ما هو معامل الأمان
في الواقع فإن عامل الأمان في البناء هو نسبة حمل الكسر النظري لشعاع أفقي أو عمود أو مكون آخر إلى أعلى حمولة فعلية مصممة لحملها، حيث يوفر عامل الأمان ضمانًا ضد مثل هذه الحالات غير المؤكدة حيث يتم تجاوز
الحمل
التصميمي أثناء الاستخدام، وعندما يكون هناك تغيير إحصائي في متانة المواد، ويحدث خلل مدمر أثناء بناء الهيكل أو أثناء تشغيله، ومن الناحية التاريخية تغيرت عوامل الأمان من أعلى قليلاً من الوحدة في التصميمات حيث لا يُقبل زيادة المتانة والتي تساوي عادة الوزن الإضافي.
كما هو الحال في سفن الفضاء تصل إلى 6 أو 7 أو 8، وحتى أكثر في الهياكل المدنية، التي لا يُفهم سلوكها بشكل كامل، أو ربما أدى انهياره إلى تهديد الحياة وعواقب اقتصادية وخيمة، مثل تلك التي حدثت في منتصف القرن التاسع عشر على جسور السكك الحديدية، كما يمتد إلى التطبيقات غير الهيكلية، حيث يتطلب استخدام عامل الأمان أن يكون التصميم متحفظًا، أي يجب أن يكون للهيكل أو المكون قدرة احتياطية في المواقف غير العادية.
يشار إلى عامل الأمان أحيانًا باسم (عامل الجهل) لأنه مرتبط بحالة المجهول العشوائي، وكثيرا ما تحجب المصطلحات المستخدمة بشكل متكرر مثل قيمة التصميم و هامش التصميم الآثار المترتبة على حماية الحياة التي ينطوي عليها مصطلح (عامل الأمان)، كما تمت مناقشة عوامل الأمان في الكائنات الحية في مقال كتبه عالم وظائف الأعضاء والجغرافيا الحيوية جاريد دايموند، الذي يعتقد أن قوة
العظام
والرئتين والكلى وأجزاء أخرى من الجسم، ووضع معايير الأمن الحيوي الخاصة بهم في
جدول
واحد مع عوامل الأمان للهياكل الهندسية التقليدية.
في بعض الأحيان يستخدم مصطلح “Safety Factor”بشكل مترادف مع عامل الأمان، يمكن أن يسبب هذا مرادف ضجة في البلدان الأخرى، حيث يمكن فهم العكس، ببساطة عامل الأمان هو مدى قوة النظام أكثر من المطلوب، عامل السلامة هو العمود الفقري لجميع الهياكل ومعدات السلامة وينشأ مع المهندسين في مرحلة التخطيط لجميع الهياكل ومعدات السلامة، يحدد المهندسون الحمل الزائد المطلوب من أي جسم ليظل آمنًا في حالة الطوارئ.[1]
قانون عامل الأمان
هو مُضاعِف يتم تطبيقه على الحد الأقصى للضغط المحسوب الذي سيتعرض له أحد المكونات بشكل نموذجي، بالنسبة للمكونات التي قد يؤدي فشلها إلى خسارة مالية كبيرة، أو إصابة خطيرة أو وفاة، كما يتم استخدام عامل أمان لا يقل عن أربعة، حيث تحتوي المكونات غير الحرجة بشكل عام على عامل أمان يبلغ اثنين، كما أن عوامل الأمان ضرورية لمراعاة العيوب في المواد وعيوب التجميع وتدهور المواد والضغوط غير المتوقعة وقانون عامل الأمان “Safety Factor”= قوة الكسر الفعلية / تحميل العمل العادي.
تتراوح عوامل الأمان النموذجية المستخدمة في تصميم المنتج بين 2 و 2,5 للتطبيقات الشائعة، حيث أنه مع زيادة عامل الأمان، تزداد تكلفة المنتج أيضًا.[2]
هامش الأمان
تتطلب العديد من الوكالات والمنظمات الحكومية مثل شركة الفضاء الجوي استخدام عامل أمان لوصف العلاقة بين القوة الهيكلية والمتطلبات، وهناك تعريفان مختلفان لعامل الأمان، لذلك عليك أن تحدد بعناية التطبيق الذي يتم استخدامه، وإحدى حالات الاستخدام الخاصة بي لعامل الأمان هي السعة وعامل الأمان، وهناك استخدام آخر لعامل الأمان هو مؤشر على مدى تلبية متطلبات التصميم التحقق من المتطلبات، ويمكن تصور عامل الأمان على أنه تمثيل لمقدار القدرة الهيكلية الإجمالية التي تظل في الاحتياطي أثناء التحميل.
عامل الأمان كمقياس للقوة الهيكلية، هذا تعريف لعامل الأمان والذي يستخدم عادة في الكتب المرجعية، ويعني بشكل أساسي أنه إذا تم تحميل جزء بأقصى حمولة، والتي يجب ألا تتجاوزها خلال فترة خدمتها بأكملها، فكيف يمكنه تحمل الكثير من الأحمال بنفس القوة، قبل أن ينهار في الواقع إنه مقياس للقدرة الاحتياطية.
إذا كان الهامش 0، فلن يحمل المقطع أي حمل إضافي قبل أن ينهار، وإذا كان الهامش سالبًا، فسوف ينهار المقطع قبل الوصول إلى حمل التصميم أثناء العملية، إذا كان الهامش 1 يمكن للجزء أن يحمل حمولة إضافية، تكون قوتها مساوية للحمل الأقصى الذي صمم الجزء من أجله أي ضعف الحمل التصميمي، هامش الأمان = (حمل الانهيار / الحمل التصميمي) -1 هامش الأمان = معامل الأمان -1.
عامل الأمان كمقياس للتحقق من المتطلبات، تضع العديد من الوكالات والمنظمات مثل وكالة ناسا والمؤسسة الأمريكية للملاحة الجوية والفضاء، عامل تصميم في تعريف عامل الأمان، بمعنى آخر يتم حساب عامل الأمان بعد تطبيق معلمة التصميم في حالة وجود عامل أمان يساوي0، متانة جزء ما هي بالضبط المتانة المطلوبة عامل الأمان يساوي عامل التصميم، إذا وصل جزء إلى عامل التصميم المطلوب 3 وعامل أمان 1، فسيكون له عامل أمان 6 يمكنه تحمل حملين مساوٍ لعامل التصميم 3، وبالتالي يتحمل ستة أضعاف الحمل التصميمي قبل الفشل، الهامش 0 يعني قبول قطعة بعامل أمان 3.
إذا كان المخزون أقل من 0 حتى لو لم ينهار الجزء بالضرورة، فلن يتم استيفاء متطلبات التصميم، ميزة هذه الاتفاقية هي أن هامش الأمان بالنسبة لجميع التطبيقات هو 0 أو أكثر، هامش الأمان = (حمل الانهيار / (الحمل التصميمي × معامل الأمان التصميمي)) -1، هامش الأمان = (معامل الأمان المحقق / معامل الأمان التصميمي) -1.[2]
تحديد عامل الأمان
يقوم المهندسون بإجراء اختبارات القوة لتحديد مقدار الوزن الذي يمكن أن تتحمله المادة بعض المواد أكثر مرونة من غيرها، مما يعني أنها تتشوه للضغط قبل أن تنكسر أكثر من غيرها، مثل المواد الهشة تنكسر المواد الهشة بمجرد أن تصل إلى أقصى قوة، كما تستخدم مواد الدكتايل قوة الخضوع لتحديد عامل الأمان، تستخدم المواد الهشة القوة المطلقة، فقوة الخضوع تحدد عامل الأمان حتى بداية التشوه، والقوة المطلقة تحدد عامل الأمان حتى الفشل.
غالبًا ما تختبر مواد الدكتايل عامل الأمان مقابل العائد ونقاط القوة النهائية بينما عادةً ما تحسب المواد الهشة فقط عامل الأمان النهائي نظرًا لأن العائد والقيم النهائية غالبًا ما تكون قريبة جدًا، كما يحدد عامل الأمان الضروري لأي هيكل المواد المستخدمة إذا كان للهيكل عامل أمان مطلوب مرتفع، يستخدم المهندسون مادة مطيلة لبنائه، كما يحدد عامل الأمان المحقق كمية المواد المستخدمة، مطلوب عامل التصميم، قيمة ثابتة يفرضها القانون أو المعيار وهو مطلوب هيكل لتلبية هذه القيمة على الأقل، ومتحققة عامل الأمان، هي نسبة محسوبة من السعة الهيكلية إلى الحمل الفعلي المطبق، وهي مقياس موثوقية التصميم.[1][2]
لماذا عامل الأمان مهم
يزيد عامل الأمان من سلامة الأشخاص ويقلل من مخاطر فشل المنتج، عندما يتعلق الأمر بمعدات السلامة والحماية من السقوط، فإن عامل الأمان مهم للغاية. إذا فشل الهيكل، فهناك خطر الإصابة والموت بالإضافة إلى الخسارة المالية للشركة. يكون عامل الأمان أعلى عندما يكون هناك احتمال أن يؤدي الفشل إلى حدوث هذه الأشياء، كما إنه سيساعد على فهم عوامل السلامة العاملين في صناعة البناء على فهم معايير “OSHA” بشكل أفضل مثل “1910 Section 1C Design” لمكونات النظام.
يجب أن تكون المراسي التي يتم إرفاق معدات الوقاية الشخصية من السقوط بها قادرة على دعم ما لا يقل عن 5000 رطل لكل موظف مرفق، أو يجب تصميمها وتركيبها واستخدامها كجزء من نظام شخصي كامل لمنع السقوط يحافظ على عامل أمان لا يقل عن اثنين ، تحت إشراف شخص مؤهل.
يجب أن يفهم العمال الحد الأقصى للحمل الذي يمكن لأي جهاز التعامل معه ومعرفة كيفية حسابه بناءً على عوامل الأمان، وعلى الرغم من وجود عامل أمان للسلامة في حالة تعرض الهيكل لحمل أكبر من المتوقع، يجب ألا يجرب العمال حظهم مع حدود معدات السلامة.