• 한국융합학회논문지
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• 제9권11호
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• pp.271-276
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• 2018

자전거를 타는 운전자가 자전거를 탑승하게 되면 그 프레임에 실리게 되는 위치에 따라서 운전자의 하중이 다르게 나타난다. 자전거 프레임의 접합 부분에서 가장 많은 하중이 작용하게 되며, 프레임의 중간 부분에서 다른 부분 보다 하중이 적게 작용하게 된다. 그래서 자전거 하중이 많이 작용하지 않는 부분을 두께를 얇게 제작함으로서 프레임의 무게를 줄이고, 하중이 크게 작용하는 부분에는 두껍게 제작하여 하중을 잘 버틸수 있게 한다. CATIA 프로그램을 사용하여 일반 프레임, 더블 버티드, 트리플 버티드의 형상으로 모델링하였고, 구조해석 및 피로해석을 진행하여 탑승자의 하중에 의해 각각의 모델의 내구성을 검토하였다. ANSYS 해석 프로그램을 사용하여 확인하여 본 연구 결과로는 일반 프레임의 변형이 가장 많이 일어났고, 트리플 버티드의 변형이 가장 적었다. 이러한 시뮬레이션 해석 데이터를 사용하여 실제 자전거 프레임을 설계 및 제작 시에 가장 효율적인 방법으로 설계할 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권1호
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• pp.121-127
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• 2013

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.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권2호
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• pp.147-156
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• 2016

본 연구에서는 자전거의 경량화를 위해 탄소섬유 복합재료, 유리섬유 복합재료, 케블라섬유 복합재료를 자전거 프레임의 재료로 사용하여 강도 설계 및 최적화를 수행하고 재료 성능을 비교하였다. 이를 위해 유럽표준위원회가 제시하는 자전거 안전사항을 기준으로 복합재료가 가진 이방적 특성을 활용하여 적층각 최적화와 두께 최적화를 수행하였다. 또한, 최적화된 무게, 복합재료의 강도와 비용을 바탕으로 Digital logic 방법으로 재료별 자전거 프레임의 성능을 비교하였으며 이를 통해 섬유강화복합재료를 사용한 자전거 프레임의 구조적 안정성을 확보하며 동시에 경량화를 수행할 수 있었고, 자전거 프레임에 적합한 복합재료를 선별할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권9호
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• pp.1077-1082
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• 2013

경기력 향상을 위한 자전거 프레임을 제작하기 위하여 주행 시 자전거 프레임에 발생하는 항력을 고려한 공기역학적 설계가 필요하다. 이를 위해 국제 사이클연맹 규격에 맞추어 초기 프레임을 설계 및 제작을 하였고 프레임에 발생하는 항력을 정량적 척도로 판단하기 위하여 항력계수를 이용하였다. 자전거 프레임의 공기저항을 최소화하기 위해 프레임 단면의 파라미터 설계를 실시하여 최적의 프레임의 형상을 도출하였다. 또한 자전거 프레임은 주행 시 선수에 의한 하중을 견딜 수 있어야 한다. 구조적인 측면에서 안정성을 갖춘 프레임을 제작하기 위하여 국제 사이클 연맹규격에서 제시하는 하중조건을 근거로 프레임의 강성을 평가하였고 이를 통해 선수용 자전거 프레임을 개발하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.1011-1015
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• 2013

최근 친환경 이동수단으로 자전거 수요가 증가하고 있으나, 국내 생산기반은 전무한 실정이다. 본 연구에서는 경량 마그네슘 소재로 대중교통기관과 연계가능한 신개념 자전거로 제안된 모델에 대해 수평프레임과 수직프레임 설계 해석을 수행하였다. 연구결과, 주조용 마그네슘 합금을 사용하는 도심형 자전거의 주요 프레임에 대한 구조해석을 실시하여 150kg 수직하중시 최대응력이 70 MPa이하를 나타내는 설계기술을 확보하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제27권4호
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• pp.178-185
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• 2017

탄소섬유가 차세대 자전거 프레임의 소재로 자리잡아감에 따라 각 제조사별로 탄소섬유 프레임 개발을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 현재도 탄소섬유의 강성, 내구성, 충격흡수, 경량화, 강도를 중시하며 개발되고 있다. 또한 탄소섬유 자전거모델은 고가 제품으로써, 이에 맞는 개성적이고 차별화된 디자인 컨셉의 제품이 필요하며, 기본적으로 요구되는 구조 역학적 프레임의 개발이 중요하고, 안전성과 조형성이 뛰어난 제품개발과 무엇보다도 자기만의 아이덴티티(Identity)가 필요하다. 본 연구에서는 소비자 요구의 조사연구와 이미지 분석의 과정을 통해 개성적이고 통일된 이미지를 도출하였고, 본 디자인 개발에서는 최근 수요가 급증하고 있는 로드형 자전거를 타켓으로 잡아 탄소섬유를 소재로 한 자전거 프레임 디자인을 개발하고 제안하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.45-52
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• 2016

자전거의 안장 지주에 영구자석의 척력을 이용하여 완충장치를 설치하고자 자기 해석용 상용프로그램을 이용하였다. 유한요소법으로 구한 해석치를 실험치와 비교하여 유한요소 해석치의 신뢰성을 확보하였다. 그 후에 3 자유도계의 자전거 동역학 모델을 완성하고 자석의 크기에 상응하는 등가 스프링 강성값을 모델에 이식하였다. 자전거의 동역학 모델에서 전륜과 후륜은 주행면의 비평탄도에 의한 입력을 부담하도록 하였다. 전륜과 후륜이 독립적으로, 또는 동시에 반삼각 범프(half-triangular bump)와 정현파 굴곡로(sinusoidal road)를 통과할 때의 동적 거동을 살펴보았다. 운전자와 프레임의 수직거동, 주행방향의 피칭 거동을 관찰하였으며 자전거의 완충 시스템을 보다 구체화할 수 있는 기반을 마련하였다.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.358-362
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• 2016

원추형 복합재 튜브는 우주 항공, 비행체, 잠수함 등 큰 구조물뿐만 아니라 자전거 프레임, 낚시대, 골프채 등 레저용품에도 적용이 되면서 정적-동적 거동에서의 기계적 물성 예측의 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 일반적으로 원추형 복합재 튜브의 기계적 물성 예측은 진동, 굽힘, 좌굴에 관하여 많은 연구가 진행되었지만, 복합재료의 섬유 배향 각이 일정하다고 가정하고 기계적 거동을 분석한 것이 대부분이기 때문에 섬유 배향 각이 원추형 복합재 튜브 구조물의 기계적 물성에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 섬유 배향 각을 고려한 원추형 복합재료 튜브의 정적 거동에 따른 기계적 물성을 예측하기 위해 수식을 도출하고, 자전거 프레임에 적용하기 위한 다양한 설계 파라메터의 영향을 고찰하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제11권3호
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• pp.122-129
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• 2012

This study investigates structural and vibration analyses according to the thickness of bicycle frame tube. The model of bicycle frame has the dimension as length of 862mm, width of 100mm and hight of 402.5mm. There are 3 kinds of models with tubes of top, down and seat at bicycle frame as thicknesses of 10, 15 and 20mm. The maximum displacement and stress occur at the center part of seat stay and at the installation part of rear wheel respectively. Maximum displacements become 0.031936, 0.029159 and 0.027984mm in cases of thicknesses of 10, 15 and 20mm respectively. In case of thickness of 20mm among 3 cases, maximum displacement becomes lowest. But maximum stresses become 10.019, 8.5492 and 9.2511MPa in cases of thicknesses of 10, 15 and 20mm respectively. In case of thickness of 15mm among 3 cases, maximum stress becomes lowest. There is no resonance at practical driving conditions and natural frequency remains almost unchanged along the change of thickness. In case of the displacement due to vibration mode, the displacement difference at thickness between 15mm and 20mm becomes 1/2 times than that between 10mm and 15mm. Design at bicycle frame tube becomes most economical and durable effectively in case of thickness of 15mm among 3 cases.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.208-208
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• 2012

최근 환경문제가 많이 제기되면서 친환경적 운송수단인 자전거 개발과 관련하여 다양한 기술개발이 이루어지고 있다. 그 중 고부가가치의 서스펜션 포크의 프레임에 고기능성 표면처리로 Arc ion plating deposition system (AIPDS)을 이용하여 부식, 내마모 특성이 뛰어난 TiN 박막을 증착시켰다. AIPDS는 기존의 arc system과 달리 다원계 소재 코팅 공정조건 확립을 위하여 chamber wall에 2개의 rectangular type sputter source를 장착하고 소재의 pre-treatment 용 linear type ion source를 설치하였다. 장비의 Chamber 중앙에는 pipe형 arc cathode를 설치하였으며, 그 주위를 anode 역할을 하는 copper 코일로 감아 이는 발생한 arc를 target인 cathode 축을 중심으로 방향성을 가지고 회전하여 진행 할 수 있도록 유도 하였다. 이 시스템에서 증착된 TiN 박막은 bias 전압 변화에 따른 박막의 구조 및 물성을 평가하였다. XRD 장비를 통하여 TiN 박막의 상분석을 진행하였고, 마모테스터, 원자현미경, 마이크로 비커스 경도기 등을 이용하여 기계적 특성을 평가하였다.