安全裕量

安全裕量是指部件的最大破坏载荷超过设计载荷的部分与设计载荷的比值。它是部件设计中为了简单直观地判别所作设计是否满足设计要求而引人的概念。破坏载荷又分为计算破坏载荷和试验破坏载荷。鉴于试验破坏载荷是随被试部件随机变化的，故通常使用具有统计意义的计算破坏载荷作为衡量安全裕量的基准。

简介安全裕量是指部件的最大破坏载荷超过设计载荷的部分与设计载荷的比值。它是部件设计中为了简单直观地判别所作设计是否满足设计要求而引人的概念。破坏载荷又分为计算破坏载荷和试验破坏载荷。鉴于试验破坏载荷是随被试部件随机变化的，故通常使用具有统计意义的计算破坏载荷作为衡量安全裕量的基准。由于导弹(火箭)设计中使用的设计载荷均己考虑了应有的安全系数，故设计合理的部件安全裕量应为不小于零而近于零的数。如果安全裕量过大，说明结构太笨重，如果安全裕量小于零，说明部件的设计未达到应有的强度或安全系数1。

计算框架结构安全裕量计算实施过程中的关键是对表征结构安全的响应和设计阂值的特征量进行识别和不确定性量化，因此涉及到不确定性的表征和传播问题。在实际应用过程中，描述不确定性的理论主要有概率论、可能性理论、区间分析和证据理论等。在工程结构安全裕量计算过程中，针对结构系统的安全裕量计算，分别根据不确定性输入参数xi的区间和证据理论两种不同的描述，并结合抽样算法和代理模型( Surrogate model )等方法建立结构安全裕量评估的可执行方法2。

结构安全裕量的概念QMU是一套考虑不确定性并以性能闭值和裕量为关键点的复杂系统风险决策支持方法，其裕量(M)的定义为系统名义响应值和性能通道边界阑值之间的距离。针对工程结构，考虑到结构性能和载荷刺激的不确定性，同时参考结构可靠性评估中的应力一强度干涉理论，结构安全裕量(M)可表述为结构系统所受载荷响应((R)与其固有能力阈值(P)之间的距离，可用状

态函数M=P-R表示。如果M>0，则系统安全，反之系统失效。在工程实践中，结构响应及固有能力的不确定性主要来源于材料参数、几何尺寸以及环境载荷的不确定性分布，可以归纳为随机和认知不确定性2。

结构安全裕量的影响因素（1）结构安全裕量的不确定性量化的精细程度受结构输人参数的不确定性信息量的影响。如果只知道输入参数的不确定性变化区间，缺少参数在区间内的分布情况这一信息，则结构响应输出和安全裕量的量化结果也为一区间值。如果能给出输入参数在区间内的分布情况或更多其它信息，则可根据这些信息对安全裕量进行较为精细的量化；

（2）没有考虑有限元模型不确定性的影响。此外针对大型复杂结构的实际应用仍需要开展

进一步研究，特别是不确定性输人参数不确定性信息量的获取方法、复杂分层结构的不确定性传播等值得深入研究1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所