[转帖]机械结构可靠性设计与传统安全系数法机械设计的关系

AaronSpark

在机械结构的传统设计中，产品的设计者主要从满足产品使用要求和保证机械性能要求出发进行产品设计。在满足这两方面要求的同时，必须利用工程设计经验，使产品尽可能可靠，这种设计不能回答所涉及产品的可靠程度或发生故障概率是多少。

当设计者不能确定设计变量和参数时，为了保证所设计的产品的结构安全可靠，一般情况下在设计中引入一个大于1的安全系数，试图一次来保证机械产品不会发生故障。所以传统设计方法一般也称“安全系数法”。

安全系数法的基本思想是：机械结构在承受外载荷后，计算得到的应力应该小于该结构材料的许用应力。

在传统设计中，只要安全系数大于某一根据实际使用经验规定的数值就认为是安全的。但安全系数本身就实质而言，仍是一个“未知”的系数。安全系数的概念本身包含着一些无法定量表示的影响因素。不同的设计者由于经验的差异，其设计的结果有可能偏于保守或危险，前者会导致结构尺寸过大，重量过重，费用增加，后者则可能使产品故障频繁，甚至产生严重“机毁人亡”后果。

从可靠性角度考虑，影响机械产品故障的各种因素可概括为“应力”和“强度”。“应力”大于“强度”时，故障发生。应力包括各种环境因素，例如：温度、适度、腐蚀、粒子辐射等。应力使一个受多种因素影响的随机变量，具有一定的分布规律。受材料的讥刺恶性能、工艺环节的波动和加工精度等的影响，强度也是具有一定分布规律的随机变量。在这种情况下，研究机械结构的可靠性问题就是机械概率可靠性设计。

一概率论和树立统计位理论基础的可靠性设计方法比常规的安全系数法更合理，可靠性设计能得到所要求的恰如其分的设计，能得到较小的零件尺寸、体积和重量，从而节省原材料、加工时间，可以是所设计的零件具有可预测的寿命和失效概率，而安全系数则不能。

（转帖－－作者：罗大友）