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문제 정의
- 본 연구에서는 산악용 자전거 프레임의 내구성을 평가하고자 유한요소해석으로 자전거 프레임의 응력해석결과를 통하여 분석하였다. 구조해석 결과에 대하여 프레임의 피로내구성을 판정하기 위해서는 페달력 피로시험의 경우 하중을 100,000회 가한 후, 수직 및 수평하중 피로시험의 경우 하중을 50,000회 가한 후에 균열의 발생 여부로 결정하므로 Al-6061 합금 용접부의 50,000~100,000회에 대한 수명선도를 이용하였다.
- 본 연구에서는 현재 시중에서 많이 사용되는 MTB 프레임의 피로내구성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 MTB 프레임에 대하여 페달링 하중, 수직하중, 수평하중에 대한 피로내구성 평가를 유한요소해석을 수행하고자 한다.
- 한편 MTB 프레임의 피로 수명 선도를 바탕으로 구조 해석 결과와 비교분석하여 본 MTB 프레임의 피로 내구성을 평가하였다. 이를 통하여 자전거 산업의 핵심 요소인 프레임의 내구성을 평가하여 국내 자전거 프레임의 최적설계를 위한 기초자료로서 제시하고자 한다.
가설 설정
- 그림의 중앙 하단에 위치한 프레임 바텀 브라켓(bottom bracket)은 리어엔드와 같이 y축 방향의 모멘트를 제외한 모든 방향이 구속하도록 하였다. 수평하중은 그림의 왼쪽 끝 상단에 위치한 헤드튜브(head tube)에 더미포크(dummy fork)에 해당하는 강체요소를 구성하여 가하였다. 더미포크 길이는 산악용 프레임이므로 450 mm로 하였다.
- 실제 피로실험과 유사하게 헤드 튜브에 연결된 지지대를 표현하여 이를 모든 방향으로 완전히 구속하였다. 페달링 하중은 그림의 중앙 하단에 위치한 크랭크 중심으로부터 150 mm 떨어진 위치에 가하였다. Fig.
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