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高強(qiáng)度鋼的安全系數(shù)與失效可能性
作者：泡沫消防車-水罐消防車-消防車價(jià)格-高空作業(yè)車-消防灑水車-湖北江南專用特種汽車公司 瀏覽次數(shù)：4438 發(fā)布時(shí)間：2012-02-03 10:36:53
高強(qiáng)度鋼的安全系數(shù)與失效可能性隨著工程機(jī)械發(fā)展的需要，WELDOXll00、HARDOX500等高強(qiáng)度鋼越來越廣泛的被使用，而我們目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所涉及的都是很早開發(fā)的低強(qiáng)度鋼材，以此來分析和計(jì)算高強(qiáng)度鋼材未免有失偏頗，如何正確對高強(qiáng)度鋼材進(jìn)行計(jì)算，如何充分的發(fā)揮高強(qiáng)度鋼的性能，正確使用材料的..
高強(qiáng)度鋼的安全系數(shù)與失效可能性
隨著工程機(jī)械發(fā)展的需要，WELDOXll00、HARDOX500等高強(qiáng)度鋼越來越廣泛的被使用，而我們目前的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所涉及的都是很早開發(fā)的低強(qiáng)度鋼材，以此來分析和計(jì)算高強(qiáng)度鋼材未免有失偏頗，如何正確對高強(qiáng)度鋼材進(jìn)行計(jì)算，如何充分的發(fā)揮高強(qiáng)度鋼的性能，正確使用材料的安全系數(shù)是一個(gè)很重要的課題 如今，大多數(shù)人們都知道不存在100%的必然，許多東西也不能全用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)，因此我們在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候經(jīng)常要冒著各種各樣的危險(xiǎn)。高強(qiáng)度鋼實(shí)際上不是與“失效可能性”這個(gè)概念緊緊聯(lián)系在一起的，使用每種材料都會面臨同樣的問題，但由于這種鋼材在很多方面都是全新的，同時(shí)使用這些高強(qiáng)度鋼材的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新結(jié)構(gòu)對我們來說也缺乏經(jīng)驗(yàn)，因而，安全系數(shù)就顯得尤其重要。下面是一個(gè)產(chǎn)品故障影響的各種因素的百分率 產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)40% 產(chǎn)品不合理使用30% 制造和質(zhì)量控制20% 其他因素 換言之，設(shè)計(jì)在整個(gè)失效過程中起重要作用(該概率源于中高制造水平的企業(yè)，也就是制造水平和能力基本能滿足產(chǎn)品圖樣的要求)。衡量冒險(xiǎn)的一種尺度在物理學(xué)上稱之為“失效的可能性”，也就是說，給定結(jié)構(gòu)失效的可能性是將在給定點(diǎn)以給定的方式失效或破壞。 一般說來，結(jié)構(gòu)失效可能性這個(gè)學(xué)科是工程可靠性學(xué)科的一個(gè)分支，是一個(gè)跨學(xué)科的交叉學(xué)科。建筑結(jié)構(gòu)的法定規(guī)章經(jīng)常標(biāo)定許用應(yīng)力、安全因素、偏載系數(shù)和承載能力，這是失效可靠性(安全因素)的直接表達(dá)式。許多標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和權(quán)威機(jī)構(gòu)都使用假定載荷來標(biāo)定載荷，以減少結(jié)構(gòu)失效的可能性。 我們通常的設(shè)計(jì)思想和慣例是將結(jié)構(gòu)按希望被控制的危險(xiǎn)的負(fù)載設(shè)計(jì)，失效在廣泛意義上意味著允許的功能不能實(shí)現(xiàn)。許多典型的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是，例如：給定許用應(yīng)力、屈服點(diǎn)、大旁彎、抗拉強(qiáng)度、破碎強(qiáng)度、大允許裂縫長度、疲勞破壞、失穩(wěn)等。 那么如何來衡量失效可能性的大小呢？假如我們有很好的計(jì)算精度時(shí)，我們可以只考慮材料的強(qiáng)度和外載，我們知道，外載包括靜載和疲勞載荷都是符合概率統(tǒng)計(jì)分布的，他們經(jīng)常以一個(gè)正態(tài)分布和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。材料強(qiáng)度諸如σs、σb、疲勞強(qiáng)度也是正態(tài)分布的，下圖一給出了負(fù)載、材料強(qiáng)度、失效可能性之間的關(guān)系。圖中危險(xiǎn)區(qū)表示失效可能性Qb可用下式計(jì)算： Q＝1-(M／S) M＝M-M S＝(S＋S)1／2 函數(shù)(M／S)可查表1?！±?：假定某鋼材的板厚為10mm時(shí)，s＝700N／mm，均值M＝797N／mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差S＝23N／mm，假如負(fù)載產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，均值M＝500N／mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差S＝60N／mm，求失效可能性是多少？ 根據(jù)以上計(jì)算公式，可得如下計(jì)算步驟： M＝797-500＝297 S＝(60＋23)＝64 Q＝1-(M／S)＝1-(297／64)＝1-(4.60) 查表可知(4.60)＝0.97888 Q＝1-0.97888＝0.000002112 而安全系數(shù)為S＝M／M＝797／500＝1.59 以上的計(jì)算中沒有提到σ＝700N／mm，是因?yàn)椴牧铣鰪S時(shí)的強(qiáng)度一般比標(biāo)定的高，可以看出，安全系數(shù)S＝1.59時(shí)，失效的可能性為2×１0。也就是說失效的可能性很小。設(shè)計(jì)的時(shí)候還有一個(gè)問題：如何確定負(fù)載的分散值，在此，可以提供一個(gè)簡單的心得：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們知道負(fù)載分散的程度比材料強(qiáng)度要大得多，一個(gè)粗糙的經(jīng)驗(yàn)法就是負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)偏差是材料的2倍，再細(xì)致一點(diǎn)就是，深入市場，設(shè)法去決定結(jié)構(gòu)的各種正態(tài)分布函數(shù)表(此表源于設(shè)計(jì)手冊或概率相關(guān)資料)，查表時(shí)可直接查得： 例如：(4.0)＝.96833＝0.99996833 使用工況及這些工況中載荷的分布情況。大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)者在計(jì)算時(shí)必須考慮的兩種載荷情況是極限載荷和疲勞載荷。 安全系數(shù)是一個(gè)綜合的因素，它的目的是提供一種安全而避免不可想象的后果。盡管實(shí)際上應(yīng)力和位移都能夠計(jì)算，材料的質(zhì)保強(qiáng)度也能保證，但還是有許多不確定的因素，如載荷的分散程度和制造誤差等，進(jìn)一步說，我們不能將所有因素全部考慮，也就是說允許設(shè)計(jì)應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)我們感到不安全。為了提供安全程度，我們引入安全系數(shù)，它是建立在多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上。在不同的工業(yè)領(lǐng)域有不同的安全系數(shù)。例如，瑞典的SSAB鋼鐵行業(yè)將σ安全系數(shù)取S＝1.5；對公路交通材料的安全系數(shù)取S＝2，惡劣路況取S＝3。無論如何，失效可能性和安全系數(shù)相關(guān)是可以理解的
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