1 引 言
柴油机降噪隔声罩在野外环境工作，长期经受风雪载荷作用，在隔声罩的安装和维护过程中，还要承受人体活动载荷作用，其性能的好坏直接影响着隔声罩的工作情况。随着计算机技术的飞速发展，利用计算机对建筑结构风雪载荷进行数值模拟已成为预测建筑物风雪效应的一种新的有效方法。
文献针对建筑物的风环境问题，采用计算流体动力学软件对建筑物数值模拟，得出了建筑物的风场分布，以及风载的分布规律。陆玲娟等研究火电厂干煤棚网架在风载荷、雪载荷、温度载荷等各种正常工况下的变形规律，总结出干煤棚网架在各种工况下的变形规律。田珺等采用最大熵法可靠度理论计算张拉膜结构在雪荷载满跨堆积和半跨堆积时各节点的最大可能变形，利用 AN-SYS 求出相应工况的膜面应力分布，并与现行确定性方法所求得的膜面应力分布做了对比分析。本文采用 MSC． Nastran 软件对柴油机降噪隔声罩进行强度计算，综合考虑了风雪载荷和人体活动载荷对隔声罩的作用。
2 隔声罩有限元分析
文中研究的隔声罩框架由 100mm × 100mm ×2. 5mm 方钢管，100mm × 50mm × 2. 5mm 矩形钢管、100mm × 10mm 角刚组成。档板包括内外两层，内层为 3mm 厚的木工板，外层为 2mm 厚的瓦楞钢板( 见图 1) 。根据隔声罩载荷情况，针对以下 8 种典型工况进行有限元分析。
( 1) 活动载荷及固定载荷;
( 2) 活动载荷、固定载荷及正向( 两面有门)风载;
( 3) 雪载、固定载荷及正向风载;
( 4) 活动载荷、固定载荷及侧向( 两面有窗)风载;
( 5) 雪载、固定载荷及侧向风载;
( 6) 固定载荷及雪载;
( 7) 固定载荷及正向风载;
( 8) 固定载荷及侧向风载。
2． 1 有限元模型简化
虽然隔声罩结构比较简单，但结构之间的焊接、镶嵌等在有限元模型建立时，需对其进行一些合理的简化。
( 1) 忽略螺栓连接的接触问题;
( 2) 把隔声罩的钢板和框架之间的焊接处简化成节点连接，且假设各节点间的连接为刚性;
( 3) 把木工板与框架之间的镶嵌问题简化成节点连接，同时假设各节点间的连接为刚性的。根据以上原则建立了隔声罩有限元模型，节点数 64022 个，梁单元数 1780 个，瓦楞钢板壳单元数 44576 个，木工板壳单元数 41520 个。
2． 2 定义单元类型、实常数及材料属性
隔声罩所用的主要材料是钢管、钢板和木工板，钢的弹性模量 E = 210GPa，泊松比 μ = 0. 3，许用应力［σ］= 163MPa。木工板弹性模量 E = 210GPa，泊松比 μ = 0. 3，许用应力［σ］163MPa。隔声罩框架为三维杆件结构，选用三维弹性梁单元 BEAM 能够较好地反映隔声罩的实际受力情况，然后根据隔声罩所用的管材的材料和尺寸设置各杆件的几何特性和材料属性。
2． 3 载荷计算及边界条件
从隔声罩的实际工况可知，风载、雪载、人体活动载荷是主要的载荷形式。考虑了固定载荷、风载、雪载、人体活动载荷的独立作用及联合作用。
2． 3． 1 雪载
根据《建筑结构荷载规范》( GB 50009-2012) 的规定，屋面结构的雪载荷 Sk按下式计算:
式中，S0为基本雪压; μr为屋面积雪分布系数。在风、屋面散热和太阳辐射等诸多因素的影响下，屋面的积雪呈非均匀分布。由于隔声罩顶部为平面结构，雪载简化为隔声罩上表面瓦楞钢板全部施加 0. 3kg /m2压力。
2． 3． 2 风载
文献详细描述了风压与平均风速极大值的关系。本文根据隔声罩的特点，以最大风速所产生
的压力( 0. 5kg /m2) 施加在隔声罩的正向或侧向。
2．3． 3 人体活动载荷
由于安装和维护的需要，必须考虑人体活动载荷。人体活动载荷按照两个 100kg 重量的人站在隔声罩顶部的最薄弱部位考虑，以人体双脚的面积施加 0. 5kg /m2压力。
3．3． 4 边界条件
接触地面的 4 条方钢管实行全约束。
3 计算结果分析
表 1 给出了隔声罩分别在 8 种工况下的最大等效应力、最大位移以及梁单元最大弯曲应力、最大等效应力和最大位移。图 2-图 6 给出了工况 2 的计算结果云图。
4 分析与结论
由图 2 可知，在活动载荷、固定载荷及正向风载作用下，瓦楞钢板最大位移 2. 36mm，最大变形位置为瓦楞钢板上表面中部。由图 3 可知，在相同载荷作用下，瓦楞钢板最大等效应力 15. 7MPa，位置为瓦楞钢板上表面两人体双脚部，远远小于钢的许用应力( 163MPa) 。由图 4 可知，在相同载荷作用下，木工板最大位移 5. 36mm，最大变形位置为门的中间部位。由图 5 可知，在相同载荷作用下，木工板最大等效应力 9. 7MPa，位置为瓦楞钢板上表面两人体双脚部，小于木工板的许用应力( 163MPa) 。由图 6 可知，在 相 同 载荷 作 用 下，梁 单 元 最 大 弯 曲 应 力49. 67MPa，位置为门框的矩形梁中部，小于钢的许用应力( 163MPa) 。
从 8 种载荷工况的计算结果可以看出，最大位移为 6. 56mm，发 生 在 工 况 8，最 大 等 效 应 力 为15. 7MPa，发 生 在 工 况 2，梁 单 元 最 大 位 移 为3. 91mm，发生在工况 6，梁单元最大等效应力8.42MPa，发生在工况 2，梁单元最大弯曲应力为51. 4MPa，发生在工况 7，说明结构承载能力是足够的。
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