D0L:10.13374/.issn1001-053x.2011.06.001 第33卷第6期 北京科技大学学报 Vol.33 No.6 2011年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2011 基于可靠度与置信度的双可靠性指标安全系数方法 晏 青)✉熊峻江2》邱涛》 1)上海飞机客户服务有限公司，上海2002412)北京航空航天大学交通学院，北京100191 3)沈阳飞机设计研究所强度综合部，沈阳110035 ☒通信作者，E-mail:yangbad2008@126.com 摘要在可靠度指标的基础上引入了置信度指标，提出可靠度与置信度的双可靠性指标的安全系数概念，并根据可靠性理 论推导出新计算公式.该公式考虑了实验数据样本容量的影响，给出了小子样实验数据条件下的安全系数取值.将新安全系 数应用于结构可靠性设计，算例结果表明，与其他方法相比，此方法计算结果安全系数更合理，且简单实用，能满足结构可靠 性设计的要求，可取得显著的减重效果. 关键词安全系数：结构设计：可靠度：置信度 分类号V215.1 Safety factor with two-indexes of reliability and confidence levels YAN Qing'☒，XIONG Jun-jiang》,QIU Tao》 1)Shanghai Aircraft Customer Service Co.Ltd.,Shanghai 200241,China 2)School of Transportation Science and Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China 3)Structual Strength Deparment,Shenyang Aireraft Design and Research Institute,Shenyang 110035,China Corresponding author,E-mail:yanqbad2008@126.com ABSTRACT The concept of safety factor with two-indexes of reliability and confidence levels was presented by introducing the confi- dence level index.Based on the reliability theory,new formulae of safety factor with two-indexes of reliability and confidence levels were derived to take the sample size of experimental data into account and to determine the safety factor value from small sample test data for structural reliability design.The new safety factor was applied to two sets of experimental results,demonstrating the practical and convenient use of the proposed technique.It is shown from these examples that the safe factor can be obtained realistically accord- ing to small sample test data using the new formulae. KEY WORDS safety factor:structural design;reliability level:confidence level 结构强度常采用安全系数的方法进行设计，当 数与结构可靠度的关系.刘克农等图利用强度和应 结构工作应力小于许用安全应力时，即认为结构是 力分别服从Weibull和Gumbel分布时，对常用复合 安全的.传统的安全系数方法取值单一固定，具有 材料的安全系数和可靠度之间的关系进行了研究 较大的盲目性和经验性，因而设计结果有时不尽合 都军民等回提出了在结构设计过程中将可靠性与 理，导致结构过重.近年来，国际上提出了基于可靠 传统的安全系数相结合的分析方法，采用可靠性安 性与风险概念的安全系数设计方法·习和非概率度 全系数方法进行结构设计.吴海淼等0以应力一强 量的设计理论等.基于概率可靠性的结构设计度干涉模型为基础分析了当应力和强度服从不同分 方法继承了传统安全系数的特点，同时考虑了结构布时，机械零件的可靠度与平均安全系数的关系，并 性能分散性的影响，因而受到更多的关注.王磊提出了一种基于平均安全系数的可靠性设计方法. 等)针对飞机结构的静强度设计提出了基于容许 现有的基于概率可靠性设计的安全系数均只采用可 安全系数的可靠性设计方法，并建立了容许安全系 靠度单一指标表征结构的安全度，其取值是基于大 收稿日期：2010-07-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.E050603):航空科学基金资助项目(No.20095251024)第 33 卷 第 6 期 2011 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 6 Jun． 2011 基于可靠度与置信度的双可靠性指标安全系数方法 晏 青1) 熊峻江2) 邱 涛3) 1) 上海飞机客户服务有限公司，上海 200241 2) 北京航空航天大学交通学院，北京 100191 3) 沈阳飞机设计研究所强度综合部，沈阳 110035 通信作者，E-mail: yanqbad2008@ 126． com 摘 要 在可靠度指标的基础上引入了置信度指标，提出可靠度与置信度的双可靠性指标的安全系数概念，并根据可靠性理 论推导出新计算公式． 该公式考虑了实验数据样本容量的影响，给出了小子样实验数据条件下的安全系数取值． 将新安全系 数应用于结构可靠性设计，算例结果表明，与其他方法相比，此方法计算结果安全系数更合理，且简单实用，能满足结构可靠 性设计的要求，可取得显著的减重效果． 关键词 安全系数; 结构设计; 可靠度; 置信度 分类号 V215. 1 Safety factor with two-indexes of reliability and confidence levels YAN Qing1) ，XIONG Jun-jiang2) ，QIU Tao 3) 1) Shanghai Aircraft Customer Service Co． Ltd． ，Shanghai 200241，China 2) School of Transportation Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China 3) Structual Strength Deparment，Shenyang Aircraft Design and Research Institute，Shenyang 110035，China Corresponding author，E-mail: yanqbad2008@ 126． com ABSTRACT The concept of safety factor with two-indexes of reliability and confidence levels was presented by introducing the confi￾dence level index． Based on the reliability theory，new formulae of safety factor with two-indexes of reliability and confidence levels were derived to take the sample size of experimental data into account and to determine the safety factor value from small sample test data for structural reliability design． The new safety factor was applied to two sets of experimental results，demonstrating the practical and convenient use of the proposed technique． It is shown from these examples that the safe factor can be obtained realistically accord￾ing to small sample test data using the new formulae． KEY WORDS safety factor; structural design; reliability level; confidence level 收稿日期: 2010--07--26 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( No． E050603) ; 航空科学基金资助项目( No． 20095251024) 结构强度常采用安全系数的方法进行设计，当 结构工作应力小于许用安全应力时，即认为结构是 安全的． 传统的安全系数方法取值单一固定，具有 较大的盲目性和经验性，因而设计结果有时不尽合 理，导致结构过重． 近年来，国际上提出了基于可靠 性与风险概念的安全系数设计方法［1--3］和非概率度 量［4--6］的设计理论等． 基于概率可靠性的结构设计 方法继承了传统安全系数的特点，同时考虑了结构 性能分散性的影响，因而受到更多的关注． 王磊 等［7］针对飞机结构的静强度设计提出了基于容许 安全系数的可靠性设计方法，并建立了容许安全系 数与结构可靠度的关系． 刘克农等［8］利用强度和应 力分别服从 Weibull 和 Gumbel 分布时，对常用复合 材料的安全系数和可靠度之间的关系进行了研究． 都军民等［9］提出了在结构设计过程中将可靠性与 传统的安全系数相结合的分析方法，采用可靠性安 全系数方法进行结构设计． 吴海淼等［10］以应力--强 度干涉模型为基础分析了当应力和强度服从不同分 布时，机械零件的可靠度与平均安全系数的关系，并 提出了一种基于平均安全系数的可靠性设计方法． 现有的基于概率可靠性设计的安全系数均只采用可 靠度单一指标表征结构的安全度，其取值是基于大 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.06.001