[科普中國]-安全裕量

安全裕量是指部件的最大破壞載荷超過設計載荷的部分與設計載荷的比值。它是部件設計中為了簡單直觀地判別所作設計是否滿足設計要求而引人的概念。破壞載荷又分為計算破壞載荷和試驗破壞載荷。鑒于試驗破壞載荷是隨被試部件隨機變化的，故通常使用具有統計意義的計算破壞載荷作為衡量安全裕量的基準。

簡介安全裕量是指部件的最大破壞載荷超過設計載荷的部分與設計載荷的比值。它是部件設計中為了簡單直觀地判別所作設計是否滿足設計要求而引人的概念。破壞載荷又分為計算破壞載荷和試驗破壞載荷。鑒于試驗破壞載荷是隨被試部件隨機變化的，故通常使用具有統計意義的計算破壞載荷作為衡量安全裕量的基準。由于導彈(火箭)設計中使用的設計載荷均己考慮了應有的安全系數，故設計合理的部件安全裕量應為不小于零而近于零的數。如果安全裕量過大，說明結構太笨重，如果安全裕量小于零，說明部件的設計未達到應有的強度或安全系數1。

計算框架結構安全裕量計算實施過程中的關鍵是對表征結構安全的響應和設計閡值的特征量進行識別和不確定性量化，因此涉及到不確定性的表征和傳播問題。在實際應用過程中，描述不確定性的理論主要有概率論、可能性理論、區(qū)間分析和證據理論等。在工程結構安全裕量計算過程中，針對結構系統的安全裕量計算，分別根據不確定性輸入參數xi的區(qū)間和證據理論兩種不同的描述，并結合抽樣算法和代理模型( Surrogate model )等方法建立結構安全裕量評估的可執(zhí)行方法2。

結構安全裕量的概念QMU是一套考慮不確定性并以性能閉值和裕量為關鍵點的復雜系統風險決策支持方法，其裕量(M)的定義為系統名義響應值和性能通道邊界闌值之間的距離。針對工程結構，考慮到結構性能和載荷刺激的不確定性，同時參考結構可靠性評估中的應力一強度干涉理論，結構安全裕量(M)可表述為結構系統所受載荷響應((R)與其固有能力閾值(P)之間的距離，可用狀

態(tài)函數M=P-R表示。如果M>0，則系統安全，反之系統失效。在工程實踐中，結構響應及固有能力的不確定性主要來源于材料參數、幾何尺寸以及環(huán)境載荷的不確定性分布，可以歸納為隨機和認知不確定性2。

結構安全裕量的影響因素（1）結構安全裕量的不確定性量化的精細程度受結構輸人參數的不確定性信息量的影響。如果只知道輸入參數的不確定性變化區(qū)間，缺少參數在區(qū)間內的分布情況這一信息，則結構響應輸出和安全裕量的量化結果也為一區(qū)間值。如果能給出輸入參數在區(qū)間內的分布情況或更多其它信息，則可根據這些信息對安全裕量進行較為精細的量化；

（2）沒有考慮有限元模型不確定性的影響。此外針對大型復雜結構的實際應用仍需要開展

進一步研究，特別是不確定性輸人參數不確定性信息量的獲取方法、復雜分層結構的不確定性傳播等值得深入研究1。

本詞條內容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學院工程熱物理研究所