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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김홍건
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 전주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수25
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섬유강화 복합재료는 금속재료보다 비강도 비강성이 높아 경량화가 요구되어지는 항공우주산업과 같은 특수 산업에 널리 사용되고 있으나 최근에는 카본섬유 대량생산에 의한 가격인하로 자동차, 철도차량, 건축구조물과 같은 다양한 산업분야에 사용량이 늘어나고 있는 추세이다. 주5일 근무제와 소득증가로 인해 다양한 스포츠 활동이 활발해지므로 스포츠 용품에 대한 관심도 높아지고 있으며, 특히 자전거는 이동수단 뿐만 아니라 스포츠 용품으로 그 수요가 증가되는 추세에서 특히 코로나19와 같은 비대면 시대의 스포츠로서 자전거의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 스포츠 용품에 사용되어지는 장섬유 카본섬유강화 복합재료는 구조적인 특성상 섬유배열에 따른 다른 재료 물성을 나타내고 있기 때문에 복합재료 제품 개발에 있어서 섬유방향에 따른 강도를 예측하는 것이 매우 중요하다.
본 연구에서는 기록경기인 트랙용 프레임 제작 시 소재적층 패턴에 따른 프레임의 강성에 관한 기초연구를 위한 것으로 연구는 우선 러그(Lug)형태로 조립가능한 자전거 프레임을 제작하여 강성에 영향을 주는 주요 부위인 탑 튜브, 다운 튜브 그리고 시트 튜브를 카본섬유 적층 방향(0도/30도/45도/90도)에 따라 각각 파이프를 제작하고 제작된 파이프로 프레임 조립을 완성하여 섬유 적층방향에 따른 프레임의 비비강성과 비틀림 강성변화에 관한 연구를 수행하였다. 이와 같은 프레임 강성연구를 기반으로 소재적층 패턴을 적용하여 실제 선수가 탈 수 있는 트랙용 프레임을 강성별 3가지 종류를 제작하였으며, 실험대상은 현재 실업팀에서 활약하고 두 명의 선수를 대상으로 테스트 실험을 진행하였다. 우선 선수의 최대근력을 측정한 후 프레임 강성별 최대속도를 측정하여 프레임 강성과 선수의 최대근력의 상관관계에 관한 연구를 수행하였다.
본 연구를 통해 일방향 프리프레그의 섬유적층 각도에 따른 자전거 프레임의 비비 강성과 비틀림 강성 변화에 미치는 영향과 프레임 강성에 변화에 따른 선수의 최대파워와 최대출력의 관계와 같은 연구를 통해 프레임 제조부분과 더 나아가 트랙 경기와 같은 기록경기에서 0.01초라도 앞당길 수 있도록 선수의 프레임 선택의 기초 자료로 이용될 수 있기를 기대한다.
본 연구에서는 기록경기인 트랙용 프레임 제작 시 소재적층 패턴에 따른 프레임의 강성에 관한 기초연구를 위한 것으로 연구는 우선 러그(Lug)형태로 조립가능한 자전거 프레임을 제작하여 강성에 영향을 주는 주요 부위인 탑 튜브, 다운 튜브 그리고 시트 튜브를 카본섬유 적층 방향(0도/30도/45도/90도)에 따라 각각 파이프를 제작하고 제작된 파이프로 프레임 조립을 완성하여 섬유 적층방향에 따른 프레임의 비비강성과 비틀림 강성변화에 관한 연구를 수행하였다. 이와 같은 프레임 강성연구를 기반으로 소재적층 패턴을 적용하여 실제 선수가 탈 수 있는 트랙용 프레임을 강성별 3가지 종류를 제작하였으며, 실험대상은 현재 실업팀에서 활약하고 두 명의 선수를 대상으로 테스트 실험을 진행하였다. 우선 선수의 최대근력을 측정한 후 프레임 강성별 최대속도를 측정하여 프레임 강성과 선수의 최대근력의 상관관계에 관한 연구를 수행하였다.
본 연구를 통해 일방향 프리프레그의 섬유적층 각도에 따른 자전거 프레임의 비비 강성과 비틀림 강성 변화에 미치는 영향과 프레임 강성에 변화에 따른 선수의 최대파워와 최대출력의 관계와 같은 연구를 통해 프레임 제조부분과 더 나아가 트랙 경기와 같은 기록경기에서 0.01초라도 앞당길 수 있도록 선수의 프레임 선택의 기초 자료로 이용될 수 있기를 기대한다.
목차
Contents ⅰList of Figures ivList of Tables viiSymbol Description ix國 文 要 約 x제 1 장 서 론 11.1 연구배경 11.2 최근의 기술 동향 91.3 연구내용 및 방법 131.3.1 카본 프리프레그 물성특성 연구 131.3.2 Lug Type 프레임 제작 연구 131.3.3 적층 패턴별 프레임용 파이프 제작 141.3.4 파이프 패턴별 프레임 강성 시험 151.3.5 트랙용 프레임 하중 조건 및 구조 해석 171.3.6 트랙용 프레임 제작 및 강성별 최대 스피드측정 시험 181.4 연구목표 19제 2 장 재료의 기계적 특성 연구 202.1 재료의 기계적 특성 평가 202.1.1 카본 프리프레그 물성 평가 202.1.2 시편제작 202.1.3 인장강도 물성 평가-0° 232.1.4 인장강도 물성 평가-90° 252.1.5 압축강도 물성 평가-0° 272.1.6 굴곡강도 물성 평가-0° 292.1.7 In-Plane Shear 물성 평가 312.1.8 전단시험 물성 평가 33제 3 장 Lug 형태의 프레임 설계 353.1 Lug형 프레임 지오메트리 연구 353.2 Lug형 프레임 설계 37제 4 장 Lug형 프레임 파이프 제작 394.1 Lug형 프레임 파이프 적층 패턴 연구 394.2 Lug형 프레임 파이프 제작 연구 424.3 Lug형 프레임 제작 연구 444.4 Lug형 프레임 강성 측정 46제 5 장 트랙용 프레임 구조해석 545.1 트랙용 프레임 BB 페달링 강성 구조해석 555.2 트랙용 프레임 비틀림 강성 구조해석 60제 6 장 트랙용 프레임 제작 및 강성 측정 626.1 트랙용 프레임 제작 연구 626.2 트랙용 프레임 BB강성 측정 656.3 테스트 선수 최대출력 측정 676.4 프레임 강성별 최대스피드 및 최대파워 측정 696.5 프레임 강성별 최대스피드 및 최대파워 분석 72제 7 장 결론 78Reference 81Abstract 86감사의 글 88
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