commit to user
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Sepeda Listrik
Sepeda listrik adalah kendaraan tanpa bahan bakar minyak yang digerakkan oleh motor dinamo dan sumber tenaganya dari sebuah batery lithium
yang dapat diisi ulang. Apabila baterai habis maka dapat dikendarai dengan mengayuh pedalnya seperti sepeda pada umumnya.
2.2 Rangka Sepeda frame
Rangka sepeda berguna sebagai penyangga utama menjadi tempat berpusatnya semua resultan gaya dari semua komponen. Pada kondisi jalan yang
rata gaya aksi reaksi didefinisikan sebagai beban minimum, sedangkan pada kondisi jalan yang bergelombang atau sedang terjadi benturan kondisi beban
didefinisikan sebagai beban maksimum. Kondisi pembebanan seperti ini berlangsung secara berulang, hingga material rangka sepeda mengalami kelelahan
fatigue kemudian terjadi kegagalan failure.
Kegagalan yang disebabkan kelelahan material sangat membahayakan, karena kelelahan mengakibatkan patah yang terjadi tanpa diawali deformasi pada
material tersebut. Beberapa hal yang menyebabkan kelelahan terjadi labih cepat, yaitu beban maksimum yang cukup tinggi, variasi atau fluktuasi tegangan yang
cukup besar. Selain itu variabel lain yang menyebabkan terlalu cepatnya terjadi kelelahan seperti konsentrasi tegangan, korosi, suhu, tegangan sisa dan geometri
pada rangka itu sendiri. Namun pada kondisi sebenarnya bentuk geometri dari rangka sepeda sangatlah penting, karena geometri sepeda menentukan
kenyamanan dari sepeda itu sendiri. Sehingga untuk melakukan optimasi fatigue dari rangka sepeda tidak bisa dilakukan dengan mengubah geometri. Optimasi
hanya dapat dilakukan dengan optimasi pada daerah terjadinya tegangan kritis pada rangka sepeda.
commit to user
5
2.3 Statika
Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang statika suatu beban terhadap
gaya-gaya dan juga beban yang mungkin ada pada bahan tersebut. Dalam statika
keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sistem menjadi suatu obyek tinjauan utama.Sedangkan dalam perhitungan kekuatan rangka, gaya-gaya yang
diperhitungkan adalah gaya luar dan gaya dalam. Jenis beban dapat dibagi menjadi :
1. Beban dinamis adalah beban yang besar atau arahnya berubah terhadap waktu.
2. Beban statis adalah beban yang besar atau arahnya tidah berubah terhadap waktu.
3. Beban terpusat adalah beban yang bekerja pada suatu titik. 4. Beban terbagi adalah beban yang terbagi merata sama pada setiap satuan
luas. 5. Beban momen adalah hasil gaya dengan jarak antara gaya dengan titik
yang ditinjau. 6. Beban torsi adalah beban akibat puntiran.
Pada gambar 2.1 terlihat sebuah batang yang ditumpu oleh tumpuan sendi dan tumpuan rol, dimana batang tersebut dikenakan sebuah beban terpusat.
Gambar 2.1 Prinsip statika keseimbangan Meriem Kraige, 1996
commit to user
6
2.2.1 Gaya Luar
Gaya luar adalah gaya yang diakibatkan beban yang bersal dari luar sistem yang pada umumnya menciptakan kestabilan konstruksi. Gaya luar dapat berupa
gaya vertikal, horizontal dan momen puntir. Pada persamaan statis tertentu untuk menghitung besarnya gaya yang bekerja harus memenuhi syarat dari
kesetimbangan.
ΣF
x
= ΣF
y
= ΣMA =
2.3.1 Gaya Dalam
Gaya dalam dapat dibedakan menjadi : 1. Gaya normal normal force adalah gaya yang bekerja sejajar dengan
sumbu batang. 2. Gaya lintanggeser shearing force adalah gaya yang bekerja tegak
lurus sumbu batang. 3. Momen lentur bending momen adalah gaya yang timbul karena
adanya jarak gaya terhadap titik tumpu. Persamaan kesetimbangannya adalah :
ΣF = atau
ΣF
x
= ΣF
y
= tidak ada gaya resultan yang bekerja pada suatu benda
ΣM = atau
ΣM
x
= ΣM
y
= tidak ada resultan momen yang bekerja pada suatu benda
4. Reaksi adalah gaya lawan yang timbul akibat adanya beban.
2.3.3 Tumpuan
Dalam ilmu statika, tumpuan dibagi atas : 1. Tumpuan rolpenghubung
Tumpuan ini dapat menahan gaya pada arah tegak lurus penumpu, biasanya tumpuan rol hanya mempunyai satu gaya seperti yang
diperlihatkan pada gambar 2.2 :
commit to user
7
Gambar 2.2 Reaksi tumpuan rol Meriem Kraige, 1996
2. Tumpuan sendi Tumpuan sendi adalah tumpuan yang dapat menahan gaya dari segala
arah dan mempunyai 2 gaya seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.3 :
Gambar 2.3 Reaksi tumpuan sendi Meriem Kraige, 1996
3. Tumpuan jepit Tumpuan jepit adalah tumpuan yang dapat menahan gaya dalam segala
arah dan juga mampu menahan momen seperti pada gambar 2.4 :
Gambar 2.4 Reaksi tumpuan jepit Meriem Kraige, 1996
Mo Momen
commit to user
8
2.4 Tegangan Normal
Konsep paling dasar dalam mekanika kekuatan bahan adalah tegangan dan regangan. Konsep ini dapat diilustrasikan dalam bentuk yang paling mendasar
dengan meninjau sebuah batang yang mengalami gaya aksial. Gaya aksial adalah beban yang mempunyai sama arah dengan sumbu elemen sehingga
mengakibatkan terjadinya tegangan tarik atau tekan pada suatu batang seperti
yang diperlihatkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Sebuah batang yang mengalami pembebanan tarik sebesar P Meriem Kraige, 1996
Gambar 2.6 merupakan gambar sebuah batang dengan penampang b dan diberikan pembebanan tarik sebesar P. Batang tersebut merupakan elemen
prismatik yang mendapat tarikan.
Gambar 2.6 Sebuah batang yang sudah diberikan pembebanan Meriem Kraige, 1996
Dengan mengasumsikan tegangan rata diseluruh permukaan potongan mn, sedangkan gaya terdistribusi kontinyu bekerja pada seluruh penampang Gambar
2.6. Intensitas gaya yaitu gaya per satuan luas disebut dengan tegangan dan diberi notasi σ. Dengan demikian persamaan untuk tegangan adalah :
σ
=
P A
..................................................................................................... 1 Dimana :
σ = tegangan yang terjadi
commit to user
9
P = gaya yang diberikan A = luas penampang
Persamaan ini memberikan intensitas tegangan merata pada batang prismatik yang dibebani secara aksial dengan penampang yang sembarang.
Apabila batang ini ditarik dengan gaya P, maka tegangannya adalah tegangan tarik tensile stress, apabila gayanya mempunyai arah yang sebaliknya, sehingga
batang tersebut mengalami tekan, maka terjadi tegangan tekan compressive stress.
2.5 Rangka Batang Sederhana