Facteurs à prendre en compte lors de la sélection d’un facteur de sécurité de conception

Si la classe d’acier présente une limite d’élasticité de 40 000 psi, toute contrainte supérieure à cette limite entraîne une certaine déformation permanente. Si une conception n'est pas conçue pour entraîner une déformation permanente en dépassant la limite d'élasticité (la plupart des cas), la contrainte admissible maximale dans ce cas est de 40 000 psi. Avec une contrainte réelle de 40 000 psi, le facteur de sécurité est de 1.0. Si vous souhaitez un facteur de sécurité de 2.0, la résistance de la matière doit être de 80 000 psi, ou vous devez modifier la conception pour réduire la contrainte maximale à 20 000 psi.

Dans la pratique courante, les contraintes de conception sont limitées aux magnitudes beaucoup plus basses que la limite d'élasticité du matériau. En d'autres termes, le facteur de sécurité est nettement supérieur à 1.0. Le facteur de sécurité doit être supérieur à 1.0 en fonction de plusieurs considérations :

• Un facteur de sécurité tient compte des inexactitudes résultant des hypothèses, des simplifications ou des inconnues de la modélisation, de la configuration, des processus d'analyse et des propriétés du matériau. Plus le nombre d'hypothèses à émettre est élevé, ou moins vous êtes sûr d'avoir des propriétés et des conditions supposées, plus le facteur de sécurité de conception doit être conservateur.
• Un facteur de sécurité peut fournir une tolérance pour les charges dynamiques. Une charge soudainement appliquée ou cyclique (dynamique) génère plus de contraintes qu'une prévision d'analyse des contraintes statiques. Vous pouvez exagérer la charge appliquée pour prendre en compte les effets dynamiques ou augmenter le facteur de sécurité requis.
• Un matériau soumis à des cycles de charge répétitifs peut échouer, en raison de la fatigue, à une contrainte beaucoup plus basse que la limite d'élasticité. Vous devez prendre en compte la contrainte admissible réduite dans des conditions de fatigue (appelées limite d'endurance du matériau) lorsque vous choisissez un facteur de sécurité de conception.
• Tenez compte de la fiabilité des propriétés de matériau supposées. Une projection de grande taille peut contenir de la porosité ou des contaminants qui réduisent la résistance du matériau localement. D'autre part, les matières laminées, laminées à chaud ou à froid ont une structure de grain améliorée, et leurs propriétés sont plus fiables. Le mélange chimique d'une catégorie particulière de matière peut également varier d'un lot à un autre. Vous devez augmenter vos facteurs de sécurité de conception lorsque vous avez moins confiance en la fiabilité des propriétés de la matière.
• Examinez la finition de surface des pièces. Les imperfections le long d'une surface rugueuse peuvent servir de zones de concentration des contraintes, augmentant ainsi la contrainte de surface à un niveau supérieur à la magnitude calculée. Une surface au sol et polie ou finement usinée est supérieure à une surface de coupage à la flamme ou avec une surface usinée de façon grossière. Augmentez le facteur de sécurité de la conception pour prendre en compte les finitions d'ébauche.
• Effectuez une surépaisseur pour une perte attendue de matière et un écrouissage de surface en raison de la corrosion. Les structures et les pièces doivent rester en sécurité en raison de la détérioration dans le temps, que ce soit en raison de facteurs environnementaux normaux ou d'une exposition chimique corrosive.
• Est-ce le poids de la conception d'une importance cruciale, telle que la conception d'avions ou d'équipements à leur bord ? Dans ce cas, vous ne pouvez pas être trop conservateur et un facteur de sécurité de conception moins important est typique. Toutefois, vous devez également vous assurer de la meilleure précision possible de la configuration du modèle et de la fiabilité des propriétés du matériau. Ce type de travail de conception nécessite de minimiser les erreurs dues à des simplifications et des hypothèses.
• Enfin, les répercussions d'un échec doivent être prises en compte. Si une défaillance de pièce ne génère pas de dommages consécutifs et s'il est facile de réparer, elle a un impact relativement faible. Cependant, si un échec peut entraîner une défaillance structurelle catastrophique, une grave blessure ou la mort, des facteurs de sécurité manifestement plus importants sont justifiés. Par exemple, un ascenseur doit être conçu en utilisant des facteurs de sécurité plus élevés qu'un support utilisé pour monter une caméra.