Finite element analysis was performed for a split-type CFRP bicycle frame, which was designed to apply a compression molding process with carbon fiber prepreg for a conventional bicycle. An epoxy adhesive material for joining the frames was selected by the extent of stress at joint interfaces. The split-type bicycle frame was then formed and its weak parts examined by the boundary conditions according to reliability tests. The results verified the reliability of the bicycle frame after modification of these weak parts. The finished product was manufactured by using this developed split-type bicycle frame.
기존의 자전거 도로에 대한 연구는 대부분 자전거 도로의 신설을 통하여 활성화하기 위한 연구가 대부분이었다. 그러나 점차 자전거 도로의 이용자가 증대됨에 따라 녹색 교통수단으로서의 자전거 이용을 활성화하기 위해서는 저탄소 녹색성장 기반의 서비스가 필요한 실정이 되었다. 기존의 자전거 이용정보의 분석은 주로 운동량에 기반하고 있어 사용자의 다양한 요구사항을 수용하고 있지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 자전거를 이용함으로서 절감할 수 있는 이산화탄소, 유류비, 지구온난화 처리비용 등을 계산할 수 있는 방법을 제안하였다. 이를 위해 GPX(GPS eXchange Format) 파일형태로 제공되는 자전거 이용정보를 구글어스 기반의 3차원 환경에서 디스플레이하고 저탄소 녹색성장 기반의 서비스를 할 수 있는 프로그램을 구현하였다. 개발된 응용프로그램은 기존의 상업용 소프트웨어와 비교하였다. 본 연구를 통해서 자전거 이용자 측면에서 저탄소 녹색성장을 실천할 수 있는 서비스를 개발하였으며 스마트폰과 같은 단말기에도 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
The notion of leisure has changed with industrial development and improvement in life quality. Bicycling is a healthy sport; it is an exercise performed while enjoying nature. There have been many changes in the materials that are used to manufacture the bicycle frame. Iron and aluminum have been mainly used in bicycle frames. However, carbon-based materials are lighter and stronger than metal frames. The bicycles made of carbon composite changes frame rigidity depending on the direction of the carbon sheet sacking angle. We study the direction of composite material and how they affect the stiffness of frames based on the stacking angle.
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.
The pipe of CFRP for bicycle frame is designed and made for light weight of bicycle and then its suitability to bicycle frame is verified by comparing the other material i.e. steel, Cr-Mo steel, Al alloy pipe for bicycle frame. The pipe of CFRP is laminated to [0/$\pm$45]$_T$ and made by tape winding method and then its degree of light weight is evaluated by comparing the other pipes which is made by steel etc.
A bicycle is one of the most popular sporting goods in view of a sport activity and a human health. Metallic materials such as steel, aluminum, etc. were mainly used to the bicycle fork in the past. Nowadays, the carbon fiber reinforced composite materials are widely used to the manufacturing of a bicycle fork to reduce the weight and to increase the efficiency. Safety is a most important design parameter of a bicycle fork even if the weight and cost reduction are important. Bicycle failure may happen at the critical spot of a bicycle fork and cause the accident. In this paper, the composite bicycle fork will be analyzed to secure the safety and detect a critical spot by using the finite element method with Tsai-Wu failure criterion. The stress data were obtained for the laminated composites with various number of plies and fiber orientation under the bending load. Thus, design concept of a bicycle fork was proposed to secure the safety of a bicycle. The finite element analysis results show that the connection area between a steer tube and a fork blade is critical spot, and 75 or more layers of 0 degree are needed to secure the safety of a bicycle fork.
As the industry develops and quality of life increases, the concept of leisure is also changing. Bicycling is a healthy sport for exercising while enjoying nature, facilitating the enjoyment of a healthy life. As a result, the awareness surrounding bicycles has increased, and so has the interest in lighter and more luxurious carbon bikes. The number of domestic companies producing carbon bicycles frames is nil. In this study, we analyze the frames of existing foreign brands and analyze the deformation and stress concentration area according to the load of the frame, using the finite element analysis. In addition, we set up the range of stiffness based on the content of the structural analysis, to localize the carbon bicycle frame and famous foreign products, and compare the prototype with the stiffness by using bicycle molds for track races.
서비스디자인 방법론을 통해 사용 편의성에 중점을 둔 신개념의 모듈형 자전거 액세서리를 탄소 소재를 이용하여 개발하였다. 기존의 탄소 재질을 사용할 경우 자전거 주행 중 충격에 견디지 못하거나, 파손 현상이 발생하였으며, 이러한 문제점을 해결하고자 새로운 소재(S Foam Core 소재)를 적용 하였다. 기존 탄소 재질과 S Foam Core 소재의 강도, 뒤틀림 강도, 충격흡수 및 진동감쇄 측정을 하였고, S Foam Core가 적용된 제품이 기존 탄소 소재 보다 더 우수한 결과를 얻었다. 본 연구에서는 S Foam Core 소재로 프로토 타입을 제작하여, 자체 실험을 통해 검증하였고, 이를 보고하고자 한다.
이산화탄소는 지구 온난화를 가속화시키는 주요 원인이며 몇몇 국가에서는 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 노력으로 가까운 목적지로 이동할 때 자동차 대신에 자전거를 이용할 것을 권장하는 정책들을 내놓고 있다. 본 논문에서는 자전거 운행 거리를 측정하여 이산화탄소 배출량이 얼마나 감소하였는지 확인할 수 있는 장치를 개발하고 데이터베이스 서버에서 관리할 수 있는 시스템을 개발하였다. 개발된 어플리케이션은 스마트 디바이스에서 수신한 데이터를 가공하여 이용자별 자전거 주행거리, 탄소 배출 저감량, GPS를 이용한 자전거 운행경로, 일일 은행나무 심은 수를 자전거 이용자들이 확인할 수 있도록 제공하고 있다. 제안한 시스템을 적용한 자전거를 이용하는 사람에게 운행거리에 따라 소액지급이나 세금 감면과 같은 방법으로 보상하는 방안을 마련한다면 자전거의 이용률을 높여 이산화탄소 배출 저감에 도움이 될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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