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문제 정의
- 본 논문에서는 삼각대가 일체화된 셀카봉을의 개념을 제안 함으로써 기존의 문제를 해결하고자 한다. 삼각대 개념을 결합한 신개념 셀카봉 설계 및 검증 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 삼각대와 셀카봉의 일체화를 위한 3D 모델링 및 구조 해석을 수행하였다. 모델링 소프트웨어는 FreeCAD0.
가설 설정
- 구조해석상의 편의를 위해 거치대 부분을 생략하고 이에 해당하는 하중이 봉 부분의 끝에 직접 작용한다 가정하고 설계를 수행하였다.
제안 방법
- 본 논문에서는 삼각대가 일체화된 셀카봉을의 개념을 제안 함으로써 기존의 문제를 해결하고자 한다. 삼각대 개념을 결합한 신개념 셀카봉 설계 및 검증 연구를 수행하였다. 기본 설계를 수행하였으며, 오픈 소스 캐드 소프트웨어인 FreeCAD 를 사용하여 3D 형상을 모델링 하였다.
- 삼각대 개념을 결합한 신개념 셀카봉 설계 및 검증 연구를 수행하였다. 기본 설계를 수행하였으며, 오픈 소스 캐드 소프트웨어인 FreeCAD 를 사용하여 3D 형상을 모델링 하였다. 또한 기본적인 구조 해석을 수행하여 설계 결과를 검증하였다.
- 기본 설계를 수행하였으며, 오픈 소스 캐드 소프트웨어인 FreeCAD 를 사용하여 3D 형상을 모델링 하였다. 또한 기본적인 구조 해석을 수행하여 설계 결과를 검증하였다.
- 길이 결정을 위하여 사용자가 셀카봉을 쉽게 휴대할 수 있는 최적의 값을 선택하기 위하여 가방의 사이즈를 참고하였다. 일반적으로 여성이 많이 사용하는 가방 모델을 참조하여 평균 가로 사이즈를 구하였다.
- B. 셀카봉을 펼쳤을 때의 길이 : 최적 값을 구하기 위하여 일정 거리에서의 실제 촬영을 해보았다. 셀카봉의 기본 목적인 인물 사진이 배경대비 최적의 형상을 보일 때를 펼쳤을 때의 길이로 정하였다.
- 직접 실험을 통하여 배경과 인물의 조화가 최적이 되는 거리인 110 cm 를 얻어 내었다. 해당 값과 가장 유사한 값을 갖는 기존의 셀카봉 제품(라미 사의 D09, 아이플렉스 사의 모노포드, 디자인에버 사의 MONOPT ver.2)에서 사용중인 길이 109 cm 를 폈을 때의 길이로 정하였다.
- 일체형 셀카봉을 설계하기 위하여 기존의 셀카봉과 삼각대를 조사하였다. 셀카봉의 경우 길이를 조절하는 기능을 위한 구조적 장치를 중점으로 조사하였고, 삼각대의 경우 접음과 폄의 기능에 지배적인 조인트(Joint)에 중점을 두고 조사하였다.
- 일체형 셀카봉을 설계하기 위하여 기존의 셀카봉과 삼각대를 조사하였다. 셀카봉의 경우 길이를 조절하는 기능을 위한 구조적 장치를 중점으로 조사하였고, 삼각대의 경우 접음과 폄의 기능에 지배적인 조인트(Joint)에 중점을 두고 조사하였다. 셀카봉의 경우 마찰력을 이용하여 길이를 고정하는 방식을 택하였고, 삼각대의 경우 Hinge Joint 를 이용하여 접었다 펴는 방식을 택하였다.
- 셀카봉의 경우 마찰력을 이용하여 길이를 고정하는 방식을 택하였고, 삼각대의 경우 Hinge Joint 를 이용하여 접었다 펴는 방식을 택하였다. 기구학을 이용한 복잡한 힌지부를 설계할 경우 복잡한 형상으로 인한 비용적 측면에서의 비효율이 발생할 수 있기에 다음과 같은 형상을 채택하여 힌지부 내부에서 자중에 견딜 수 있게 설계하였다.
- 일체형 셀카봉의 3 차원 모델링을 수행하기 위하여 오픈 소스 소프트웨어 FreeCAD0.14 를 사용하여 크게 두 부분으로 나누어 모델링 하였다.
- 1 ] 와 같이 모두 하나의 파트로 모델링을 수행하였다. 또한 본 연구에서 제안하는 모델의 경우 3 가지 Type 으로 변환이 가능하므로[Fig. 3~5]와 같이 A: Compact Type, B: Selfie-Stick Type, C: Tri-Pod Type 의 3 가지 경우로 각각 모델링 하였다.
- 구조 해석을 수행하기 위하여 역학적 모델링을 수행하였다. 앞서 언급한 바와 같이 3 가지 경우로 나누어 역학적 모델링을 수행하였다.
- 구조 해석을 수행하기 위하여 역학적 모델링을 수행하였다. 앞서 언급한 바와 같이 3 가지 경우로 나누어 역학적 모델링을 수행하였다.
- B Type 의 경우 [Fig. 8]와 같이 자유물체도를 작성하고 작용하는 힘에 대한 굽힘응력과전단응력을 계산, Von Mises Stress 를 구해항복응력과 비교하였다. 또한 셀카봉의 길이를 조절 하는 경우 셀카봉 각단이 마찰력을 통하여그 길이가 유지되는 것을 전제로 하였으며, 이를 위해서는 셀카봉 바깥쪽 각 단의 끝부분의 직경이 안쪽의 각 단의 직경보다 약간 좁아서 마찰력을 유발 시킬 필요가 있게끔 설계하였다.
- 8]와 같이 자유물체도를 작성하고 작용하는 힘에 대한 굽힘응력과전단응력을 계산, Von Mises Stress 를 구해항복응력과 비교하였다. 또한 셀카봉의 길이를 조절 하는 경우 셀카봉 각단이 마찰력을 통하여그 길이가 유지되는 것을 전제로 하였으며, 이를 위해서는 셀카봉 바깥쪽 각 단의 끝부분의 직경이 안쪽의 각 단의 직경보다 약간 좁아서 마찰력을 유발 시킬 필요가 있게끔 설계하였다. 마찰력을 유발시키는 수직항력은 재료가 원래의 길이로 되돌아 오려는 탄성력을 바탕으로 하였으며, 그 길이는 계산을 통하여 구하였다.
- 또한 셀카봉의 길이를 조절 하는 경우 셀카봉 각단이 마찰력을 통하여그 길이가 유지되는 것을 전제로 하였으며, 이를 위해서는 셀카봉 바깥쪽 각 단의 끝부분의 직경이 안쪽의 각 단의 직경보다 약간 좁아서 마찰력을 유발 시킬 필요가 있게끔 설계하였다. 마찰력을 유발시키는 수직항력은 재료가 원래의 길이로 되돌아 오려는 탄성력을 바탕으로 하였으며, 그 길이는 계산을 통하여 구하였다. 그 결과는 [부록 D]와 같다.
- 9]와 같이 자유물체도를 구성한 뒤, 봉 대 부분과 삼각지지대 부분을 각각 따로 계산하였다. 봉 대 부분의 경우 수직축방향으로 힘이 작용하므로 이에 대한 응력이크리티컬 응력보다 낮게 작용하는 가에 대한 좌굴해석을 통해 좌굴이 일어나는지를 확인하였다.
- 봉 대와 삼각지지대부분을 연결하는 힌지부는 톱니에 의하여 고정 된 부분으로 생각해 계산했으며 또한 삼각지지대는 지면에 한정되어 있다 생각하여 계산하였다. 각지지대 또한 위의 방법과 동일하게 좌굴해석을 수행하였으며, 내부에 작용하는 응력은 지면과의 마찰력, 부재의자중에 의한 힘에 의해 발생하므로 각각 굽힘응력과 전단응력을 계산을 통해 구해내어 Von Mises Stress 를 이용해 안정성을 판단하였다.
- 봉 대와 삼각지지대부분을 연결하는 힌지부는 톱니에 의하여 고정 된 부분으로 생각해 계산했으며 또한 삼각지지대는 지면에 한정되어 있다 생각하여 계산하였다. 각지지대 또한 위의 방법과 동일하게 좌굴해석을 수행하였으며, 내부에 작용하는 응력은 지면과의 마찰력, 부재의자중에 의한 힘에 의해 발생하므로 각각 굽힘응력과 전단응력을 계산을 통해 구해내어 Von Mises Stress 를 이용해 안정성을 판단하였다.
- 기존 제품에서 흔히 사용하는 재료를 각각 구조 해석을 수행하여 가장 좋은 재료를 선정하기로 하였다. 셀카봉에 흔히 사용되는 재료로는 PVC, SUS304, AL-2014 이며 각 재료가 가지는 속성은[Table.
- 본 연구에서는 삼각대와 셀카봉의 일체화를 위한 3D 모델링 및 구조 해석을 수행하였다. 모델링 소프트웨어는 FreeCAD0.14 를 사용하였으며 Assembly 기능을 지원하지않기에 전체 형상을 하나의 Part 로 모델링을 수행, 전체 모델을 완성하였다. 또한 완성된 셀카봉을 검증하기 위하여 두 가지 상태 즉, 삼각대를 펼쳐서 세운 상태와 접은상태로 나누어 구조 역학적 자유물체도를 만들고 수학적 모델링을 수행하였다.
- 14 를 사용하였으며 Assembly 기능을 지원하지않기에 전체 형상을 하나의 Part 로 모델링을 수행, 전체 모델을 완성하였다. 또한 완성된 셀카봉을 검증하기 위하여 두 가지 상태 즉, 삼각대를 펼쳐서 세운 상태와 접은상태로 나누어 구조 역학적 자유물체도를 만들고 수학적 모델링을 수행하였다. 간단한 계산을 통해 검증을 수행 하였다.
- 또한 완성된 셀카봉을 검증하기 위하여 두 가지 상태 즉, 삼각대를 펼쳐서 세운 상태와 접은상태로 나누어 구조 역학적 자유물체도를 만들고 수학적 모델링을 수행하였다. 간단한 계산을 통해 검증을 수행 하였다. 해석 결과 현재 가장 무거운 휴대폰인 [부록 C.
대상 데이터
- 구조해석 결과[부록.D]와 재료의 물성치[Table.2]의 비교를 통해 재료 선정에 우선순위를 부여하여 재료를 선정하였다.
이론/모형
- 셀카봉을 접었을 때의 길이 : 휴대성에 가장큰 영향을 미치는 요인이다. 길이 결정을 위하여 사용자가 셀카봉을 쉽게 휴대할 수 있는 최적의 값을 선택하기 위하여 가방의 사이즈를 참고하였다. 일반적으로 여성이 많이 사용하는 가방 모델을 참조하여 평균 가로 사이즈를 구하였다.
성능/효과
- 사용한 특징형상은 Pad, Pocket, Filet, Revolve 이며, 어셈블리가 지원되지 않음을 확인하였다. 따라서[ 부록 A.
- 간단한 계산을 통해 검증을 수행 하였다. 해석 결과 현재 가장 무거운 휴대폰인 [부록 C.1, C.2]을 두 가지 상태에서 모두 만족하였다.
후속연구
- 향후 셀카봉의 무게를 고려하여 기존의 강도를 만족함과 동시에 가장 경량화된 셀카봉의 최적설계를 수행할 예정이다.
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