The strength design for the lightweight bicycle wheel made of the Carbon/Epoxy composite laminates has been discussed in this paper. For bicycle wheel design, lightness of the wheel is important. Also, it has to satisfy the required strength under specific loading cases. Two testing methods for the bicycle wheel, i.e. vertical and complex loadings, are adopted in this study. Because the strengths of composite wheel is different in relation to the stacking sequence and the number of plies, it is important to decide an appropriate stacking sequence and number of layers for the composite wheel. From the finite element analysis results, the most stable sequence orientation and number of layers are determined. The stacking sequence $[0]_{8n}$, $[90]_{8n}$, $[0/90]_{2ns}$, $[{\pm}45]_{2ns}$, $[0/{\pm}45/90]_{ns}$ (n=1,2,3,4)are performed for finite element analysis. From results, $[0/{\pm}45/90]_{3s}$ lay-up is a good selection for the composite bicycle wheel. Also, the weakest point and layer are found in this study.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.4
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pp.34-47
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2000
Since carbon fiber epoxy composite materials have excellent properties for structures due to their high specific strength, high specific modulus, high damping and low thermal expansion, the hollow shafts made of carbon fiber epoxy composites have been widely used for power transmission shafts for motor vehicles , spindles of machine tools, motor base, bearing mount for tool up and manufacturing. The molded composite machine elements are not usually accurate enough for mechanical machine elements, which require turning drilling , cutting and grinding. The experiment are surface grinding wheel GC60 to the carbon fiber epoxy composite specimen with respect to staking angle [0]nT , [45]nT, [90]nT on the CNC grinding machine. In this paper, the surface grinding characteristics of composite plate, which are surveyed experimentally and analytically with respect to the grinding force, surface roughness and wheel loading according to the variable depth of cut, wheel velocity and table feed rate are investigated.
In this paper, a carbon fiber/epoxy composite-aluminum hybrid wheel for passenger cars was suggested for better performance and a prototype was fabricated and tested. Adhesive bonding between aluminum part and a composite rim part was used, and the bonding length and thickness were determined by finite element analysis. For self alignment and the function of bonding jig the special structure with a groove and a protrusion was applied. To evaluate the performance of the hybrid wheel various FE analyses were carried out. Inner and outer molds were prepared for the composite rim part and the thermoformed composite part was bonded to the aluminum part. Vibration tests revealed that the hybrid wheel had 16% higher resonance frequency and 32% higher damping capacity with 10% weight reduction.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.3
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pp.219-226
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2005
In this study, the problem formulation and solution technique using genetic algorithms for design optimization of laminate composite cylindrical beam section are presented. The hollow cylindrical beams we usually used in the wheel chair. If the weight of wheel chair is reduced, it will lead to huge improvement in passenger's mobility and comfort. In this context, the replacement of steel by high performance and light weight composite material along with optimal design will be a good contribution in the process of weight reduction of a wheel chair. An artificial genetics approach for the design optimization of hollow cylindrical composite beam is presented. On applying the genetic algorithm, the optimal dimensions of hollow cylindrical composite beams which have equivalent rigidities to those of corresponding hollow cylindrical steel beams are obtained. Also structural analysis is conducted on the entire wheel chair structure incorporating Tsai-Wu failure criteria. The maximum Tsai-Wu failure criteria index is $0.192\times10^{-3}$ which is moth less than value of 1.00 indicating no failure is observed under excessive loading condition. It is found that the substitution of steel by composite material could reduce the weight of wheel chair up to 45%.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.3
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pp.30-37
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2017
When a wheel profile of a train-tram is designed, both train and tram tracks should be considered. This study designed a wheel profile that enables high-speed driving(200km/h) on the train track and low speed driving on the tram track with multiple sharp curves. The study used the approximation optimization method to reduce cost and time, used the sequential quadratic programming method as the optimized algorithm, and the central composite design and response surface method as an approximate model. The optimized wheel shape based on this approximation optimization method reduced wear of the initial wheel showed a better performance in terms of derailment and lateral force.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.3
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pp.302-307
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2015
The automobile is an important means of transportation. For this reason, the automotive wheel is also an important component in the automotive industry because it acts as a load support and is closely related to safety. Thus, the wheel design is a very important safety aspect. In this paper, an optimal design for minimizing automotive wheel stress and increasing wheel safety is described. To study the optimal design, a central composite design (CCD) and D-optimal design theory are applied, and the approximate function using the response surface method (RSM) is generated. The optimal solutions using the non-dominant sorting genetic algorithm (NSGA-II) are then derived. Comparing CCD and D-optimal solution accuracy and verified the CCD can deduce more accuracy optimal solutions.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.49-52
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1999
Substituting composite structures for conventional metallic structures has many advantages because of higher specific stiffness and specific strength of composite materials. In this work, one-piece propeller shafts composed of carbon/epoxy composite and glass/epoxy one were designed and manufactured for a rear wheel drive automobile, which uses generally a steel two-piece propeller shaft. From the tests of the composite propeller shafts, it was found that the propeller shafts satisfied requirements of static torque transmission capability, torsional buckling capability and the first natural bending frequency and had 40% weight saving effect compared with steel propeller shaft.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.1
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pp.47-52
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2013
In order to operate a search and rescue robot in hazardous area, the robot requires high mobility and adaptable locomotion for moving in unpredictable environments. In this paper, we propose the deformable soft wheel robot that can produce three kinds of driving modes; caterpillar driving mode, normal wheel driving mode, legged-wheel driving mode. The robot changes its driving mode as it faces the various obstacles such as a small gap, stairs etc. Soft film and composite materials are used for fabrication of deformable wheel structure and Shape Memory Alloy (SMA) coil spring actuators are attached on the structure as an artificial muscle. Film lamination and an composite manufacturing process is introduced and the robot design is required to be modified and compromised to applying the manufacturing process. The prototype is developed and tested for verifying feasibility of the deformable wheel locomotion.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.38-41
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2006
Wheel load fatigue experiment is carried out on a FRP-concrete composite deck. In FRP-concrete composite deck, FRP plays a role of a main tensile member as well as a permanent formwork and concrete plays a role of a main compressive member. Wheel load fatigue experiment, which shows more realistic behavior than pulsating fatigue experiment, is selected as a fatigue performance evaluation method. Until 1,000,000 cycles of loadings, load resistant performance is maintained without any loss, while residual deflection is increased.
The noise from the elevated lines of rail transit has become a growing problem. This paper presents a new method for the rapid prediction of the structure-borne noise from steel or composite bridges, based on the receptance and Statistical Energy Analysis (SEA), which is essential to the study of the generation mechanism and the design of a low-noise bridge. First, the vertical track-bridge coupled vibration equations in the frequency domain are constructed by simplifying the rail and the bridge as an infinite Timoshenko beam and a finite Euler-Bernoulli beam respectively. Second, all wheel/rail forces acting upon the track are computed by taking a moving wheel-rail roughness spectrum as the excitation to the train-track-bridge system. The displacements of rail and bridge are obtained by substituting wheel/rail forces into the track-bridge coupled vibration equations, and all spring forces on the bridge are calculated by multiplying the stiffness by the deformation of each spring. Then, the input power to the bridge in the SEA model is derived from spring forces and the bridge receptance. The vibration response of the bridge is derived from the solution to the power balance equations of the bridge, and then the structure-borne noise from the bridge is obtained. Finally, a tri-span continuous steel-concrete composite bridge is taken as a numerical example, and the theoretical calculations in terms of the vibration and noise induced by a passing train agree well with the field measurements, verifying the method. The influence of various factors on wheel/rail and spring forces is investigated to simplify the train-track-bridge interaction calculation for predicting the vibration and noise from steel or composite bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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