减小安全系数可能引发灾难的原因及解决办法

大约在1850年之后，即使是英国或美国工程师也开始计算大型桥梁等重要结构的强度了。他们用当时的方法估算出结构的最大拉应力，以确保这些应力小于材料额定的“抗拉强度”。为了做到万无一失，他们令算出的最大工作应力远远小于该材料的强度，取1/3、1/4甚至1/7或1/8（材料的强度由拉断一个简单、光滑且主体平直的试样决定）。^[5]这就是所谓的“应用安全系数”。任何通过减小安全系数来节约重量和成本的尝试，都很有可能引发灾难。

这类事故极易被归因于“材料缺陷”，少数几次确实是这样。当然，不同金属样品之间的强度差异很大，而且劣质材料确实会混入结构中。但是，钢铁的强度差异往往只有百分之几，3倍或4倍实属罕见，更不用说7倍或8倍了。所以在实践中，理论强度和实际强度之间的差异往往是由其他原因造成的；在结构中的某些未知区域，真实的应力肯定比计算出的应力大得多，因此“安全系数”有时也被称为“无知系数”。

19世纪的工程师经常用锻铁或低碳钢制造需承受拉应力的东西，比如锅炉、横梁和船舶，所以这些材料也拥有“安全”材料之誉。当我们在强度计算中引入一个较大的安全系数时，结果常常相当令人满意，但实际上事故仍然层出不穷。(www.xing528.com)

船舶制造遇到的麻烦越来越多。对高航速和轻量化的要求使英国海军部和造船厂都陷入了困境，虽然算出的最大应力看似相当安全，但船舶在海上还是免不了被断成两截。例如，1901年，当时世界上最快的舰艇之一——一艘新式涡轮驱逐舰（英国皇家海军的眼镜蛇号），意外被断成两截，沉入了风平浪静的北海。这起事故造成36人丧生，但事后军事法庭和英国海军部调查委员会都没有详细披露造成此次事故的技术原因。

于是，海军部于1903年用类似的皇家海军狼号驱逐舰，在天气恶劣的海上做了一系列实验，并公布了结果。结果表明，真实条件下测量得出的船体应力比造船前设计师计算出来的结果小得多。因为两组应力都远低于已知的造船钢材的“强度”——安全系数为5～6，所以这些实验都仅作为参考。