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최근 경량 자전거에 대한 요구가 지속적으로 증가함에 따라 탄소섬유 복합재료가 자전거 프레임 및 부품 제작에 널리 활용되고 있다. 복합재료는 일반적인 등방성 재료와는 달리 적층판의 방향과 순서에 따라 그 구조적인 특성이 변화하기 때문에 복합재료 자전거의 디자인을 검증하기 위해서는 구조 해석을 수행하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 CFRP 소재를 적용하여 자전거 프레임을 설계하였고, 유한요소해석을 통하여 그 구조적 성능을 분석하였다. 다양한 적층 순서와 하중조건 하에서 섬유와 매트릭스의 파손지수를 측정함으로써 복합재의 적층 조건이 자전거의 구조 강도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 취약 부분은 추가적인 복합재 적층판을 이용하여 보강함으로써 자전거 프레임의 구조적 안전성을 확보할 수 있었다.

With the continuing demand for lightweight bicycles, carbon fiber composite materials have been widely used in manufacturing bicycle frames and components. Unlike general isotropic materials, the structural characteristics of composite materials are strongly influenced by the staking directions and sequences of composite laminates. Thus, to verify the design process of bicycles manufactured using composites, structural analysis is considered essential. In this study, a carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) bicycle frame was designed and its structural behavior was investigated using finite element analysis (FEA). By measuring the failure indices of the fiber and matrix under various stacking sequences and loading conditions, the effect of the stacking condition of composite laminates on the strength of the bicycle structure was examined. In addition, the structural safety of the bicycle frame can be enhanced by reinforcing weak regions prone to failure using additional composite laminates.

권호기사

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자동차 냉각기 호스용 EPDM 고무의 전기화학적 복합노화시험 및 고장메커니즘 곽승범, 최낙삼, 신세문 pp.1-8

관형 열교환기의 기계적 건전성 확보를 위한 유체-고체 연성해석과 브레이징 접합부의 국부적 물성분포 분석 강석훈, 박상후, 민준기, 정호승, 손창민, 하만영, 조종래, 김현준 pp.9-16

지하철 전동차 비정상 충격 방지를 위한 횡댐퍼에 관한 연구 신유정, 유원희, 박준혁, 허현무, 전주연 pp.17-23

수정된 스카이훅 제어기를 적용한 회전형 현가장치 차량의 차체진동 저감 정사무엘, 유완석 pp.25-30

복합재 압력용기의 스커트 치수 최적화 설계 연구 김준환, 신광복, 황태경 pp.31-37

사출압축성형을 적용한 고해상도 폰 카메라용 플라스틱 렌즈 개발 이호상, 전원택, 김성우 pp.39-46

수압시험 및 정상운전 하중을 고려한 원자로 배관 이종금속 맞대기 용접부 응력부식균열 성장 해석 이휘승, 허남수, 이승건, 박흥배, 이성호 pp.47-54

컴파운더 보우 지레 시스템의 기구학적 해석 이용성, 김홍석, 정성균, 최웅재, 김영근, 박경래, 신기훈 pp.55-60

레이저 적층조형을 이용한 P21 툴 스틸과 Cu 간 기능성 경사 복합재의 제작 정종설, 신기훈 pp.61-66

슬롯밀링시험을 이용한 높은 변형률 속도 조건하에서 Zircaloy-4의 유동응력 결정 황지훈, 김낙수, 이형일, 김동철 pp.67-75

미립 물질 제거를 위한 소형 사이클론 분리기의 이론적 연구 및 실험적 검증 고한결, 김홍석 pp.77-82

양단고정 단부구속에 따른 H 형 강재기둥의 좌굴 후 잔존내력 평가 아베베 다니엘 예쉬와웍, 최재혁, 김진향 pp.83-88

2 자유도 병렬형 매니퓰레이터의 지역 성능지수에 관한 연구 이종규, 양승한, 이상룡, 이춘영 pp.89-95

5 축 동시 구동을 통한 볼바 측정용 원추형 경로 생성 방법 이동목, 이재창, 양승한 pp.97-103

공작기계용 40,000rpm 고속주축의 정·동적 해석과 최적설계에 관한 연구 김동현, 이춘만, 최현진 pp.105-111

휴대폰 외장부품 제조기술 공유를 위한 웹기반 플랫폼 개발 정태성, 윤길상, 허영무, 이효수, 강문진 pp.113-119

유한요소해석을 이용한 CFRP 자전거 프레임의 설계 및 성능 평가 이용성, 신기훈, 정성균, 최웅재, 김영근, 박경래, 김홍석 pp.121-127

반응표면법을 이용한 커튼 에어백 시스템의 최적설계 윤용원, 박경진 pp.129-135

참고문헌 (8건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

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번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 The use of wrought magnesium in bicycles 네이버 미소장
2 Cicero, S., Lacalle, R., Cicero, R., Fernandez, D. and Mendez, D., 2011, "Analysis of The Cracking Causes in An Aluminium Alloy Bike Frame," Engeening Failure Analysis, Vol. 18, pp. 36~46. 미소장
3 A Study on Improving the Fatigue Life for a Woven Glass Fabric/Epoxy Laminate Composite Applied to Railway Vehicles 소장
4 Analysis of Characteristics of CFRP Composites Exposed Under High-Temperature and High-Humidity Environment for a Long Period 소장
5 Composite monocoque frame for a mountain bicycle: Testing and calculation 네이버 미소장
6 Lizotte, P. L., 1996, "Stress Analysis and Fabrication of Composite Monocoque Bicycle Frames," M.S. Thesis, McGill University. 미소장
7 Fiber direction and stacking sequence design for bicycle frame made of carbon/epoxy composite laminate 네이버 미소장
8 Failure Criteria for Unidirectional Fiber Composites 네이버 미소장

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