오태석의 자전거 설계 및 분석 연구

1. 서론

이 연구는 기계공학적 원리를 바탕으로 자전거 설계 및 성능 분석을 수행하여 최적의 자전거 디자인을 제시하는 것을 목표로 한다. 자전거는 인간의 동력을 기계 시스템으로 전환하는 대표적인 사례이며, 기계공학의 다양한 분야 지식이 복합적으로 적용된다. 프레임의 강성과 경량화, 구동계의 효율, 제동 시스템의 안정성 등을 종합적으로 고려하여 자전거를 설계하고, 유한요소 해석(FEA)과 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 성능을 면밀히 분석한다. 구체적으로, 프레임 설계에서는 알루미늄 합금의 강도와 경량성을 극대화하는 동시에, 공기역학적 성능을 고려한 최적의 형상을 도출하기 위해 다양한 시뮬레이션과 반복적인 설계 수정 과정을 거쳤다. 또한, 용접 부위의 강도와 내구성을 확보하기 위해 응력 집중 현상을 분석하고, 그 결과를 바탕으로 설계를 개선했다. 구동계 설계에서는 기어비와 체인의 마찰 저항을 최소화하여 페달링 효율을 극대화하는 데 초점을 맞추었다. 다양한 기어 조합에 대한 시뮬레이션을 수행하고, 마찰 저감을 위한 최적의 체인 윤활 방식을 제시한다. 제동 시스템 설계에서는 디스크 브레이크의 제동력과 …