrictos requisitos para el peso de la estructura. Se utilizan reservas muy grandes (alrededor de 4 ... 6) para equipos de elevación , especialmente para el transporte de personas (para un cable de ascensor de pasajeros, el coeficiente alcanza 10).

Las cantidades relacionadas también se utilizan en la literatura occidental:

${\ estilo de visualización s = n-1}$ ( margen de seguridad );
$RF={\frac{1}{n))$ ( factor inverso ).

En mecánica

Dependiendo de los criterios de rendimiento

En mecánica, se utilizan los siguientes criterios de desempeño:

Fuerza:
- Según los esfuerzos admisibles;
- Para cargas últimas;
deformabilidad;
Estabilidad de la forma:
- General;
- local;
Estabilidad de la posición :
- Resistencia al deslizamiento;
- Resistencia al vuelco;
Impacto en otras estructuras;
Ejecución de funciones.

Considere el cálculo del factor de seguridad para cada uno de estos criterios.

Durabilidad

Al calcular la resistencia para esfuerzos permisibles, el factor de seguridad se calcula utilizando la siguiente fórmula:

$n={\frac {R_{c}}{R_{máx}}}$

donde es la tensión máxima en el volumen del cuerpo; ${\ Displaystyle R_ {máx}}$

$R_{c}$ - tensión admisible.

Como tensión máxima se puede tomar:

Voltaje normal;
Esfuerzo cortante;
voltaje equivalente .

Se puede tomar como voltaje admisible lo siguiente:

Fuerza de producción ,
Resistencia a la tracción (resistencia a la tracción),
Límite de resistencia a largo plazo ,
límite de fluencia .

En este caso, los valores de tensiones permisibles obtenidos experimentalmente se pueden multiplicar por factores de corrección dependiendo de varios factores. Entonces, al calcular el equipo de los complejos espaciales de acuerdo con los requisitos de GOST R 51282-99, se introduce un coeficiente que depende de la naturaleza del estado de tensión ( flexión de secciones delgadas, flexión de secciones masivas, aplastamiento, etc.) [ 1] . $K_{{sp}}$

Al calcular la resistencia para cargas últimas, el factor de seguridad se calcula mediante la fórmula:

$n={\frac {R_{c}}{R_{máx}}}$

donde está la carga de diseño; ${\ Displaystyle R_ {máx}}$

$R_{c}$ - carga crítica, que conduce a una violación del diseño ( estado límite ). Entonces, al calcular vigas para flexión en la región plástica, la carga correspondiente a la transición de cualquier sección al estado plástico ( rótula plástica ) se toma como carga. $R_{c}$

El factor de seguridad permisible para el análisis de resistencia puede depender de los siguientes factores:

Criticidad de la falla estructural;
Relación entre la resistencia a la tracción y el límite elástico. Cuanto más cerca estén, mayor debería ser el margen;
La presencia de tratamiento térmico de endurecimiento y el grado de control de su calidad. En presencia de tratamiento térmico, las tensiones admisibles aumentan, pero también aumenta su dispersión, dependiendo de la calidad del procesamiento;
Contabilización de las desviaciones de carga en una dirección desfavorable.

Estabilidad de la forma

El factor de seguridad se calcula mediante la fórmula:

$n={\frac{P_{cr}}{P}}$

donde está la carga de diseño; $PAGS$

${\ Displaystyle P_ {cr}}$ - carga correspondiente a la pérdida de estabilidad oa la aparición de la posibilidad de la existencia de nuevas formas de equilibrio del sistema.

Bajo la acción de varias cargas (fuerzas, momentos, presiones, etc.) , el menor número se toma como tal que, con la aplicación simultánea de cargas , es posible la pérdida de estabilidad. ${\displaystyle P_{1},P_{2},...P_{k))$ $norte$ ${\displaystyle n\cdot P_{1},n\cdot P_{2},...n\cdot P_{k))$

Deformabilidad

El factor de seguridad de deformabilidad se calcula mediante las fórmulas:

${\displaystyle n_{d}={\frac {[\Delta ]}{\Delta _{e))))$ o ${\displaystyle n_{d}={\frac {[\Theta ]}{\Theta _{e))))$

donde - desplazamientos permitidos y ángulos de rotación, respectivamente; ${\ estilo de visualización [\ Delta], [\ Theta]}$

${\ estilo de visualización \ Delta _ {e}, \ Theta _ {e}}$ - desplazamientos y ángulos de rotación en el punto de diseño.

Sostenibilidad

Al calcular la estabilidad contra el vuelco, el factor de seguridad se calcula mediante la fórmula:

$n={\frac{M_{v}}{M_{o}}}$

donde es el momento de restauración relativo al borde de vuelco dado, es el momento de vuelco relativo a este borde. $M_{v}$ $Mes}$

Al calcular la resistencia al deslizamiento, el factor de seguridad se calcula mediante la fórmula:

${\displaystyle n={\frac {P_{sc}}{P_{sdv})))$

donde es la resultante de las fuerzas de adherencia en un plano deslizante dado, es la resultante de las fuerzas cortantes en este plano. ${\ Displaystyle P_ {sc}}$ ${\ Displaystyle P_ {sdv}}$

Para el embrague de un automóvil, el factor de seguridad del embrague se calcula:

$n_{sc}={\frac{M_{tr}}{M_{kr}}}$

donde está el momento de las fuerzas de fricción en el embrague; ${\ Displaystyle M_ {tr}}$

${\ Displaystyle M_ {kr}}$ - par máximo en el eje .

Efectos sobre otras estructuras

El cálculo de la no excedencia se puede realizar:

aceleraciones ;
Cargas (fuerzas, momentos);
Presiones específicas ;
Movimientos.

Por ejemplo, se pueden normalizar las fuerzas y los momentos admisibles que actúan sobre el cuerpo del cohete durante el transporte desde el lateral de la unidad de transporte. Al estudiar la dinámica de un automóvil, se normalizan las aceleraciones de vibración que actúan sobre el conductor.

Ejecución de funciones

Para cilindros hidráulicos , existe el concepto de factor de seguridad de fuerza como la relación entre la carga desarrollada por el cilindro y la carga externa : $norte$ $R$

${\ Displaystyle n = {\ frac {N} {R}}}$

Dependiendo de las condiciones de trabajo

Dependiendo del tipo de estructura, la criticidad de su falla, el cálculo se puede realizar para varias condiciones:

trabajadores;
Límite;
emergencia;
condiciónes de la prueba;
condiciones de instalación;

Las condiciones de operación afectan la elección de las cargas de diseño y los factores de seguridad permisibles.

En ingeniería de iluminación

Al calcular los sistemas de iluminación, el factor de seguridad es un coeficiente que tiene en cuenta la disminución de KEO y la iluminación durante el funcionamiento debido a la contaminación y el envejecimiento de los rellenos translúcidos en las aberturas de luz, fuentes de luz (lámparas) y accesorios , así como una disminución en la propiedades reflectantes de las superficies de las habitaciones [2] . $K_{\text{3))$

Documentos normativos

Esta sección contiene documentos normativos que regulan el cálculo y la selección del factor de seguridad permisible para varios diseños.

Tipo de construcción	Reglamento
Tipo de construcción	Rusia	EE.UU	unión Europea
recipientes a presión	GOST R 52857.1-2007, GOST 14249-89, GOST 25215-82	Código ASME de calderas y recipientes a presión	Directiva 2014/68/UE (PED) [3]
Equipo terrestre de cohetes y complejos espaciales.	GOST R 51282-99
Tuberías y equipos de centrales nucleares	PNAE G-7-002-86	Código ASME de calderas y recipientes a presión
engranajes	GOST 21354-87
Calderas y tuberías para vapor y agua caliente	RD 10-249-98	Código ASME de calderas y recipientes a presión

Notas

↑ GOST R 51282-99. Equipos tecnológicos para lanzamiento y complejos técnicos de cohetes y complejos espaciales. Normas de diseño y ensayo . Consultado el 27 de agosto de 2015. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. (indefinido)
↑ Códigos y reglas de construcción SNiP 23-05-95 "Iluminación natural y artificial" (aprobado por el Decreto del Ministerio de Construcción de la Federación Rusa del 2 de agosto de 1995 N 18-78) (modificado y complementado) . Consultado el 28 de agosto de 2015. Archivado desde el original el 22 de julio de 2015. (indefinido)
↑ Directiva de Equipos a Presión - Crecimiento - Comisión Europea . Crecimiento. Consultado el 26 de julio de 2016. Archivado desde el original el 28 de julio de 2016. (indefinido)

Literatura

Factor de seguridad // Árbol de hierro - Radiación. - M .: Gran Enciclopedia Rusa, 2008. - P. 256. - ( Gran Enciclopedia Rusa : [en 35 volúmenes] / editor en jefe Yu. S. Osipov ; 2004-2017, v. 10). - ISBN 978-5-85270-341-5 .
GOST R 51282-99. Equipos tecnológicos para lanzamiento y complejos técnicos de cohetes y complejos espaciales. Normas de diseño y ensayo
GOST R 52857.1-2007. Embarcaciones y dispositivos. Normas y métodos para el cálculo de la fuerza. Requerimientos generales
Código ASME de calderas y recipientes a presión
Arrêté du 18 décembre 1992 RELATIF AUX COEFFICIENTS D'EPREUVE ET AUX COEFFICIENTS D'UTILISATION APPLICABLES AUX MACHINES,ACCESSOIRES DE LEVAGE ET AUTRES EQUIPEMENTS DE TRAVAIL SOUMIS A L'ARTICLE L233-5 DU CODE RIS DU TRAVAIL DOUR LA PREVENQ LEVAGE (Francés)