[목표개선과 새로운 결과도출]
대학교 3학년 때, 종합설계 과목에서 상용 자전거 프레임에 관한 연구를 했습니다. 일상에서 발생하는 자전거 프레임의 파손으로 인한 사고를 기존 프레임들의 구조 분석 및 응력해석을 하여 개선안을 제시하고자 했습니다. 시중의 다양한 프레임을 수집하여 각각 3D 모델을 솔리드웍스를 이용하여 설계한 뒤, 같은 하중을 안장에 가하여 프레임의 변형도와 응력이 집중되는 부위를 확인하였습니다.
그리고 그 집중부위의 응력이 프레임마다 어떤 차이가 있는지 확인하였습니다. 저희가 분석에 이용한 프레임은 다이아몬드형, X형, 1자형으로 총 3가지였고 이중 가장 견고한 프레임은 다이아몬드형이었습니다. 하지만 기존의 다이아몬드형 프레임의 사고 발생사례를 접한 저희 조는 좀 더 획기적인 방안이 없을까 생각해보았습니다.
그 결과 원형의 프레임을 모델링 해보았습니다. 다이아몬드 프레임보다 응력집중이 일어나는 부분이 국소적이지 않고, 충격흡수에 장점이 있었지만, 원형이기 때문에 변형이 쉽게 일어나는 단점이 있었습니다
다이아몬드형의 자전거프레임도 프레임들이 이루는 각도에 따라 여러 가지 형태를 지닙니다. 저희는 그 각도 중 Seat Tube Angle이라는 사잇각을 조정하여 수직 하중을 버티는데 최적의 각도를 찾았습니다. 비교분석 결과 72.5도의 Seat Tube Angle이 수직 하중에 의한 응력집중의 크기가 가장 적은 것으로 밝혀졌습니다. 저는 이번 공학 설계 프로젝트를 진행하면서 깨달은 것이 있습니다.
첫째, 현재 시장에는 이미 많은 연구로 인해 최적화된 상품들이 출시되어 있다는 것입니다. 연구를 시작할 때 주제를 정하는 것이 기존의 시중의 상품을 개선하고자 하는 것이면 획기적인 아이디어가 있어야 한다는 것입니다.
둘째, 연구계획은 연구를 수행하는 과정에서 수도 없이 변하며 새로운 결과를 얻기도 한다는 것입니다. 저희가 처음에 자전거프레임의 개선안을 제시하는 목표를 정했지만, 후에 다이아몬드형의 최적의 각도를 찾아내는 결과를 도출해 냈듯이, 연구과정에서 변하는 상황에 대해 빠른 목표 전환도 필요하다는 것을 깨달았습니다.
처음 저희조가 제시했던 완벽한 목표를 얻지는 못했지만, 자전거 파손 사고를 예방하기위한 최적의 제품을 찾는데에는 성공하였고, 앞으로 자전거를 설계하거나 구매하는 상황에서 참고할만한 자료를 저작했다고 생각합니다.