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복합재료는 비강도(specific strength) 및 비강성(specific stiffness) 특성이 우수하여 우주선, 항공기 분야에 널리 사용되고 있다. 복합재료의 생산량이 대량화됨에 따라서 자동차, 철도차량, 건축, 토목공학 등의 분야에도 널리 이용되고 있다. 특히 우리가 접할 수 있는 대부분의 스포츠용품 분야에 탄소섬유 복합재료와 같은 신소재가 널리 이용되고 있다. 최근 들어 자전거는 이동의 수단으로서 뿐만 아니라 건강을 위한 스포츠용품으로서 널리 보급되고 있다. 지금까지 대부분의 자전거는 금속재료로 만들어졌으나, 요즈음에는 일반인들도 복합재료로 만든 자전거를 이용하기 시작하면서 그 시장이 크게 확대되고 있다. 본 연구에서는 ...

복합재료는 비강도(specific strength) 및 비강성(specific stiffness) 특성이 우수하여 우주선, 항공기 분야에 널리 사용되고 있다. 복합재료의 생산량이 대량화됨에 따라서 자동차, 철도차량, 건축, 토목공학 등의 분야에도 널리 이용되고 있다. 특히 우리가 접할 수 있는 대부분의 스포츠용품 분야에 탄소섬유 복합재료와 같은 신소재가 널리 이용되고 있다. 최근 들어 자전거는 이동의 수단으로서 뿐만 아니라 건강을 위한 스포츠용품으로서 널리 보급되고 있다. 지금까지 대부분의 자전거는 금속재료로 만들어졌으나, 요즈음에는 일반인들도 복합재료로 만든 자전거를 이용하기 시작하면서 그 시장이 크게 확대되고 있다. 본 연구에서는 하이브리드 복합재료를 사용하여 변형두께를 갖는 판형 자전거 체인스테이를 설계 및 제작함으로서 자전거 프레임을 경량화하고자 한다. 설계된 판형 자전거 체인스테이는 기존의 체인스테이와 쇽업소버의 기능을 동시에 갖도록 함으로서 자전거 구조의 단순화, 생산비 절감 및 경량화를 꾀하고자 한다. 자전거 체인스테이에 사용한 재료는 탄소섬유복합재료, 폼 및 베이클라이트이며, Hashin failure criteria의 안전 파손지수 개념을 적용하여 설계하였다. 설계된 자전거 체인스테이는 오토클래이브를 사용하여 제작하였으며, 일반 자전거의 시험규격인 EN14764를 적용하여 내구시험을 수행하였다. 파손지수 개념과 유한요소해석을 적용함으로서 자전거 체인스테이의 적층구조는 탄소섬유복합재료 8층, 폼 2mm, 자전거 체인스테이 중간 얇은 부분의 길이는 155mm로 설계되었다. 변형두께를 갖는 판형 자전거 체인스테이를 설계하여 기존의 체인스테이와 쇽업소바를 대체함으로서 자전거 프레임을 최대 약30% 경량화 하였다. 제작된 자전거 체인스테이에 일반 자전거 시험규격인 EN14764를 적용하여 내구시험을 수행한 결과 125,000회 이상에서도 파손되지 않아 EN규격을 만족하였다.