安全率
但し、田中のような設計者出身の原子力撤廃論者からは、1970年代初頭に設計されたプラントに対して、詳細なデータ解析が当時の計算機の能力上不可能であり、勘と経験により最も厳しいと思われる条件のみモデル化し解析を実施していたことが告白されている。このことは原発の不確実要素を増す結果となっている。
また、田中は安全率に関連して安全余裕という概念への批判を実施した。この概念は浜岡原発訴訟にて班目春樹が「3つの安全余裕」という形で説明に使用したことが田中の知ったきっかけであった。安全余裕という言葉はこの他、原子力安全基盤機構、アメリカ合衆国原子力規制委員会、経済協力開発機構原子力機関などでも使用されている。 田中は、安全率の考察にて、余裕の程度を示しているのではなく、安全性を脅かす不確実な要素に備えるためのものであると言う主張を元に、班目の説明した安全余裕の定義がその考えに沿っていないため批判している。
実際の工業製品の使用環境は、材質の経年劣化や環境の違い、想定外の使われ方をされるなど、多分に不確実性を含んだものである。設計者はそれらの事象を想定し、設計時にできる限りの計算を行うが、全てのことを計算し尽くせるわけではない。そのため、実際にはある程度の余裕をもって設計される。例えば、10 kgf の荷物を置くための棚について、荷物を置くときの動作の勢いや、棚の上で荷物が偏った置き方をされる場合などを考えると、実際には10 kgf以上の荷重に耐えられるように設計しなければならないことは明白である。具体的には「耐荷重量: 100 kgf (安全率 2.5)」のように用いる。この場合、安全を保証出来る仕様上の耐荷重は100 kgfまでであるが、設計的な実力としては250 kgfまでは耐えられるという意味である。
注意すべきなのは、設計時に設定される安全率とは、強度の不確実性、負荷の不確実性が存在するために設定されるものである。
確実な資料がなく類似の資料や実験式などから推定する場合や、腐食など定量予測困難な悪質な条件が予測される場合:Sm=1.5またはそれ以上
Ssは使用応力の不確実性を補うための安全率で、以下のような点が影響を与える。
実働荷重のばらつき
荷重見積もりの推定の不確実性
実物の寸法ばらつきによる応力増加
応力の計算過程における近似・単純化による不確実性
使用応力をどの程度保証できるかに基づき、Ssの値は次のような値が挙げられている。
実際の使用応力が設計時に見積もった使用応力(設計応力)を超えないことが保証される場合:Ss=1.1
予測困難な過大応力が作用する可能性がある場合や、過大荷重や衝撃荷重の負荷が予測されるが頻度が少ないため計算から省いて使用応力を決定した場合:Ss=1.5から2
上記の値は一般的なものなので、実際の対象物の安全率の値は、対象物の特性や規格、実績などを検討の上、任意に決められる必要がある。
信頼性設計に基づき、強度と応力の確率分布を検討して安全率の値を与える手法も存在する。従来の経験的安全率と区別して統計的安全率と呼ばれる。基準強度 σ c {\displaystyle \sigma _{c}} と使用応力 σ {\displaystyle \sigma } の確率分布を考えたとき、それぞれの分布が重なる範囲に基づき破壊確率が計算できる。逆に破壊確率を0.1%などのように指定すれば、それぞれの確率分布の中央値の比、つまり安全率が指定できる。
S = σ c ̄ σ ̄ {\displaystyle S={\frac {\bar {\sigma _{c}}}{\bar {\sigma }}}}
ここで、 σ c ̄ {\displaystyle {\bar {\sigma _{c}}}} :基準強度分布の中央値、 σ ̄ {\displaystyle {\bar {\sigma }}} :応力分布の中央値
強度の確率分布の例として、疲労強度ではS-N曲線上の確率分布は、寿命一定での破断応力の分布は正規分布に、応力一定での寿命の分布は寿命が短い領域では対数正規分布に、寿命が長い領域ではワイブル分布と合うとされている。ただし、実物の強度と応力の分布が明確である場合は少なく、分布を正確に把握するのは容易ではない。