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후지 프레임의 다운튜브......

imjhchoi2006.05.10 20:14조회 수 1487댓글 6

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밑에 국과수 발표내용 글에 댓글로 달았지만.....
제가 전문가가 아니기 때문에 아는 분들이 계시지 않을까 싶어서
글을 좀 더 써봅니다.....

후지 하드테일 잔차들의 다운튜브는 후지가 내세우는
'파워 다이아몬드' 설계입니다.....   이게 어떻게 생겼는고 하니...

헤드튜브쪽은 세로로 길쭉한 마름모꼴, 즉 <>  식으로 생겼고,
크랭크쪽으로 갈수록 옆으로 넓은 원형, 즉 (   )  식으로 설계되어있습니다.

하지만, 좀 더 살펴보면 헤드튜브에 접하는 부분의 밑둥은 마름모처럼
뾰족하다기보단 둥근 편이며 다운튜브의 하단으로 부터 1/3~1/4 지점이
가장 마름모에 가깝습니다.

세로로 길쭉한 마름모 설계는...   충분히 예상 가능하다시피
세로방향으로 구부러지는 힘에 대한 대항은 강한 반면....
횡으로 가해지는 힘에 대해선 상대적으로 약하겠죠.....
(튜브의 두께 차이에 따른 강성 차이도 고려하면 더 복잡해지겠지만..)
일반적으로 모든 자전거들이 이렇게 세로로 길쭉한 모양을 하고 있을겁니다.

이런 설계로 다운튜브 자체의 강성을 얻어내는건 좋은데...
제 예상으로는...   갑작스런 충격을 받았을 시...   다운튜브 자체가
구부러지는 대신..   그 힘이 그대로 헤드튜브나 크랭크 쪽으로
전달되지 않을까 하는 점입니다.

(자동차 튜닝도 마찬가지죠...   엔진 힘만 좋아진다고 주행성능이 좋아지는게 아니라...
내구성까지 고려하려면 구동계통과 브레이크, 차체 강성도 같이 고려해야하죠...)

국과수 발표에 따라 용접부위 문제가 아니라 이미 진행된 크랙에 의한 파괴라면....
일반적으로 다른 자전거가 비슷한 충격을 받을 시 다운튜브 구부러짐 또는
튜브 절단의 형태로 파괴가 이루어지는데 반해... 지금까지 인터넷에 공개된 후지 자전거의
파괴형태는 헤드튜브 쪽이 동강나있다는 차이점이 발견됩니다.

물론, 헤드튜브와 연결되는 다운튜브 밑부분이 뾰족한 마름모가 아닌 다소 둥근 모양이며
보강재로 덧대어 있긴 하나....
상대적으로 수직 충격에 강한 다운튜브 때문에 헤드튜브쪽에 반대급부적으로
강한 충격이 가해지지 않을까 하는것이 제 생각입니다.

이런 설계상의 문제는..   검증하기가 상당히 어렵다고 알고 있습니다.
컴퓨터 시뮬레이션을 통해 특정부분에 가해질 충격이 어느 정도인지는
파악할 수 있는 것으로 알고 있으나 워낙 변수들이 많고...   수많은 환경변수를
(온도나 부하의 방향 등등...)  통제한 상태에서 검증한다는 것은..  
현실적으로..   소비자 입장에서 절대 불가능하다고 보여집니다.

전 국과수 발표에서 이런 설계상 문제까지 발표될 줄 알았지만....
그 점이 자료 불충분??의 이유로 논단이 이루어지지 못한것이 너무나 아쉽더군요.

우리나라 뿐만 아니라 유럽이나 미국 지역에서도 후지 자전거를 많이 타고 있는것으로
알고 있는데...   이번 사고와 비슷한 유형의 사례가 더 있지 않을까 하는 점도
궁금하더군요....   설계상의 의구심이 맞다면...   분명 유사한 사례가 있을것으로
생각됩니다.....

혹시나..   왈바 회원님들 중 이러한 설계 분야에 해박한 지식을 가진분들 계실거 같은데....
일반적인 검증 방법이나 기타 의견등이 있으시면....   댓글이나 답글로 남겨주셨으면
좋겠습니다...   이런 종류의 의견 교환도 바람직 할 것 같습니다.


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댓글 6
  • 그렇지 않습니다. 둥근 튜브를 쓰는 프레임이 어느정도인지 모르겠습니다만..제가 보아온 프레임중에는 둥근 모양이라기보다는 변형을 준 모양이 많았고 그 자전거들 모두 튼튼했고 후지 사건처럼 그 강성때문에 그곳이 뿌러지는 현상은 없었습니다. 제 자전거가 프로코렉스만 두대입니다. 프로코렉스도 다이아몬드정도의 마름모는 아니지만 삼각형비스므리하게 되어있고 크랭크쪽으로 갈수록 3둥글어 집니다. 또한 제 친구의 예전 구형 스캇도 삼각형 모양이었고...동호인중에 아도르 비젼도 둥근 모양이 아니라 세로로 길쭉합니다. 이 자전거들 모두 아무 이상없이 타고 있고..

    제 자전거인 프로코렉스 윈은 하나는 XC, 하나는 어반으로 쓰고 있습니다만 프레임에 크랙기미도 없고...하드테일임에도 어반용은 1미터 드롭이나 계단 점프등을 즐기고 있습니다..

    순전히 재료가 부실하거나 제조공정의 문제로 보입니다.
  • 저도 프로코렉스 탔었는데, 가운데 쪽은 물방울 모양으로 눌러놨지만 헤드튜브나 비비쉘 쪽은 둥그렇게 되어있던 것으로 기억합니다. 그렇지 않은가요..
  • 파이프 단면에 변화를 주는 방식은 이미 일반적입니다
  • 전 이번에 문제된 자전거를 타지도 않고, 타고싶지도 않았고 앞으로도 그럴것 같아서 글을 자재하고 있습니다. 물론 저도 자전거를 사랑하고, 우리 동호인들을 좋아하는 라이더입니다. 전 학교댕길때 그다지 열심히 공부하지도 않았지만, 구조랑 재료를 대학원에서 전공하여 질문자가 원하는 충분한 답변이 없는듯하여 도움이 되고자 글을 남깁니다. 제가 알류미늄 재료 쪽은 잘모르기 때문에 그쪽부분은 우리회원들 중에 다른분이 첨부해 주시면 감사하겠습니다.


    컴퓨터 동하중 제어가능한 유압잭이 설치된(일반적으로 피로실험용) 장비에 프래임을 직접 물려서 스트레인 게이지를 부착하여 한달쯤 시험하면 검증이 됩니다. 다만, 재료의 물성치와 제조사가 설계시 고려한 최대 설계응력을 알아야 합니다만, 일반적인 라이더의 몸무게로 유추할 수도 있습니다. 50kg정도로 프램임을 설계하지는 않았을꺼니까요. 그러나, 실험을 진행하게 되면 비용이 만만치 않을꺼에요..

    다이아 몬드형으로 생긴부분은 수직하중을 받게 되면 상하의 뾰족한부분에서(적은단면에서) 1차적으로 모멘트힘을 받게됩니다. 따라서 헤드셋보다, 뾰족한 연결부분에 상당한 하중이 걸리게될 것입니다.

    이것을 이론적으로 분석하면 비교적 쉽게 고등학교 물리시간에 배우신 것으로만도 쉽게 아실수 있습니다.
    F=P/A (F=단위응력, P=하중, A=면적) 하중이(P) 같다고 가정하면 면적(A)이 적을수록 단위응력(F)이 많이 받음을 간단히 알수 있습니다. (단위응력:예를들어 1cm^2에서 받는힘, 단위는 달라질수 있슴)
    힘이라는것은 균일하게 가해지는 것이 아니라 약한부분을 찾아가면서 집중하게 됩니다. 예를들어, 종이를
  • 그방 생각난것이 있어서 글을 또 쓰게 되네요.. 재료의 강성이 높으면 유연성이 떨어지게 되어 취성파괴(똑 뿌러진다는 말임)가 일어나기가 쉽습니다. 일반적으로 생각해보면 강성이 높은 유리의 경우 휘어지기 보다 깨지기가 쉽듯이 말입니다. 플랙시블하게 만든다면, 부재의 넓은 부분에서 일정량의 힘을 분담하게되어. 똑 뿌러지는 일을 막게됩니다.(재료의 성질과도 관계있습니다.) 설계법 중에서 이러한 설계를 이용하는 예도 있습니다. 이러한 설계를 연성파괴라고 부르고 있으며 설계자는 연성파괴를 유도하여 설계합니다. 부러지기전에 휘게 만드는거죠~~~
    컴퓨터 시뮬레이션 해석을 하게되면 이러한 파괴형태는 어느정도 예측을 할 수있는데, 문제는 재료의 성질을 알아야한다는게 쫌 힘들죠..보통은 제조사에서 물성치를 알려주는데..
    이상 생각나는대로 주절주절 써봤습니다.
  • 제 개인적인 사견으로 문제가된 프래임이 아니라도 프레임이 한개도 아니고 여러개가 동일한부분에 문제가 생기는 것은 제조사의 문제가 확실하다는 것이 결론입니다. 그 이유는 프래임 설계를 잘못했을수도있고(그게 피로파괴라 해도 예측하여 막았어야 합니다.), 용접불량, 재료불량, 풀질관리 소홀, 운반 등등등 여러가지 이유가 있을수 있을 것입니다.
    사용자의 부주위라 해도 이러한 겨우에 제조사는 일정부분의 도의적, 사회적 책임을 묻는 분위기가 되었으면 좋겠네요..

    (제가 알기로는 여기 사진은 안올라와 있지만 아는 사람들 중에도 같은 부분이 부러지는 경우가 왕왕 있는걸로 알고 있습니다. 대부분 새제품으로 프래임교체도 받았고, 귀찮고, 불이익을 당할까봐 사례를 안올리시는 경우가 많이 있을 것입니다.)

    생각하면 생각할 수록 자전거 동호인들이 설자리를 잃기에 분한 마음에 짜구 댓글을 달게 됩니다.
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