응력 최소화를 위한 세탁기 힌지 도어 리브 최적설계

Abstract

최근 산업체에서는 원가 절감을 위한 재료비 절감이 중요한 이슈로 부각되고 있다. 이는 원가 경쟁력을 가지고 소비자에게 어필하기 위함인데, 특히 전자 및 가전산업에서는 산업체가 가지는 가장 중요한 경쟁력 중 하나라고 할 수 있겠다. 세탁기에서 도어를 여닫는 역할을 하는 힌지 도어 (hinge-door) 역시 재료비 절감의 일환으로 소재가 ALDC에서 engineering plastic으로 일부 변경 적용되고 있는데, 이 때 상대적으로 강도가 약해지며 부품의 파손 및 도어의 처짐 문제가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 힌지 도어의 부피와 힌지 도어의 처짐량에 대한 구속조건을 만족하면서 힌지 도어가 받는 최대응력을 최소화하는 리브(rib)들의 형상을 결정하도록 설계문제를 정식화 하였다. 힌지 도어의 부피를 구속조건으로 설정한 것은 재료비 증가를 방지하기 위해서 이다. 또한 설계변수인 리브 형상 자동 변경을 위해 Hypermesh의 morphing 기술과 구조해석을 위한 Abaqus 해석과정을 PIDO (Process Integration and Design Optimization) 기술을 적용하여 해석 과정의 자동화를 수행하였고 이를 바탕으로 효율적으로 최적설계를 수행하였다. 최적설계 결과 모든 구속조건을 만족하였으며, 목적함수인 힌지 도어가 받는 응력이 9.8% 감소되는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 제시한 최적설계 방법론이 향후 실제 산업화 제품설계에 적용되어 더욱 향상된 성능의 제품이 생산될 수 있을 것으로 기대한다.