Lors de la conception d’un produit, un ingénieur d’études doit s’occuper de la conception pour l’assemblage, de la conception pour la fabrication, et surtout du facteur de sécurité. Le facteur de sécurité est l’aspect le plus important de la conception d’un produit. Toute tolérance dans le facteur de sécurité peut avoir de graves conséquences. Donc, dans cet article, parlons de ce qu’est un facteur de sécurité, de la formule du facteur de sécurité et de quelques exemples.
Qu’est-ce que le facteur de sécurité ?
Le facteur de sécurité est la capacité structurelle d’un système qui détermine la capacité de charge au-delà de sa charge réelle. En d’autres termes, la solidité du système puis ce qui est réellement requis est appelé facteur de sécurité (FOS)
Le facteur de sécurité est critique pour les structures et souvent appelé l’épine dorsale du système. Il montre à quel point le système est solide pour supporter une charge supplémentaire par rapport à ce qui est réellement prévu. Cela aide l’ingénieur à fournir un coussin supplémentaire de confiance que le système ne tombera pas en panne même s’il y a un peu de surcharge.
Pour comprendre le facteur de sécurité, prenons l’exemple d’un pont d’autoroute. Vous avez peut-être remarqué qu’à l’entrée, il y a généralement un panneau qui indique la charge maximale que le pont peut supporter à un moment donné. Pensez-vous vraiment que le pont va s’effondrer si nous avons un peu plus de charge sur le pont ?
Non, Le pont ne va pas s’effondrer, mais si la charge supplémentaire est bien plus élevée que la limite mentionnée, alors il y a de fortes chances que le pont s’effondre. Donc cette charge supplémentaire est la limite jusqu’à laquelle le pont est sûr. Ce coussin supplémentaire est la limite de sécurité
Le facteur de sécurité est déterminé par la formule suivante
Facteur de sécurité = Charge réelle / Charge de travail
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Pourquoi le facteur de sécurité est-il important ?
Le produit est destiné aux humains. Si un produit est sûr, l’humain est en sécurité. C’est tout le concept. Si un produit n’est pas sûr, il provoquera une défaillance du produit et peut-être la perte de vies humaines (un exemple est un pont routier). Donc, chaque ingénieur se concentre sur l’amélioration d’un produit afin qu’il puisse sauver le produit ainsi que des vies humaines.
Prenons l’exemple de la question du Boeing 737 max crash. Deux avions se sont écrasés en l’espace de 6 mois. Les voyageurs ne se sentaient pas en sécurité et ils ont cessé d’embarquer dans tout Boeing 737 Max. À cause de cela, Boeing a perdu toutes les commandes de 737 Max, ce qui a entraîné une perte financière importante pour l’entreprise. Cela affecte également la confiance des voyageurs en Boeing. Donc, juste parce que le 737 max n’avait pas assez de coussin de sécurité, Boeing a payé un gros prix pour cela.
Le facteur de sécurité est maintenant une exigence réglementaire pour obtenir l’approbation de votre produit sur le marché. La sécurité fait désormais partie intégrante de la conception des produits. Sans un facteur de sécurité approprié, il y a de fortes chances que vous ne puissiez jamais mettre votre produit sur le marché.
Voici une liste probable de raison sur la raison pour laquelle le facteur de sécurité est si important.
- Haute chance que le produit ne tombe pas en panne
- Il y aura moins de risques de blessures ou de décès humains
- Les produits seront rapidement approuvés par un organisme de réglementation
- Facile à lancer un produit sur le marché
- Moins de problème de rappel de produits
- Le nombre d’appels de service sera moindre
- Augmentation de la satisfaction des clients
Comment calculer le facteur de sécurité : Formule du facteur de sécurité
Le facteur de sécurité peut être calculé de différentes manières. Mais finalement, toutes ces méthodes ne vérifient qu’une seule chose, la quantité de charge de sécurité au-delà de sa charge de travail conçue. Il y a une différence dans la façon dont chaque processus calcule et analyse les données, mais le résultat est le même.
Chaque fois qu’une pièce ou un article est soumis à une charge, il est stressé en fonction du type de matériaux. Les matériaux ductiles ont tendance à avoir plus de contraintes que les matériaux fragiles. La quantité de contrainte à la charge de sécurité est appelée contrainte de sécurité ou limite d’élasticité et la quantité de contrainte à la charge de conception désignée est appelée contrainte de travail. Le rapport de cette contrainte de sécurité et de la contrainte de travail nous donne un facteur de sécurité
Facteur de sécurité = Contrainte de rendement / Contrainte de travail
Si le facteur de sécurité est de 1, alors cela signifie que la charge de conception est égale à la charge de sécurité. Donc, pour une meilleure conception, le facteur de sécurité doit toujours être supérieur à 1. Si le facteur de sécurité est inférieur à 1, alors le produit se trouve dans la zone de danger.
Qu’est-ce que le facteur de conception et le facteur de sécurité ?
Le facteur de conception est essentiellement la quantité de charge qu’une pièce doit supporter et le facteur de sécurité est la quantité de charge qu’une pièce pourrait réellement supporter. Ainsi, le facteur de conception est l’exigence minimale et le facteur de sécurité est la limite au-delà de laquelle la pièce échouera. Au minimum, le facteur de sécurité peut être égal au facteur de conception.
Pour expliquer prenons l’exemple d’une pièce qui a un facteur de conception permettant de supporter une charge de 3 LB. Mais la pièce est en réalité conçue pour supporter une charge de 30 LB. Donc, idéalement, la pièce a toujours un facteur de conception de 3, mais en réalité, elle peut supporter jusqu’à 30 LB, ce qui est le facteur de sécurité.
Le facteur de conception est l’exigence minimale et généralement fixé par la réglementation. Si un ingénieur conçoit est une pièce avec un facteur de sécurité trop élevé, on parle de » suringénierie «
Qu’est-ce que la marge de sécurité ?
La marge de sécurité est la mesure de la capacité structurelle excédentaire. C’est la charge supplémentaire au-delà de la charge de conception après laquelle la pièce cède. Si la marge de sécurité est de 0, alors le produit cède lorsqu’il atteint sa charge de conception. Si la marge de sécurité est de 1, alors la pièce peut supporter une charge supérieure à sa charge de conception. Et si la marge de sécurité est de -1, alors la pièce échouera avant même d’atteindre sa charge de conception.
Marge de sécurité = ( Charge de défaillance / Charge de conception )-1 OU = Facteur de sécurité-1
Qu’est-ce que le facteur de réserve ?
Le facteur de réserve est utilisé dans les pays européens où la charge et la contrainte sont exprimées dans les mêmes unités. Voici une formule pour la contrainte de réserve
Contrainte de réserve= Contrainte d’épreuve / Charge d’épreuve= Résistance ultime / Charge ultime
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Détermination du facteur de sécurité
En général, les ingénieurs concepteurs font un essai de charge pour vérifier la contrainte de sécurité et la contrainte de conception. Pour déterminer le facteur de sécurité, nous devons comprendre deux termes courants utilisés dans la résistance des matériaux. Ce sont la contrainte au rendement et la contrainte ultime
Contrainte au rendement
La contrainte au rendement est la limite de contrainte après laquelle les matériaux commencent à se déformer
Contrainte ultime
La contrainte ultime est la limite de contrainte après laquelle la pièce cède.
Pour calculer le facteur de sécurité pour les matériaux ductiles, nous devons considérer la contrainte au rendement comme la contrainte de sécurité et pour les matériaux fragiles, nous devons considérer la contrainte ultime comme la contrainte de sécurité.
En général, pour tous les matériaux connus, les valeurs de la contrainte au rendement et de la contrainte ultime sont facilement disponibles. Si vous utilisez un matériau de composition, alors vous devez effectuer un essai de charge pour déterminer la valeur de la contrainte de rendement et de la contrainte ultime. Une fois que vous connaissez ces deux valeurs, vous pouvez trouver le facteur de sécurité en fonction de la charge de conception.
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Exemples de facteurs de sécurité
Vous trouverez ci-dessous un facteur de sécurité typique de quelques groupes de produits clés. Les valeurs sont approximatives et les industries peuvent suivre une valeur différente en fonction de la condition de chargement.
| Équipement | Facteur de sécurité |
|---|---|
| Chaudière | 3.5-6 |
| Avion | 1,5-2 | Vaisseaux à pression | 3.5-6 | Composants de moteurs | 6-8 | Roues en fonte | 20 | Mousquetons | 8-9 | Structure de ponts | 5-.7 | Structure du bâtiment | 4-6 |
| Composants de la turbine statique | 6-8 | Composants de la turbine rotative | 2-3 |
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Inconvénients de l’utilisation d’un facteur de sécurité élevé
L’une des principales considérations que prennent de nombreux ingénieurs est qu’ils choisissent un facteur de sécurité élevé. Ils pensent que si vous maintenez le facteur de sécurité élevé, alors le produit ne tombera jamais en panne. À l’inverse, un facteur de sécurité élevé entraîne un gaspillage inutile d’efforts et d’argent. Le coût du produit augmente pour compenser ce facteur de sécurité élevé.
De ce fait, nous devrions toujours nous concentrer sur la prise en compte d’un facteur de sécurité qui maintient le coût du produit à un niveau bas tout en offrant un niveau de sécurité maximal. La sous-ingénierie est dangereuse mais la sur-ingénierie est un gaspillage.
Conclusion
Le facteur de sécurité est la clé pour tout ingénieur d’études. Il permet de fabriquer un produit sûr. Tous les ingénieurs devraient considérer le facteur de sécurité dès le début du cycle de vie de la conception. Chaque composant doit être évalué séparément pour déterminer le facteur de sécurité. Et enfin, l’ingénieur doit évaluer le facteur de sécurité de l’assemblage.
Comme je l’ai dit précédemment, nous ne pouvons tout simplement pas faire de compromis sur le facteur de sécurité. Parce que cela affecte le produit et les utilisateurs qui utilisent ce produit. Cela dit, nous ne devons pas non plus faire de la sur-ingénierie qui finit par augmenter le coût du produit. Nous devons trouver une valeur optimale du facteur de sécurité pour concevoir un excellent produit.
Frequently Asked Questions
Qu’est-ce que le facteur de sécurité
Le facteur de sécurité est la capacité structurelle d’un système qui détermine la charge supportée par le système. capacité de charge d’un système au-delà de sa charge réelle
Comment calculer le facteur de sécurité
Facteur de sécurité = charge réelle / charge de travail
Qu’est-ce qu’un bon facteur de sécurité
Cela dépend du produit et des conditions de chargement. Au minimum, il devrait être de 1, il n’y a pas de limite pour le maximum. Voir le tableau dans cet article pour obtenir les valeurs typiques du facteur de sécurité de différents équipements
Facteurs dont dépend le facteur de sécurité ?
Charge réelle
Charge de travail
Type de matériau
Densité du matériau
Conditions environnementales
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