选择设计安全系数时要考虑的系数

如果某种等级的钢的屈服强度为 40,000 psi，则大于该限制的任何应力会导致某种程度的永久变形。如果不希望设计因超出屈服限制而永久性变形（大多数情况都希望如此），那么在这种情况下，最大允许应力就是 40,000 psi。在实际应力为 40,000 psi 时，安全系数为 1.0。如果您希望安全系数为 2.0，那么材料强度需要为 80,000 psi，或者您必须更改设计以将最大应力减小到 20,000 psi。

常见做法是，将设计应力的大小局限于显著小于材料屈服强度。换句话说，安全系数远大于 1.0。安全系数应比 1.0 大多少取决于考虑因素的数量：

• 安全系数考虑了由于建模、设置、分析流程和材料特性中的假设、简化或未知因素导致的不准确性。您必须做出的假设的数量越大，或者您对假设特性和条件的确定性越低，设计安全系数应越保守。
• 安全系数可以考虑动态载荷。突然应用的载荷或循环（即动态）载荷产生的应力比静态应力分析预计的应力大。您可以增大所应用的载荷以考虑动态效应，或者增加所需的安全系数。
• 在应力显著小于屈服强度时，承受重复载荷循环的材料由于疲劳会失效。当选择设计安全系数时，您应考虑在疲劳条件（称为材料的疲劳极限）下减小的允许应力。
• 考虑假设材料特性的可靠性。大型铸件可能包含局部降低材料强度的孔隙或污染物。另一方面，轧制、热锻或冷加工的材料改进了粒状组织，因此其特性更可靠。特定等级材料的化学混合物在不同批次之间也可能不同。如果您对材料特性的可靠性缺乏信心，则应该增加设计安全系数。
• 考虑零件的表面光洁度。粗糙表面上的瑕疵可能成为应力集中区域，从而有效地将表面应力增加到比计算大小大的值。磨细、抛光或者进行精加工的表面要优于火焰切割或粗加工的表面。增加设计安全系数以考虑粗糙磨光的情况。
• 考虑由于腐蚀造成的预计材料损失和表面粗糙化。结构和零件在随着时间的推移发生变质时必须保持安全，无论这种变质是由正常的环境因素引起的，还是由腐蚀性化学暴露造成的，都是如此。
• 例如，当设计飞行器或者搭载它们的装置时，设计的重量是否极其重要？在这种情况下，您不能过于保守，通常使用较小的设计安全系数。但是，还必须确保达到模型设置最佳的准确性和材料特性最高的可靠性。此类型的设计工作需要最大程度地减少由于简化和假设带来的错误。
• 最后，必须考虑失效的影响。如果零件失效不会产生间接损害并且容易修复，那么它具有相对较小的影响。但是，如果零件失效可能导致突变结构失效、严重伤害或者死亡，显然有必要使用较大的安全系数。例如，设计电梯时使用的安全系数应比设计用于安装相机的支架时使用的安全系数要大。