![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-1](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0001.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-2](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0002.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-3](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0003.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-4](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0004.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-5](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0005.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-6](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0006.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-7](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0007.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-8](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0008.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-9](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0009.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-10](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0010.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-11](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0011.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-12](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0012.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-13](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0013.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-14](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0014.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-15](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0015.gif)
![[창의적 재료 종합 설계] 뱀 비늘의 특성을 활용한 스노우 보드 설계-16](http://images.happyhaksul.com/thumb/499/498582-0016.gif)
분야
hwp목표
문제 정의
주제 선정
배경
개념 설계
실험방법
실험결과
평가
(결과 및 오차분석)
경제성
분석
요약
기타설계
요소
첨부자료
그림1. 실제 뱀의 배 비늘
그림2.
제작시 모형(위에서 볼 때)
규칙적인 패턴을 가지고 있는데, 이는 표면 마찰력을 증가시키기 용이하다. 이로 인해 보드와 눈과의 마찰이 증가하고, 수막이 두껍게 형성된다.
-뱀의 배 부분의 비늘은 육각형의 비늘이 일렬로 늘어서 있는 모습이다. 이 육각형의 비늘이 살짝 일어나서 마찰력이 생기게 된다
그림3. 제작시 모형(옆에서 볼때)
-측면에서 보았을때는 각부분의 패턴이 겹쳐지도록 한다.
=>결국 생성된 돌기부분에 의해 마찰계수가 늘어나 표면 마찰력을 증대시켜
수막형성을 용이하게 한다
2. 표면 점액 물질
뱀 표피 점액에 케라틴 성분을 함유하고 있다. 이는 표면의 wettability를 감소시킨다. 이로 인해 방수, 방식 뿐만 아니라 수중 마찰력 감소 효과를 가져온다. 따라서 생성도니 수막 위에서의 보드 움직임이 더 원활해지는 것이다.
1.뱀 비늘 패턴
스노보드와 눈의 마찰로 인해 수막이 형성된다. 그 때 생긴 물의 비열과 마찰열량이 같다는 식을 도입해 형성될 수막의 두께를 구해보았다. (마찰계수를 구할 수 없어 예비보고서에서 임의로 제시한 마찰계수를 계산에 적용하였다. 시제품제작 후 평가실험을 한 뒤 마찰계수와 적용한 값을 비교할 계획이다.)
(1) 눈이 녹는데 필요한 열량
1)보드 부피=3*130*a () (a : 녹은 눈의 두께)
2)얼음밀도 0.9167 ()
=>무게 0.9167*390a=357.513a (g)
3)물의 비열 1
보드가 눈과 전부 접촉해있다고 가정하고 보드 밑에 두께a 의 눈이 녹는데 필요한 열량은 4290.156a (cal)
(2) 경사 30°빗면에서 보드와의 마찰열량
1)마찰열량 μ:마찰계수, ω:하중, ν:상대속도, J:열의 일당량
2)v=60km/h=16m/s (고정) : 스노보드의 평균속도
=
=2986.67μ (cal/s)
3)초당 생성되는 열량이므로 보드가 특정부위를 지나갈려면 보드 전체가
지나가야되므로 보드길이 130cm거리를 16m/s 속도로 지나갈때의 시간은 1.3/16=0.081(s)
=>보드가 지나갈때의 마찰 열량은242.67μcal
눈이 녹는데 필요한 열량과 보드와 눈과의 마찰열량은 같아야 된다.
그림4. 마찰계수와 수막 두께의 관계
∴위의 그래프를 보면 알 수 있듯이 수막의 두께가 두꺼워 질 수록 마찰계수가 줄어드는 것을 볼 수 있다. μ=0.24의 경우가 수막형성 두께가 두껍기 때문에 수막에서의 마찰계수가 작아져 더 빠르게 내려올 것이다.(하지만 막의 두께가 너무 두꺼워지면 다른 조건들로 인해 오히려 마찰계수가 늘어 날 수 있다. 다른 조건이란 모세관 제동에 의한 마찰, 건조 마찰들이 있다. )
2. 강화 표면 처리
-뱀 표피는 다른 동물의 표피보다 상대적으로 강한 강도를 가지고 있다.
그런데 우리가 설계할 스노우보드 알루미늄 Edge는 표면의 물리적, 화학적
성질이 상대적으로 약하다. 그래서 이를 보완하기 위하여 표면에 Anodizing 처리
를 할 것이다.
(1)아노다이징 이란
알루미늄의 표면 후처리 방식으로, 알루미늄과 산소가 만나서 일어나는 자연적 산화과정을 인위적으로 전기-화학반응을 이용하여 알루미늄 표면에 산화물 도장을 입히는 것. 알루미늄을 전극에 연결하여 전해질에 담그면 산화알루미늄 피막이 고르게 입혀지는데 이 과정을 양극산화 피막처리라고 한다.
그림5. Anodizing 처리 모형
(2)아노다이징 목적
알루미늄 금속으로 제작된 각종제품은 물리적, 화학적 성질이 연약하여 그대로 사용할 경우 쉽게 변질, 부식되어 외관 및 그 기능을 훼손 상실된다. 이런 취약성을 보완 개선하여 주면 알루미늄 금속표면은 본래의 성질보다 적용공법에 따라 수십 배 의 강도, 내마모성, 내식성, 전기절연성과 표면을 미려하고 중후한 금속질감과 특히 다양한 색상으로 처리하여 기능 및 상품적 가치를 높일 수 있다. 보
드의 엣지 부분을 순수 알루미늄으로 했을 강도, 내마모성, 내식성 부분에서 만족할만한 값을 가질 수 없을 것으로 판단되어 아노다이징 하기로 했다.
3.표면 점액 물질 설계
-뱀 표피의 주성분은 Keratin이다. 이는 머리카락을 이루는 단백질이 주성분이므로 소수성이 매우 강하다. 즉 물에 잘 적셔지지 않으며 또한 잘 녹지 않는다.
그림6. Keratine 분자 및 피부
(1)Keratin의 특징
-모발을 구성하는 성분이 바로 Keratin인데 이 성분은 컴팩트하고, 강하면서 유연하며, 물에 쉽게 녹지 않는 경단백질이다.
(2)점액 제작 개요 (보드용 wax+Keratin)
-기본적으로 활용할 물질은 보드용 왁스이다. 여기에다가 Keratin을 섞는데
석었을 때 얼마나 Wetting의 잘 되는가를 테스트 할 것이다.
우리는 Keratin이 많이 첨가 될수록 Wettability가 떨어질 것이라고 예측하였다.
케라틴의 표면 특성 때문에 그렇게 될 것이라고 예상하였다.
이는 관련 표피 관련 논문에서 증명 된 바 있다.
Wettability를 최소화 시키는 것이 이번 설계의 목적이다.
그림7. 표면 젖음성과 접촉각의 관계
http://www.chunbotech.co.kr
세라믹스 분체 수업자료
Plasma_treatment_advantage_for_textile(한국 소재 섬유 연구소)
Wetting balance를 이용한 젖음 현상의 동적거동에 대한 수치해석연구(인하대학교 이황구)
Study on the Influence of Scouring on the Wettability of Keratin Fibers
before Plasma Treatment(Institute of Chemical and Environmental Research of Barcelona, c.canal)
