基于ABAQUS的冰箱门铰链有限元分析

摘要： 本文以三开门冰箱门铰链为研究对象，应用Abaqus软件来分析门铰链在承受一定的门体自重的情况下，门铰链强度是否满足使用要求及门铰链的变形量大小，以防止铰链结构设计及材料选择不合理，造成冰箱门下沉较大，门关不严影响冰箱使用等问题。在冰箱的产品设计阶段，应用有限元分析，可以提高结构设计的可靠性，缩短产品的开发周期。

关键词： 有限元；门铰链；Abaqus/Standard

中图分类号：V229+.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0047-02

0 引言

冰箱门铰链是冰箱的非常重要的零部件，其结构设计合理性与否直接关系到冰箱门是否下沉严重，冰箱门是否严实等问题。本文主要讨论三开门冰箱门铰链强度及变形量大小校核问题。三开门冰箱三维图如图1所示，上中下三个门通过四个铰链连接在冰箱主体上，其中中间两个铰链结构相同。上铰链、中铰链、下铰链均通过三个M5的螺钉与冰箱固定。

三个门铰链在UG中完成结构设计后，用通用有限元软件Abaqus来进行结构分析，判断其设计的合理性。Abaqus作为世界领先的有限元工程模拟软件，具有强大的分析功能。Abaqus/Standard通用分析模块则可以求解广泛领域的线性和非线性问题。本文即应用Abaqus/Standard隐式求解算法对于冰箱门铰链在一定的门体自重的情况下进行有限元分析与计算。

1 仿真分析模型的简化

有限元分析的前提条件是要对实际模型进行简化处理，建立仿真分析模型。由于Abaqus/CAE的Part模块实体建模功能不是很强大，所有的三维建模工作在UG软件中完成，再将简化的实体模型，再转化为STP格式后导入到Abaqus/CAE中。

由于只考察门铰链结构设计可靠性，现将门和冰箱模型做了简化，冰箱用一长方体模型代替，三个门的重量集中于门的几何中心位置，门用质点替代，质点与四个铰链耦合连接。考虑到门开启的情况下，门铰链的受力变形情况最大，因此分析门开启时，铰链的受力情况和变形大小。

2 材料及截面属性的创建

三个铰链的材料属性参数如表1所示。在ABAQUS/CAE的Property模块中分别建立相应的材料并输入分析中必要的相关性能参数，最后创建类型为Soild，Homogeneous的截面属性分别赋予各零件。

3 网格划分

在ABAQUS中对简化后的模型进行网格划分，四个铰链网格划分采用三维实体单元C3D10M自由网格划分，冰箱主体部分，由于忽略其变形，采用刚体单元。调整种子密度划分网格，共划分出99245个单元，其有限元模型如图2所示。

4 边界条件和载荷

在STEP模块中建立一个分析步，采用Static，General对铰链强度进行分析，并定义三个参考点，替代冰箱门，并将三个参考点与四个铰链耦合连接，在三个参考点位置分别施加10KG自重。四个铰链越冰箱主体通过螺钉连接，认为连接可靠的，故其与冰箱主体用Tie连接，最后冰箱主体施加固定的约束条件。

5 计算结果及结果分析

5.1 分析结果 调用Abaqus/Standard模块进行计算，分别得到四个铰链的应力云图和位移云图。

5.1.1 上铰链的应力云图和位移云图 从应力云图和位移云图上可以看出，在10KG门体自重的情况下，上铰链的最大应力为51.94MPa，最大变形量为0.05635mm。

5.1.2 中（上）铰链的应力云图和位移云图 从应力云图和位移云图上可以看出，在10KG门体自重的情况下，中（上）铰链的最大应力为84.45MPa，最大变形量为0.05635mm。

5.1.3 中（下）铰链的应力云图和位移云图 从应力云图和位移云图上可以看出，在10KG门体自重的情况下，中（下）铰链的最大应力为125.5MPa，最大变形量为0.05635mm。

5.1.4 下铰链的应力云图和位移云图 从应力云图和位移云图上可以看出，在10KG门体自重的情况下，下铰链的最大应力为150.5MPa，最大变形量为0.05636mm。

5.2 结果分析

5.2.1 铰链强度分析 根据分析结果可知，四个铰链应力最大的是下铰链，应力大小为150.5MPa，而热轧钢板的屈服强度265MPa，抗拉强度428MPa，故能满足强度要求。

5.2.2 铰链刚度分析 根据分析结果可知，四个铰链变形量最大的是下铰链，变形量大小为0.05646mm，变形量小于0.1mm，故能满足刚度要求。

6 结论

①通过Abaqus/Standard静力分析方法可以看出，可以有效分析冰箱铰链在门体自重情况下的应力分布和位移分布情况，后期的试验验证了分析结果的可靠性，这对门铰链的结构设计有一定的指导意义。②Abaqus软件可以很好的实现客户的要求，使用Abaqus软件通过仿真的方法可以对设计方案进行优化和指引。

参考文献：

[1]石亦平，周玉蓉.Abaqus有限元分析实例详解.机械工业出版社，2006.

[2]2010年度中国地区用户论文集.

[3]尹劲石.一种用于冰箱的铰接组件[P].中国专利：CN101568784，2009-10-28.