Analisis Simulasi Struktur Chassis Mobil Mesin USU Berbahan Besi Struktur Terhadap Beban Statik dengan Menggunakan Perangkat Lunak Ansys 14.5

(1)

ANALISIS SIMULASI STRUKTUR CHASSIS MOBIL MESIN

USU BERBAHAN BESI STRUKTUR TERHADAP BEBAN

STATIK DENGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK

ANSYS 14.5

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ARY FADILA NIM.080401077

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2013

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia yang diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan skripsi ini dengan judul “ Analisis Simulasi Struktur Chassis Mobil Mesin USU Berbahan Besi Struktur Terhadap Beban Statik dengan Menggunakan Perangkat Lunak Ansys 14.5 ”.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Regular Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam proses pengerjaan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, data-data, dan lain-lain. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

 Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini.

 Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU beserta seluruh Dosen dan Staf administrasi.

 Bapak Ir. Tugiman K, MT dan Bapak Ir. Tekad Sitepu sebagai dosen pembanding yang telah memberikan masukan dalam penyusunan skripsi ini.

 Seluruh teman – teman stambuk 2008, terkhusus teman – teman tim Horas yang telah jatuh bangun dan berjuang bersama dalam membuat mobil Mesin USU.

Dan khususnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Kedua orangtua penulis, Ayahanda Suryadi dan Ibunda Ila Sabirin yang

telah memberikan do’a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga

saudara-saudara penulis kakak Hera Juwita, adik Ersa Sabila, dan seluruh keluarga besar penulis yang selalu memberi dukungan dan motivasi selama pembuatan tugas sarjana ini hingga selesai.

(11)

Penulis sangat menyadari bahwa dalam laporan hasil penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran dan komentar sangat diperlukan sehingga dapat memperbaiki penelitian ini untuk semakin membaik.

Terima kasih atas segala bantuan baik secara moril maupun materil, baik secara langsung ataupun tidak langsung kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam penulisan laporan hasil penelitian ini.

Medan, Maret 2013 Penulis,

ARY FADILA 080401077

(12)

ABSTRAK

Merancang chassis perlu dilakukan analisis simulasi elemen hingga untuk mengetahui kekuatan chassis pada mobil Mesin USU pada saat driver berada di dalamnya. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan hasil simulasi chassis pada mobil Mesin USU I dan mobil Mesin USU II apabila mengalami pembebanan dengan menggunakan perangkat lunak Ansys 14.5. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap pengerjaan yaitu: pemodelan chassis dengan perangkat lunak SolidWorks Premium 2011 dan simulasi elemen hingga menggunakan perangkat lunak Ansys 14.5. Setelah melakukan simulasi dengan beban 700 N terhadap chassis Mesin USU I didapat defleksi maksimum = 0,96 mm, defleksi ground clearence = 0,6415 mm, tegangan maksimum = 22,563 Mpa, regangan

maksimum = 11,65e-5 mm/mm. Dengan beban 700 N terhadap chassis Mesin USU

II didapat defleksi maksimum = 3,29 mm, defleksi ground clearence = 2,236 mm, tegangan maksimum = 53,217 Mpa, regangan maksimum = 26,71e-5 mm/mm. Dengan beban 25 kN terhadap chassis Mesin USU I didapat defleksi maksimum = 31,542 mm, defleksi ground clearence = 21,682 mm, tegangan maksimum = 741,59 MPa, regangan maksimum = 371,12e-5 mm/mm. Dengan beban 3,8 kN terhadap chassis Mesin USU II didapat defleksi maksimum = 17,074 mm, defleksi ground clearence = 11,582 mm, tegangan maksimum = 277,64 MPa, regangan maksimum = 139,39e-5 mm/mm. Kesimpulan dari penelitian ini adalah efek dari pembebanan chassis dapat diketahui melalui simulasi dengan perangkat lunak Ansys dengan pemodelan geometry gambar yang benar.

Kata kunci: Analisis Simulasi, defleksi maksimum, defleksi ground

(13)

ABSTRACT

Chassis designing needs to be analized by finite element simulation to get the strength of chassis on Mesin USU car actually the driver is in it. The purpose is how to getting the simulation’s effect of chassis on Mesin USU I car and on Mesin USU II car when both are applied loading which using Ansys 14.5 software. The research was carried out in several stages of working: the chassis modeling by software SolidWorks Premium 2011 and finite element simulation using ANSYS 14.5 software. After doing the simulation with 700 N load on chassis Mesin USU I acquired 0,96 mm maximum deflection, 0,6415 mm ground clearence deflection, 22,563 MPa maximum stress, 11,65e-5 mm/mm maximum strain. And 700 N load on chassis Mesin USU II acquired 3,29 mm maximum deflection, 2,236 mm ground clearence deflection, 53,217 MPa maximum stress, 26,71e-5 mm/mm maximum strain. With 25 kN load on chassis Mesin USU I acquired 31,542 mm maximum deflection, 21,682 mm ground clearence

deflection, 741,59 MPa maximum stress, 371,12e-5 mm/mm maximum strain. And

3,8 kN load on chassis Mesin USU II acquired 17,074 mm maximum deflection, 11,582 mm ground clearence deflection, 277,64 MPa maximum stress, 139,39e-5 mm/mm maximum strain. The conclusion of this study is the effect of chassis loading can be determined through the simulations with Ansys software during the geometry modeling is correct

Keywords: Simulation Analysis, maximum deflection, ground clearance deflection, maximum stress, maximum strain, ANSYS.

(14)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR NOTASI ... xii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.3.1 Tujuan Umum ... 3

1.3.2 Tujuan Khusus ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Chassis ... 6

2.2 Jenis – Jenis Chassis ... 6

2.2.1 Ladder Frame ... 7

2.2.2 Tubular Space Frame ... 8

2.2.3 Monocoque ... 9

2.2.4 Backbone ... 10

2.2.5 Aluminum Chassis Frame ... 11

2.3 Pembebanan pada Chassis Mobil Mesin USU ... 12

2.4 Tegangan ... 13

2.4.1 Transformasi Tegangan ... 15

2.4.2 Tegangan utama (principal stress) ... 18

2.4.3 Tegangan Geser maksimum ... 19

2.5 Regangan ... 20

2.5.1 Transformasi Regangan ... 20

2.5.2 Regangan Utama ... 21

2.5.3 Regangan Geser Maksimum ... 22

(15)

2.7 Momen Inersia... 22

2.7.1 Momen Inersia Penampang Hollow Segiempat ... 23

2.7.2 Momen Inersia Penampang Hollow Lingkaran ... 23

2.8 Defleksi ... 24

2.9 Perangkat Lunak Elemen Hingga ... 33

2.9.1 Ansys ... 33

2.9.2 Cara Kerja Ansys ... 33

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 35

3.1Pendahuluan ... 35

3.2Waktu dan Tempat ... 35

3.3Material yang digunakan ... 35

3.4Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU ... 36

3.4.1 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU I ... 36

3.4.2 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU II ... 38

3.5Simulasi ... 40

3.6Diagram Alir Simulasi ... 44

3.7Diagram Alir Penelitian ... 46

BAB 4 HASIL DAN DISKUSI ... 49

4.1Pendahuluan ... 49

4.2Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU ... 49

4.2.1 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU I ... 49

4.2.2 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU II ... 49

4.3Hasil Simulasi Analisis Struktur Chassis Mobil Mesin USU ... 50

4.3.1 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Pembebanan 700 N ... 50

4.3.2 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Beban Variasi 57 4.3.3 Tegangan dan Regangan Chassis Mobil Mesin USU ... 63

4.4Perbandingan Hasil Analisis Struktur Chassis Mobil Mesin USU Idengan Chassis Mobil Mesin USU II ... 73

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 75

5.1Kesimpulan ... 75

5.2Saran ... 77

DAFTAR PUSTAKA ... 78

(16)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Jenis –Jenis Reaksi Dukungan ... 14 Tabel 3.1 Karakteristik Material Chassis Besi Struktur (Structural Steel) ... 35 Tabel 4.1 Distribusi deformasi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N .... 53 Tabel 4.2 Distribusi deformasi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ... 54 Tabel 4.3 Distribusi deformasi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN .... 58 Tabel 4.4 Distribusi deformasi chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN .. 59 Tabel 4.5 Distribusi tegangan chassis Mesin USU I dengan beban 700 N... 63 Tabel 4.6 Distribusi regangan chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 65 Tabel 4.7 Distribusi tegangan chassis Mesin USU II dengan beban 700 N .... 66 Tabel 4.8 Distribusi regangan chassis Mesin USU II dengan beban 700 N .... 67 Tabel 4.9 Distribusi tegangan chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN... 69 Tabel 4.10 Distribusi regangan chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ... 70 Tabel 4.11 Distribusi tegangan chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN . 71 Tabel 4.12 Distribusi regangan chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN . 72 Tabel 4.13 Perbandingan Hasil Analisis struktur dengan pembebanan 700 N 73 Tabel 4.14 Perbandingan Hasil Analisis struktur dengan variasi beban ... 74 Tabel 4.3 Perbandingan sifat chassis Mesin USU I dengan chassis Mesin

(17)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 LadderFrame ... 7

Gambar 2.2 LadderFrame dengan palang X... 8

Gambar 2.3 TubularSpaceFrame ... 9

Gambar 2.4 Chassis Monocoque ... 10

Gambar 2.5 ChassisBackbone ... 11

Gambar 2.6 AluminiumChassisFrame ... 12

Gambar 2.7 Chassis mobil Mesin USU ... 13

Gambar 2.8 Gaya yang diterima chassis ... 13

Gambar 2.9 Kondisi tegangan pada bidang x-y ... 15

Gambar 2.10 Kondisi tegangan pada bidang x’-y’ ... 16

Gambar2.11 Gambar 2.11 Bidang menerima tegangan (a) segmen yang dipotong; (b) potongan segmen ... 16

Gambar 2.12 Diagram benda bebas potongan segmen ... 16

Gambar 2.13 Diagram benda bebas bidang x’-y’ ... 18

Gambar 2.14 Segitiga trignometri tegangan utama... 19

Gambar 2.15 Segitiga trignometri tegangan geser ... 20

Gambar 2.16 Regangan pada elemen (a) Regangan normal, ; (b) Regangan geser, ... 20

Gambar 2.17 Segitiga trignometri regangan utama ... 21

Gambar 2.18 Penampang rangka utama... 23

Gambar 2.19 Penampang rollbar ... 23

Gambar 2.20 Batang yang ditumpu dan diberi beban merata ... 24

(18)

Gambar 2.23 Diagram momen dan gaya geser ... 27

Gambar 2.24 Pembebanan pada rangka utama ... 29

Gambar 2.25 Pembebanan merata batang. ... 29

Gambar 2.26 Diagram benda bebas kesetimbangan gaya - gaya luar ... 29

Gambar 2.27 Diagram benda bebas gaya – gaya dalam ... 30

Gambar 2.28 Material yang disusun dengan node ... 34

Gambar 3.1 Model besi hollow persegi 30 mm ... 37

Gambar 3.2 Model besi hollow lingkaran 25 mm ... 37

Gambar 3.3 Chassis mobil Mesin USU I (a) Rangka utama; (b) Rollbar ... 38

Gambar 3.4 Model besi hollow persegi 20 mm ... 39

Gambar 3.5 Model besi hollow lingkaran 16 mm ... 39

Gambar 3.6 Chassis mobil Mesin USU II (a) rangka utama; (b) rollbar ... 39

Gambar.3.7 Jendela utama Ansys 14.5 ... 40

Gambar 3.8 Jendela engineeringdata Ansys 14.5 ... 41

Gambar 3.9 Geometri yang di input dari solidwork ... 41

Gambar 3.10 Pemberian meshing ... 42

Gambar 3.11 Parameter gravitasi Bumi ... 42

Gambar 3.12 parameter fixed support ... 43

Gambar 3.13 Parameter Pembebanan ... 43

Gambar 3.14 Menentukan variabel yang akan ditentukan ... 44

Gambar 3.15 Diagram Alir Simulasi Ansys 14.5 ... 45

Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian ... 46

Gambar 4.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I ... 49

Gambar 4.2 Model struktur chassis Mobil Mesin USU II ... 50

Gambar 4.3 Beban merata batang chassis... 50

(19)

gambar 4.5 Diagram benda bebas gaya luar ... 51

Gambar 4.6 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 52

Gambar 4.7 Defleksi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ... 53

Gambar 4.8 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban 700 N ... 54

Gambar 4.9 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 55

Gambar 4.10 Pandangan kiri chassis Mesin USU I ... 55

Gambar 4.11 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dengan beban 700N ... 56

Gambar 4.12 Pandangan kiri chassis Mesin USU II... 57

Gambar 4.13 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ... 58

Gambar 4.14 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 3,8 kN ... 59

Gambar 4.15 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban variasi ... 60

Gambar 4.16 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ... 60

Gambar 4.17 Pandangan kiri chassis Mesin USU I ... 61

Gambar 4.18 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN ... 62

Gambar 4.19 Pandangan kiri chassis Mesin USU II... 62

Gambar 4.20 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 63

Gambar 4.21 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 64

Gambar 4.22 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU I dengan Beban 700 N ... 65

Gambar 4.23 Tegangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ... 66

(20)

700 N ... 67 Gambar 4.25 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU II dengan

beban 700 N ... 68 Gambar 4.26 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan

beban 25 kN ... 68 Gambar 4.27 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan

beban 25 kN ... 69 Gambar 4.28 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU I dengan

Beban 25 kN ... 70 Gambar 4.29 Tegangan maksimum chassis Mesin USU II dengan

beban 3,8 kN ... 71 Gambar 4.30 Regangan maksimum chassis Mesin USU II dengan

beban 3,8 kN ... 72 Gambar 4.31 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU II dengan

Beban 3,8 kN ... 73 Gambar 5.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I ... 75 Gambar 5.2 Model struktur chassis Mobil Mesin USU II ... 75

(21)

DAFTAR NOTASI

= Gaya yang bekerja pada arah sumbu x (N) = Gaya yang bekerja pada arah sumbu y (N) = Gaya geser sepanjang x (N)

= Momen sepanjang x (Nm)

= Tegangan (N/m2)

= Regangan (m/m)

E = Modulus elastisitas (N/m2)

= Tegangan normal pada arah sumbu x (N) = Tegangan normal pada arah sumbu y (N) = Tegangan normal pada arah sumbu (N/m2)

= Luas bidang (m2)

= Tegangan geser pada bidang x - y (N/m2) = Tegangan geser pada bidangx’-y’ (N/m2)

= Regangan normal pada arah sumbu x

= Regangan normal pada arah sumbu y

= Regangan normal pada arah sumbux’ = Regangan geser pada bidang x - y = Regangan geser pada bidangx’-y’

I = Momen inersia luas (m4)

= Momen inersia luas pada arah sumbu x’ (m4)

(22)

ABSTRAK

maksimum = 11,65e-5 mm/mm. Dengan beban 700 N terhadap chassis Mesin USU

Kata kunci: Analisis Simulasi, defleksi maksimum, defleksi ground

(23)

ABSTRACT

deflection, 741,59 MPa maximum stress, 371,12e-5 mm/mm maximum strain. And

Keywords: Simulation Analysis, maximum deflection, ground clearance deflection, maximum stress, maximum strain, ANSYS.

(24)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Konsumsi energi di sektor transportasi dari tahun ke tahun telah meningkat secara signifikan, sehingga diperlukan upaya untuk mendapatkan sistem transportasi yang hemat energi. Dalam menyanggupi tantangan itu sebuah kompetisi Indonesia Energy Marathon Challenge (IEMC) 2012 merupakan kegiatan yang diadakan oleh Dikti di Surabaya yang bertujuan untuk menguji kemampuan para mahasiswa dalam merancang dan membangun kendaraan yang aman, irit dan ramah lingkungan dimana lomba ini setiap tim mahasiswa harus membangun kendaraan yang mampu menempuh jarak terjauh dengan satu liter bahan bakar minyak. Kegiatan ini bermanfaat untuk menggali kreativitas dan potensi mahasiswa dalam peningkatan efisiensi konsumsi bahan bakar untuk kendaraan bermotor dan mempromosikan kepedulian terhadap pelestarian lingkungan hidup di dunia pendidikan tinggi.

Kompetisi ini bertujuan untuk mempercepat penguasaan teknologi otomotif terbaru di Indonesia sehingga akan muncul teknologi-teknologi terbaru di bidang otomotif yang nantinya akan dapat digunakan untuk menghemat maupun menggunakan bahan bakar alternatif. Selain itu diharapkan dengan adanya kompetisi kendaraan irit bahan bakar di Indonesia, nantinya wakil-wakil Indonesia akan bisa berbicara banyak di kompetisi internasional dalam lomba sejenis yaitu salah satunya pada kompetisi Shell Eco-Marathon Asia. Hal ini berguna untuk mengangkat citra bangsa Indonesia di mata dunia internasional.

Oleh karena dalam pembuatan mobil ini, salah satunya adalah pembuatan

chassis merupakan bagian yang sangat fundamental dari sebuah kendaraan secara keseluruhan. Chassis merupakan tempat pemasangan atau peletakan dari sebagian besar komponen – komponen dasar dari kendaraan secara utuh, seperti: bodi,

engine, dan sistem transmisi. Salah satu struktural komponen dari kendaraan yang memegang peranan utama adalah chassis. Hal ini dikarenakan chassis adalah tempat melekatnya hampir semua komponen utama kendaraan. Seperti: dudukan

(25)

mesin, dan lain – lain. Konstruksi chassis yang tepat kuat akan membuat kendaraan lebih stabil, tidak mudah rusak dan tahan lama. Untuk itu material yang menyelimuti konstruksi suatu chassis sangat berpengaruh terhadap kekuatan

chassis, kestabilan, dan bahan bakar yang dibutuhkan.

Pembebanan merupakan faktor yang paling utama yang menentukan besar kekuatan chassis. Pembebanan yang lebih besar akan menyebabkan chassis

mudah mengalami fatigue dan akan mempercepat umur chassis. Pendesainan

chassis mobil itu sendiri dalam menyokong bodi yang aerodinamis yang dibutuhkan agar mencapai target yang diinginkan. Oleh karena itu bahan apa yang digunakan dan analisis struktur yang merupakan hal utama daripada kekokohan mobil Mesin USU dan juga yang harus disesuaikan dengan regulasi daripada rules

dari pada keikutsertaan kompetisi IEMC ini.

Dalam lomba IEMC, kendaraan diklasifikasikan dalam dua jenis. Pertama adalah kelas prototype. Pada kelas ini dilombakan kendaraan futuristik dengan tiga roda yang mengutamakan desain aerodinamis dan body ringan agar pemakaian BBM sehemat mungkin. Kedua adalah kelas konsep urban dengan empat roda yang dirancang mendekati kebutuhan kendaraan perkotaan masa kini. Kendaraan konsep urban berbentuk city car yang lebih realistik digunakan di dalam kota dengan memenuhi standar keamanan dan keselamatan yang mencukupi.

Untuk memenuhi tantangan tersebut maka dibuatlah mobil dengan nama MesinUSUuntuk kelas urban.

1.2 Perumusan Masalah

Kemungkinan terjadi defleksi yang menyebabkan terjadinya deformasi elastis batangan besi hollow tersebut akan berpengaruh terhadap ketahanan

chassis mobil Mesin USU untuk jangka waktu kedepannya. Penelitian ini difokuskan pada analisis struktur chassis dari batangan besi hollow yang berbahan besi struktur dimana pada pembebanan statik yang diterapkan merupakan beban daripada driver dan variasi beban statik lain.

(26)

1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan Umum

Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk mendapatkan simulasi struktur chassis mobil Mesin USU berbahan besi struktur terhadap beban statik yang diterima oleh chassis dengan menggunakan perangkat lunak Ansys 14.5. 1.3.2 Tujuan Khusus

Terdapat beberapa tujuan khusus yang diharapkan dapat dicapai sehubungan dengan penelitian ini, antara lain:

1. Mendapatkan desain struktur chassis mobil Mesin USU I dan mobil Mesin USU II.

2. Untuk mengetahui defleksi maksimum dan defleksi ground clearence

yang terjadi pada chassis mobil Mesin USU I dan chassis mobil Mesin USU II setelah terjadi pembebanan standar 700 N dan beban variasi maksimal.

3. Untuk mengetahui tegangan maksimum dan regangan maksimum yang terjadi pada chassis mobil Mesin USU I dan chassis mobil Mesin USU II setelah terjadi pembebanan standar 700 N dan beban variasi maksimal.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian diharapkan mengetahui ketahanan dan kekuatan dari chassis mobil Mesin USU sehingga bisa dilakukan pengembangan kedepannya, dan juga sebagai pengembangan kemampuan dalam menggunakan software ANSYS 14.5.

1.5 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini ditetapkan beberapa batasan penelitian, antara lain: 1. Model chassis mobil Mesin USU dari bahan besi hollow yang ringan dan

kuat sesuai dengan dimensi sebenarnya.

2. Beban yang diterima berasal dari beban pengemudi. 3. Analisis dilakukan menggunakan software ANSYS 14.5.

(27)

1.6 Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian yaitu:

HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL

BAB 1 PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang yang menentukan pengambilan penelitian dan dilanjutkan dengan batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan skripsi ini.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menjelaskan tentang ulasan teori-teori yang berhubungan dengan penelitian skripsi ini baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya. Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari: buku - buku pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-book, dan e news.

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai langkah-langkah penelitian, pengolahan dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat.

(28)

BAB 4 HASIL DAN DISKUSI

Bab ini akan menjelaskan hasil dari yang didapat dari dari hasil penelitian simulasi analisis struktur chassis.

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dari semua penelitian yang dilakukan untuk skripsi ini dan saran yang mendukung kedepannya.

DAFTAR PUSTAKA

Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam penelitian untuk pembuatan tugas akhir ini.

(29)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Chassis

Chassis adalah rangka yang berfungsi sebagai penopang berat kendaraan, mesin serta penumpang. Biasanya chassis terbuat dari kerangka baja yang memegang body dan engine dari sebuah kendaraan [1]. Saat proses manufaktur

body kendaraan dibentuk sesuai dengan struktur chassisnya. Chassis mobil biasanya terbuat dari logam ataupun komposit. Material tersebut harus memiliki kekuatan untuk menopang beban dari kendaraan. Chassis juga berfungsi untuk menjaga agar mobil tetap rigid, kaku dan tidak mengalami bending [2].

Komponen Utama Chassis: 1. Frame

Frame adalah struktur dari beberapa batang yang dihubungkan dengan sambungan (pin ataupun rigid joint) dimana pada frame ini terdapat variasi gaya aksial, gaya lintang dan momen pada batang itu sendiri.

Lain halnya dengan truss yang merupakan struktur yang dibentuk dari batangan – batangan yang pada kedua ujung masing – masing batang dihubungkan oleh pin. Pada truss ini beban terletak di titik sambungan atau joint dimana batang hanya mampu menerima beban aksial ( batang 2 gaya).

2. Dudukan mesin

Dudukan mesin merupakan tempat yang utama dalam peletakan mesin pada suatu kendaraan dan juga harus disesuaikan dengan model kenderaan yang dibuat.

2.2 Jenis – Jenis Chassis

Chassis memilki beberapa jenis diantaranya:

1. Ladder frame

(30)

3. Monocoque

4. Backbone chassis

5. Aluminium space frame

2.2.1 Ladder Frame

Ladder Frame adalah dua batangan panjang yang menyokong kendaraan dan

menyediakan dukungan yang kuat dari berat beban dan umumnya berdasarkan desain angkut. Bentuk bodi ini merupakan salah satu contoh yang bagus dari tipe

chassis. Dinamakan demikian karena kemiripannya dengan tangga, LadderFrame

adalah yang paling sederhana dan tertua dari semua desain. Ini terdiri hanya dari dua rel simetris, atau balok, dan crossmembers menghubungkan mereka.

Ladder frame merupakan chassis paling awal yang digunakan sekitar tahun 1960-an, namun sampai sekarang masih banyak kendaraan yang menggunakan

chassis jenis ini terutama kendaraan jenis SUV. Bahan material yang paling umum untuk jenis Ladderframe ini adalah material dengan bahan baja ringan [3].

Dua batang memanjang tersebut merupakan bagian yang utama untuk menahan beban longitudinal akibat percepatan dan pengereman. Kemudian batang yang melintang hanya menahan agar chassis tetap dalam keadaan rigid/kaku. Berikut adalah salah satu contoh Ladder Frame modern yang biasa digunakan pada mobil pickup dan SUV dapat dilihat pada gambar 2.1.

(31)

Dalam hal lain untuk chassis Ladder Frame ini ada juga penambahan komponen untuk lebih menguatkan chassis yaitu dengan cara penambahan penguatan palang X. Hal ini dimungkinkan untuk merancang kerangka untuk membawa beban torsi di mana tidak ada unsur frame dikenakan saat torsi. Palang X yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini terbuat dari dua balok lurus dan hanya akan memiliki beban lentur diterapkan pada balok.

Jenis frame ini memiliki kekakuan torsi yang baik terbagi di pusat rancangan frameladder. Perlu dicatat bahwa beban lentur maksimum terjadi pada bagian sambungannya oleh karena itu bagian sambungan (joint) menjadi kritis. Menggabungkan sifat dari penguatan palang X dengan ladder frame membantu dalam memperoleh kedua sifat baik beban lentur dan torsi. Dapat dilihat pada gambar 2.2 balok silang di bagian depan dan belakang tidak hanya membantu pada saat terjadi torsi tetapi juga membantu dalam membawa beban lateral dari suspensi titik pemasangan.

Gambar 2.2 LadderFrame dengan palang X 2.2.2 TubularSpaceFrame

Berdasarkan salah satu jenis metode chassis terbaik yang kekuatan luluhnya sangat bagus di perlindungan kekakuan torsional, ketahanan beban berat, dan beban impak, frame ini juga mudah untuk di desain dan cukup lumayan sulit dalam membangunnya. Desain ini membuat bentuknya sempurna untuk

(32)

kebanyakan aplikasinya di kompetisi balap Formula Sae untuk proyek mobil dan bahkan mobil balap kecil. Sebagai contoh pada gambar 2.3 di bawah ini.

Gambar 2.3 TubularSpaceFrame

Dalam struktur jenis ini sangat penting untuk memastikan semua bidang sepenuhnya triangulasi sehingga elemen balok dasarnya dimuat dalam ketegangan atau kompresi. Oleh karena sambungan las, beberapa hambatan lentur dan torsi akan terjadi pada sambungannya, dengan mengandalkan pembatasan tersebut akan membuat struktur jauh lebih kaku.

Tubular Space Frame memakai berbagai macam pipa circular (kadang – kadang dipakai bentuk squaretube agar mudah disambung, meskipun begitu bentuk circular memiliki kekuatan begitu besar).

Posisinya yang berbagai arah menghasilkan kekuatan mekanikal untuk melawan gaya dari berbagai arah. Pipa tersebut dilas sehingga terbentuk struktur yang kompleks.

2.2.3 Monocoque

Monocoque merupakan satu kesatuan stuktur chassis dari bentuk kendaraannya sehingga chassis ini memiliki bentuk yang beragam yang menyesuaikan dengan body mobil. Meskipun terlihat seperti satu kesatuan dari rangka dan body mobilnya, namun sebenarnya chassis ini dibuat dengan menggunakan pengelasan melalui proses otomasi sehingga hasil pengelasan yang berbentuk sempurna dan terlihat seperti tidak ada hasil pengelasan.

(33)

Material yang digunakan adalah baja sedangkan pada chassis lain digunakan campuran material antara baja dengan aluminium sehingga bobotnya lebih ringan. Kelemahan lainnya adalah tidak mungkin untuk pembuatan mobil bersekala kecil karena membutuhkan proses produksi menggunakan robot. Sebagai contoh dapat dilihat pada gambar 2.4. Dimana chassis ini terlihat kesatuan struktur yang senyawa mulai dari bagian depan higga belakang dimana merupakan produk massal untuk kebutuhan tranportasi pada umumnya.

Gambar 2.4 Chassis Monocoque

2.2.4 Backbone

Ini adalah aplikasi langsung dari teori jenis rangka pipa. Ide awalnya adalah dengan membuat struktur depan dan belakangnya yang terhubung dengan sebuah rangka tube yang melintang disepanjang mobil. Tidak seperti transmisi tunel, chassis backbone ini hampir seluruhnya adalah struktur kaku dan dapat menahan semua beban. Ini terdapat beberapa lubang yang kontinu. Karena begitu sempit diindingnya umumnya dibuat tebal. Chassis Backbone memiliki kekakuan

dari luas area bagian „backbone‟ itu sendiri. Ukuran luas penampangnya sekitar

00 50 [6]. Beberapa jenis chassis mengintegrasikan jenis chassis backbone ini ke struktur utama seperti mobil “Locost”. Bentuk rancang bangun chassis jenis tipe ini adalah tetap dengan mengandalkan backbone tetapi dengan menambahkan srtuktur tambahan untuk lebih mengkakukan backbone itu sendiri sepert balap mobil DP1.

Harus dicatat bahwa chassis backbone ini bisa di buat dalam berbagai bentuk konstruksi. Space FrameTriangular, chassis monocoqueangular ataupun

(34)

tube kontinu. Semua jenis chassis ini digunakan dalam memproduksi sebuah mobil. Hampir semua motor penggerak belakang dan penggerak depan mengizinkan chassis backbone ini untuk cover dari transmisi dan ruang poros penggerak.

ChassisBackbone Space Frame Hybrid

Balapan DP1 menggunakan space Frame untuk membangun sebuah struktur chassisbackbone. Juga ada ruang mesin dan ruang cockpit. Secara umum ini tidak menyerupai struktural tetapi oleh karena penyatuan alami dari balapan DP1 dan kekakuan chassis backbone yang triangular. Berikut chassis backbone

yang ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 ChassisBackbone

2.2.5 Aluminium Chassis Frame

Chassis jenis ini pertama kali dikembangkan oleh perusahaan mobil Audy bersama-sama dengan perusahaan pembuat aluminium Alcoa. Aluminium Chassis Frame dibuat untuk menggantikan chassis baja monocoque karena untk menghasilkan sebuah rangka yang ringan [7]. Aluminium Space Frame diklaim 40% lebih ringan dibanding dengan rangka baja monocoque namun 40% lebih rigid. Berikut adalah Aluminium Chassis frame yang ditunjukkan pada gambar 2.6.

(35)

Gambar2.6 AluminiumChassisFrame

Demikianlah beberapa jenis daripada chassis, oleh karena itu adapun tipe

chassis mobil Mesin USU yang akan di analisis dengan menggunakan adalah tipe

chassis Tubular Chassis Frame, karena terdapat bentuk batangan hollow sebagai rangkanya dan juga bentuk posisi yang menghasilkan kekuatan mekanikal untuk melawan gaya dari berbagai arah. Batangan hollow ini berbentuk tubesquare dilas sehingga terbentuk struktur yang kokoh.

2.3 Pembebanan pada Chassis Mobil Mesin USU

Pada dasarnya pembahasan utama daripada chassis mobil Mesin USU ini adalah dengan pemberian beban pada saat diam (static load). Berikut ini merupakan gaya yang diterima oleh chassis mesin USU, yaitu pada bagian driver. Dalam hal ini pembebanan pada mesin tidak diterapkan oleh karena batasan masalah skripsi. Oleh karena gaya tersebut adalah beban yang merupakan gaya berat oleh driver itu sendiri, maka akan terjadilah gaya – gaya reaksi yang diberikan oleh chassis itu sendiri. Dan akan menimbulkan defleksi dan tegangan yang terjadi oleh karena gaya berat itu. Berikut ini gambar utama chassis mesin Mesin USU yang ditunjukkan pada gambar 2.7.

(36)

Gambar 2.7 Chassis mobil Mesin USU

Adapun pada gambar 2.8 merupakan gambar beban yang diterima oleh chassis

mesin USU.

Gambar 2.8 Gaya yang diterima chassis

2.4Tegangan

Sebelum membahas tentang tegangan, peninjauan beberapa prinsip penting dari statika dan menunjukkan bagaimana mereka digunakan untuk menentukan beban internal (gaya – gaya dalam).

(37)

Kesetimbangan Benda Tegar

1. External load (Gaya – Gaya Luar), yaitu gaya yang disebabkan oleh kontak langsung dari satu benda dengan permukaan benda yang lain. Dalam semua kasus ini kekuatan didistribusikan ke daerah kontak antara benda.

2. Reaksi Pendukung, gaya luar yang terjadi pada dukungan atau titik kontak antara 2 benda disebut reaksi. Untuk masalah dua dimensi yaitu, benda mengalami sistem kekuatan coplanar (gaya-gaya luar), dukungan yang paling sering ditemui ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Jenis –Jenis Reaksi Dukungan

Tipe Koneksi Reaksi Tipe Koneksi Reaksi

Sumber: Hibbler, R. C. 2011.Mechanics of Materials, Eighth Edition [8]. 3. Persamaan Kesetimbangan

Di bidang engineering gaya pada benda dapat diwakili sebagai sistem gaya koplanar. Dalam hai ini, gaya terletak pada bidang x-y, maka kondisi untuk kesetimbangan benda dapat ditentukan dengan hanya tiga persamaan kesetimbangan skalar [8], yaitu:

(38)

= 0

...(2-1)

4. Resultan Gaya – Gaya Dalam

Untuk mendapatkan beban internal yang bekerja pada daerah tertentu dalam tubuh, maka perlu untuk melogikakan gaya yang terjadi pada potongan melalui daerah di mana beban internal harus ditentukan. Metode sebagian (pemotongan) digunakan untuk menentukan beban resultan internal yang bekerja pada permukaan benda yang dipotong. Secara umum, resultant ini terdiri dari gaya normal, gaya geser, momen torsi, dan momen lentur.

5. Free-Body Diagram (Diagram Benda Bebas)

Gambar diagram benda bebas dari salah satu segmen yang telah dipotong (gaya dalam) akan menunjukkan resultant gaya normal N, gaya geser V, momen lentur M, dan momen torsi T . Resultant ini biasanya ditempatkan pada titik yang mewakili pusat geometris atau pusat massa bidang dipotong.

2.4.1 Transformasi Tegangan

Kondisi tegangan pada satu titik tertentu dapat diketahui dari orientasi sebuah unsur dari material tersebut. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.9.

(39)

Dalam hal lain juga didapat kondisi tegangan di sebuah elemen yang memiliki orientasi dengan sudut �. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Kondisi tegangan pada bidang x‟-y‟

Transformasi tegangan pada komponen tegangan normal dan tegangan geser dari bidang x, y ke bidang x‟, y‟ dapat diketahui melalui diagram benda bebas elemen tersebut. Maka dalam hal ini segmen dipotong sepanjang bidang miring seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Bidang menerima tegangan (a) segmen yang dipotong; (b) potongan segmen

Dengan demikian didapat diagram benda bebas seperti ditunjukkan pada gambar 2.12.

(40)

Maka dengan menerapkan persamaan kesetimbangan akan didapat variabel � dan � sebagai berikut.

= 0

� (� �) � (� �) � (� �) �

� � � = 0

� = � � � � � � � � �

� = � ( �) � ( �) � � �

� = � � � � � � � � �

� = � � � � � � � �

...(2-2)

= 0

� (� � �) � � (� � �) � (� �) �

� � � � = 0

� = (� � ) � � � � � � �

� = (� � ) � � � �

...(2-3)

� = � � � � � � � �

(41)

Dan apabila tegangan normal yang bekerja pada sumbu y‟ diperlukan, seperti pada gambar 2-13.

Gambar 2.13 Diagram benda bebas bidang x‟-y‟

maka dapat ditentukan dengan mensubstitusi � = � 0 kedalam persamaan 2-7, maka:

...(2-4)

2.4.2 Tegangan utama (principal stress)

Untuk menentukan tegangan normal maksimum dan minimum yaitu dengan mendiferensialkan persamaan 2-2 terhadap � sama dengan nol. Maka:

� � = 0

� � � � _{� �}

� �

� = 0

� �

� � � � = 0

� � = � � � �

� � � =

�

� �

...(2-5)

� = � � � � � � � �

(42)

Maka didapat segitiga trigonometri seperti pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Segitiga trignometri tegangan utama Dengan mensubstitusikan nilai trigonometri ke persamaan 2-2, maka:

� = � � � � � � � �

� = � � � �

(

� �

√( � � ) �

) �

(

�

√( � � ) �

)

...(2-6) 2.4.3 Tegangan Geser Maksimum

Untuk mendapatkan tegangan geser maksimum yaitu dengan mendiferensialkan persamaan 2-3 terhadap � sama dengan nol. Maka:

� = � � � � � �

� = 0

� �

� � � � = 0

� � � = � � �

� � � =

� �

�

� �

�

√ � � _�

(43)

...(2-7) Maka didapat segitiga trigonometri seperti pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Segitiga trignometri tegangan geser Dengan mensubstitusikan nilai trigonometri ke persamaan 2-3, maka:

...(2-8)

2.5 Regangan

2.5.1 Transformasi Regangan

Elemen yang mengalami suatu regangan pada suatu bidang x-y seperti ditunjukkan pada gambar 2.16.

Gambar 2.16 Regangan pada elemen (a) Regangan normal, �; (b) Regangan geser, �

� =

� �

�

� �

�

√ � � �

�max � � � = √ � � �

(44)

Persamaan transformasi regangan pada regangan normal � pada arah adalah: ...(2-9) Untuk regangan geser � yang berorientasi pada sudut � adalah:

...(2-10) 2.5.2 Regangan Utama

Seperti halnya sama dengan pencarian tegangan utama dalam menentukan regangan normal maksimum dan minimum yaitu dengan mendiferensialkan persamaan 2-9 terhadap � sama dengan nol. Maka:

((� � ) (� � ) � �_{� � )}

� = 0

(� � )

� � �_{� = 0} � �

� =

(� � )

�

...(2-11)

Maka didapat segitiga trigonometri seperti pada gambar 2.17.

Gambar 2.17 Segitiga trignometri regangan utama Dengan mensubstitusikan nilai trigonometri ke persamaan 2-9, maka:

...(2-12) � =(� � ) (� � ) � � _{� �} � = (� � ) � � �_� � =(� _� � ) � (� � ) � (� � ) � � = (� � )± √ (� � ) �

(45)

2.5.3 Regangan Geser Maksimum

Untuk mendapatkan regangan geser maksimum pada arah yaitu dengan mendiferensialkan persamaan 2-10 terhadap � sama dengan nol. Maka:

...(2-13)

Ragangan geser maksimum didapat:

...(2-14)

2.6 Hukum Hooke

Diagram tegangan-regangan di kebanyakan material engineering memperlihatkan hubungan yang linear antara tegangan dan regangan di wilayah elastis. Dengan demikian peningkatan tegangan menyebabkan kesebandingan peningkatan regangan. Fakta inilah yang ditemukan oleh Robert Hooke 1676 dalam penerapan pegas dan dikenal dengan hukum Hooke.

...(2-15) Dimana : � = Tegangan (N/m2)

E = Modulus elastisitas atau modulus young (N/m2)

� = Regangan yang terjadi (m/m) 2.7 Momen Inersia

Momen inersia suatu luasan adalah perkalian antara luasan dengan jarak kuadrat dari titik berat luasan terhadap garis. Adapun penampang daripada rangka utama chassis ini adalah berbentuk hollow segi empat, dan untuk rollbarnya berbentuk hollow lingkaran.

� = � �max � � �

=√ (� � ) �

� = � _� �

(46)

2.7.1 Momen Inersia Penampang Hollow Segiempat

Untuk luas penampang dari rangka utama yang merupakan besi hollow

persegi dapat dilihat pada gambar 2.18.

Gambar 2.18 Penampang rangka utama

Dengan adanya dimensi dari penampang rangka utama maka dapat dicari momen inersia luas penampang rangka utama. Untuk luas penampang persegi panjang rumus inersia luas penampangnya adalah:

...(2-16) Maka dari persamaan 2-16, dapat dicari momen inersia luas penampang rangka utama:

...(2-17) 2.7.2 Momen Inersia Penampang Hollow Lingkaran

Untuk luas penampang dari rollbar yang merupakan besi hollow lingkaran dapat dilihat pada gambar 2.19.

Gambar 2.19 Penampang rollbar

b’

x’ y’

= _ℎ

= = _ℎ _ℎ

r’ r

x y

(47)

Dengan adanya dimensi dari penampang rollbar maka dapat dicari momen inersia luas penampang rollbar. Untuk luas penampang lingkaran rumus inersia luas penampangnya adalah:

...(2-18)

Maka dari persamaan 2-23, dapat dicari momen inersia luas penampang rollbar :

...(2-19) 2.8 Defleksi

Ketika suatu batang dibebani dengan gaya atau momen, defleksi terjadi pada batang. Sebelum mencari defleksi pada batanng perlu diketahui tegangan normal dan tegangan geser. Untuk menentukan besarnya tegangan-tegangan ini pada suatu bagian atau titik tersebut dan menentukan besarnya resultan pada tumpuan dapat menggunakan persamaan-persamaan kesetimbangan.

Gambar 2.20 merupakan contoh analisis 1 dimensi arah x untuk menentukan gaya, momen, dan defleksi pada batang yang ditumpu yang mengalami beban merata.

Gambar 2.20 Batang yang ditumpu dan diberi beban merata Maka dari gambar 2.20 di atas didapat:

1. Diagram benda bebas kesetimbangan gaya - gaya luar dan momen dapat dilihat pada gambar 2.21.

=�

(48)

Gambar 2.21 Diagram benda bebas gaya luar

Maka dari gambar 2.21 di atas didapat gaya – gaya yang bekerja sebagai berikut:

∑ = 0

� = 0

= �(₎

∑

= 0

∑ = 0

� = 0

= 0 =

�=

(49)

2. Diagram benda bebas gaya – gaya dalam di sepanjang 0 dapat dilihat pada gambar 2.22.

Gambar 2.22 Diagram benda bebas gaya – gaya dalam Maka dari gambar 2.22 di atas didapat:

∑

= 0

∑ = 0

� = 0

= (₎

∑ = 0

= 0

(50)

Untuk kondisi batas dengan = , maka gaya geser = bernilai nol dan didapat momen maksimum:

= ( )

...(2-20) Gambar 2.23 adalah diagram momen dan gaya geser yang terjadi pada batang yang diberi beban merata [9].

Gambar 2.23 Diagram momen dan gaya geser

Untuk kebanyakan batang yang mengalami defleksi maka persamaan untuk mencari kurva kemiringan adalah :

₌

(51)

Nilai variabel dan dapat diketahui dengan kondisi batas � = 0 pada =

0 =

Maka didapat persamaan kemiringan kurva

...(2-21)

Nilai variabel dan dapat diketahui dengan kondisi batas = 0 pada = 0

0 =

= 0

Maka didapat persamaan defleksi kurva

...(2-22)

� =₍ )

(52)

Maka untuk rangka utama yang menerima beban seperti ditunjukkan pada gambar 2.24.

Gambar 2.24 Pembebanan pada rangka utama

Dimana mengalami pembebanan merata dengan reaksi pendukung fixed support A dan B pada gambar 2.25. Maka untuk analisisnya adalah

Gambar 2.25Pembebanan merata batang

1. Diagram benda bebas kesetimbangan gaya - gaya luar dan momen dapat dilihat pada gambar 2.26.

Gambar 2.26 Diagram benda bebas kesetimbangan gaya - gaya luar

� =

= =

B A

(53)

Dengan pembebanan dan bentuk yang simetris pada batang maka = dan = , maka:

∑ = 0

= 0

∑ = 0

(₎ = 0

= 0

2. _{Diagram benda bebas gaya}–_{gaya dalam di sepanjang}0 _dapat

dilihat pada gambar 2.27.

Gambar 2.27 Diagram benda bebas gaya – gaya dalam

� =

(54)

Maka dari gambar 2.27 di atas didapat:

∑ = 0

� = 0

= 0

∑ = 0

� = 0

= 0

Batang mengalami deflekdi maka untuk mencari kurva kemiringan adalah:

₌

(55)

Nilai variabel M, , dan dapat diketahui dengan kondisi batas:

1. Kondisi batas = 0 pada = 0

= 0

2. Kondisi batas

= 0 pada = 0

₌

= 0

3. Kondisi batas = 0 pada =

0 =

Maka didapatkan persamaan kurva kemiringan:

₌

...(2-23)

...(2-24)

� =

(56)

2.9 Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga

Elemen hingga adalah idealisasi matematika terhadap suatu sistem dengan membagi objek menjadi elemen-elemen diskrit yang kecil dengan bentuk yang simpel. Metode elemen hingga adalah teknik yang sangat dominan pada structural mechanics. Ada banyak perangkat lunak analisis elemen hingga yang digunakan di industri saat ini dari beraneka disiplin ilmu teknik termasuk mechanical engineering. Dan solusi yang tepat untuk masalah-masalah itu adalah “CAD/

CAE”. CAD (Computer Aided Design) atau Merancang Berbantuan Komputer

adalah proses perancangan model yang cepat dan akurat, sedangkan CAE

(Computer Aided Engineering) atau Rancang-Bangun Berbantuan Komputer

adalah proses analisis dan simulasi tegangan yang mudah dan efektif. 2.9.1 Ansys

ANSYS adalah suatu perangkat lunak komputer umum yang mampu menyelesaikan persoalan-persoalan elemen hingga dari pemodelan hingga analisis. Ansys ini digunakan untuk mensimulasikan semua disiplin ilmu fisika baik statis maupun dinamis, analisis struktural (kedua-duanya linier dan nonliner), perpindahan panas, dinamika fluida, dan elektromagnetik untuk para engineer [10].

ANSYS dapat mengimpor data CAD dan juga memungkinkan untuk membangun geometri dengan kemampuan yang "preprocessing". Demikian pula dalam preprocessor yang sama, elemen hingga model (jaring alias) yang diperlukan untuk perhitungan dihasilkan. Setelah mendefinisikan beban dan melakukan analisis, hasil dapat dilihat sebagai numerik dan grafis.

2.9.2 Cara Kerja Ansys

ANSYS bekerja dengan sistem metode elemen hingga, dimana penyelesaiannya pada suatu objek dilakukan dengan pendeskritisasian dimana membagi atau memecah objek analitis satu rangkaian kesatuan ke dalam jumlah terbatas elemen hingga[11] yaitu menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan dihubungkan dengan node. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.28 dimana setelah

(57)

adanya module goemetry berupa chassis mobil Mesin USU yang telah diimpor dari file solidwork di Ansys workbench, maka chassis ini akan dideskritisasi untuk mendapatkan bagian – bagian mesh yang lebih kecil yang dihubungkan oleh node.

Gambar 2.28 Material yang disusun dengan node

Hasil yang diperoleh dari ANSYS ini berupa pendekatan dengan menggunakan analisa numerik. Ketelitiannya sangat bergantung pada cara memecah model tersebut dan menggabungkannya.

Secara umum, suatu solusi elemen hingga dapat dipecahkan dengan mengikuti 3 tahap ini. Ini merupakan panduan umum yang dapat digunakan untuk menghitung analisis elemen hingga.

Ada 3 langkah utama dalam analisis Ansys yaitu: 1. Model generation:

a. Penyederhanaan, idealisasi. b. Menentukan bahan/sifat material. c. Menghasilkan model elemen hingga.

2. Solusi:

a. Tentukan kondisi batas.

b. Menjalankan analisisnya untuk mendapatkan solusi.

3.Hasil ulasan:

a. Plot/daftar hasil. b. Periksa validitas [12].

(58)

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pendahuluan

Bab ini berisikan metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan masalah pada skripsi ini, yaitu tahap-tahap dalam melakukan simulasi struktur

chassis mobil Mesin USU. Secara umum metodologi yang digunakan adalah mendapatkan data (dimensi dan material chassis), pembuatan geometri chassis,

meshing, memasukkan data material, menetapkan fixed support, memberikan beban, menentukan variabel yang akan disimulasi (defleksi, tegangan, dan regangan) lalu menganalisis dengan perangkat lunak Ansys 14.5.

3.2 Waktu dan Tempat

Waktu penelitian, melingkupi waktu survei, desain, dan simulasi, yaitu dalam rentang waktu 6 bulan pada oktober 2012 s.d Maret 2013.

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik, laboratorium Impact and Fracture Research Center unit I dan II, program Magister dan Doktor Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan di rumah peneliti.

3.3 Material yang digunakan

Dalam penelitian ini, material chassis yang digunakan adalah besi struktur. Alasannya, karena material tersebut adalah material standar yang digunakan pada

chassis mobil Mesin USU. Yaitu hollow structural section, square ASTM A500 Gr.B.Sifat besi struktur ini dapat kita lihat pada tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1 Karakteristik Material Chassis Besi Struktur (Structural Steel)

Karakteristik Mekanik Nilai

Coefficient of Thermal Expansion Specific Heat

Thermal Conductivity

7,85e-6 kgmm-3 1,2e-5 C-1

(59)

Tabel 3.1 sambungan...

Karakteristik Mekanik Nilai

Density Resistivity Young's Modulus Poisson's Ratio Bulk Modulus Shear Modulus

6,05e-2 Wmm-1C-1 1,7e-4 ohm mm 200 GPa 0,3

1,6667e5 MPa 76923 MPa

Sumber: engineering data Static Structural Ansys 14.5 3.4 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU

Sesuai dengan regulasi peraturan kompetisi Indonesia Energy Marathon Challenge, maka pendesainan kenderaan harus sesuai dengan pasal 47: tentang kendaraan, yakni isinya adalah sebagai berikut:

a. Tinggi keseluruhan kendaraan antara 100 cm dan 130 cm. b. Lebar keseluruhan kendaraan antara 120 cm dan 130 cm. c. Panjang keseluruhan kendaraan antara 220 cm dan 350 cm.

d. Lebar track (jarak antar roda pada satu sumbu) tidak boleh kurang dari 100 cm untuk poros depan dan 80 cm untuk poros belakang, diukur dari kedua titik kontak roda dengan lintasan.

e. Jarak wheelbase (sumbu roda) tidak boleh kurang dari 120 cm.

f. Tinggi ruang kemudi tidak boleh kurang dari 88 cm dan lebar minimum 70 cm pada bahu pengemudi.

g. Jarak terendah komponen kendaraan dari lintasan (ground clearance) tidak boleh kurang dari 10 cm.

3.4.1 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU I a. Rangka Utama

Rangka utama disini merupakan rangka dasar chassis yang berfungsi sebagai pondasi utama untuk tempat pengemudi dan dudukan mesin. Rangka utama yang dipakai adalah besi hollow persegi (rectangular tube) berdimensi

(60)

, dengan tebal . Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.1 yang merupakan model besi hollow persegi yang dibuat dengan menggunakan Solidwork Premium 2011.

b. Rollbar

Rollbar dalam hal ini merupakan bagian chassis sambungan yang mengikuti kontur body mobil dan memberi ruang pengemudi. Untuk bagian

rollbar, material yang dipakai adalah besi hollow lingkaran (circular tube) berdimensi , dengan tebal . Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.2 yang merupakan model besi hollow lingkaran yang dibuat dengan menggunakan Solidwork Premium 2011.

Dengan adanya konsep dari rangka utama dan rollbar yang telah disesuaikan dimensinya, maka model chassis mobil Mesin USU I dapat dibuat sesuai dengan aslinya secara bertahap dengan menggunakan Solidwork Premium 2011. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.3 yang merupakan model chassis mobil Mesin USU I.

Gambar 3.1 Model besi hollow persegi 30 mm

(61)

Gambar 3.3 Chassis mobil Mesin USU I (a) Rangka utama; (b) Rollbar

Dalam hal ini model chassis mobil Mesin USU I sudah sesuai dengan dimensi chassis yang sebenarnya sehingga dapat langsung disimpan dalam format

assemblychassis yang untuk nantinya akan disimulasi strukturnya. 3.4.2 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU II

a. Rangka Utama

, dengan tebal . Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.4 yang merupakan model besi hollow persegi yang dibuat dengan menggunakan Solidwork Premium 2011.

b. Rollbar

Rollbar dalam hal ini merupakan bagian chassis sambungan yang mengikuti kontur body mobil dan memberi ruang pengemudi. Untuk bagian

rollbar, material yang dipakai adalah besi hollow lingkaran (circular tube) berdimensi , dengan tebal . Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.5 yang merupakan model besi hollow lingkaran yang dibuat dengan

(62)

Dengan adanya konsep dari rangka utama dan rollbar yang telah disesuaikan dimensinya, maka model chassis mobil Mesin USU II dapat dibuat sesuai dengan aslinya secara bertahap dengan menggunakan Solidwork Premium 2011. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.6 yang merupakan model chassis mobil Mesin USU II.

Gambar 3.4 Model besi hollow persegi 20 mm

Gambar 3.5 Model besi hollow lingkaran 16 mm

Gambar 3.6 Chassis mobil Mesin USU II (a) Rangka utama; (b) Rollbar

(63)

Dalam hal ini model chassis mobil Mesin USU I sudah sesuai dengan dimensi chassis yang sebenarnya sehingga dapat langsung disimpan dalam format

assemblychassis yang untuk nantinya akan disimulasi strukturnya.

Dalam hal ini, semua peraturan yang telah ditetapkan pada regulasi yang tertulis pada kompetisi IEMC telah memenuhi syarat dalam pendesainan chassis, dan hal yang menjadi perhatian dalam analisis struktur chassis ini adalah terdapat pada poin g, yaitu tentang ground clearence yang merupakan validasi utama dalam pembebanan yang diberikan pada chassis sehingga terbentuknya defleksi yang nantinya akan dibahas pada bab 5.

3.5 Simulasi

Setelah selesai didesain di software Solidwork Premium 2011, file

geometri chassis di export ke software Ansys 14.5 untuk disimulasikan. Berikut langkah-langkah simulasi yang dilakukan.

1.Buka program ansys14.5, dan pilih static structural, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7.

Gambar.3.7 Jendela utama Ansys 14.5

(64)

Gambar 3.8 Jendela engineeringdata Ansys 14.5

3. Return to project kemudian pilih geometri untuk mendesain geometri yang akan didesain. Karena desain gambar sudah dikerjakan terlebih dahulu pada Solidwork, maka gambar langsung dInput ke Ansys 14.5, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.9.

(65)

4. Pemberian meshing pada benda seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.10

Gambar 3.10 Pemberian meshing

5. Masukkan parameter simulasi yaitu Standard earth gravity, fixed support, dan pemberian beban. Untuk parameter gravitasi Bumi, dengan memasukkan nilai

‘Standard earth gravity’ dapat ditunjukkan pada gambar 3.11.

(66)

Untuk parameter tumpuan, dengan memilih part chassis untuk diberi ‘fixed support’ dapat ditunjukkan pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 parameter fixedsupport

Untuk parameter pemberian beban pada pengemudi, dengan memasukkan nilai

‘force’ pada chassis dapat ditunjukkan pada gambar 3.13.

(67)

Pada saat parameter pemberian beban pada pengemudi, beban yang diterapkan pada chassis Mesin USU I dan II adalah 700 N oleh karena regulasi yang telah ditetapkan pada peraturan kompetisi yaitu minimal 70 kg dan variasi beban 25 kN untuk chassis Mesin USU I dan 3,8 kN untuk chassis Mesin USU II.

6. Langkah berikutnya adalah menentukan variabel yang akan disimulasi, dalam simulasi ini adalah defleksi, tegangan, dan regangan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.14. Kemudian simulasi siap dijalankan.

Gambar 3.14 Menentukan variabel yang akan ditentukan

Setelah langkah-langkah secara garis besar di atas selesai, kita dapat memperoleh hasil simulasi yang diminta.

3.6 Diagram Alir Simulasi

Adapun diagram alir simulasi pada chassis mobil Mesin USU yang dikerjakan pada penelitian analisis struktur chassis dapat dilihat pada gambar 3.15 berikut ini.

(68)

Gambar 3.15 Diagram Alir Simulasi Ansys 14.5 mulai

Geometry module dengan Solidwork

Eksport geometri ke ansys workbench

Penentuan sifat material

Mesh Module (Menentukan mesh)

Compute Mesh ( proses meshing )

Error

Masukkan parameter simulasi

- Standard earth gravity

- fixed support

- pemberian beban Tidak

B A

Memasukkan variabel simulasi - Defleksi

- Tegangan - Regangan

(69)

Gambar 3.15 Diagram Alir Simulasi Ansys 14.5 (sambungan)

3.7 Diagram Alir Penelitian

Adapun diagram alir proses penyelesaian skripsi ini dapat dilihat pada gambar 3.16 berikut ini.

Done

selesai

Post- Processing Report review

Tidak

A _B

Run Calculation / Generate Solve

(proses penyelesaian)

Instalasi Solidwork Premium 2011

Mempelajari penggunaan software Solidwork Premium 2011

mulai

(70)

Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian (sambungan) Memastikan bahwa Ansys 14.5 telah dapat

digunakan untuk tahapan pre-processing, analisis dan post processing

error

Tidak

Mencari rujukan penelitian yang berkaitan yang bisa digunakan sebagai data sekunder

untuk bahan studi kasus

Melakukan simulasi chassis dengan Ansys 14.5

Simulasi behasil

Tidak

Membandingkan hasil chassis mesin USU I dengan chassis mesin USU II

Mempelajari penggunaan Ansys 14.5

Download dan instalasi Ansys 14.5 A

(71)

Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian (sambungan) Menganalisis perbandingan chassis mesin

USU I dengan chassis mesin USU II B

Hasil Nilai Simulasi Ansys 14.5

Chassis Mesin USU I Chassis Mesin USU II

Defleksi maks Defleksi ground clearence

Tegangan maks Regangan maks

(72)

BAB 4

HASIL DAN DISKUSI

4.1 Pendahuluan

Setelah melakukan tahapan-tahapan seperti pada metodologi penelitian maka didapat hasil modelling dan hasil simulasi struktur chassis mobil Mesin USU I dan chassis mobil Mesin USU I yaitu: hasil defleksi, hasil tegangan maksimum, dan hasil regangan maksimum dengan menggunakan perangkat lunak Ansys 14.5.

4.2 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU

Pada sub bab berikut ini merupakan hasil modelling chassis mobil Mesin USU I dan chassis mobil Mesin USU I.

4.2.1 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU I

Model Chassis Mobil Mesin USU I yang didesain di Solidwork Premium 2011 ditunjukkan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I

4.2.2 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU II

Model Chassis Mobil Mesin USU II yang didesain di Solidwork Premium 2011 ditunjukkan pada gambar 4.2.

(73)

Gambar 4.2 Model struktur chassis Mobil Mesin USU II 4.3 Hasil Simulasi Analisis Struktur Chassis Mobil Mesin USU

Pada sub bab ini akan membahas hasil simulasi analisis struktur chassis

mobil Mesin USU I dengan variasi beban yang diterima adalah 700 N dan 25 kN dan chassis mobil Mesin USU II dengan variasi beban yang diterima adalah 700 N dan 3,8 kN. Adapun hasil simulasinya adalah sebagai berikut:

4.3.1 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Pembebanan 700 N

Untuk perhitungan teori pada pembebanan 700 N yang diterima chassis

Mesin USU I pada 2 batang tempat duduk pengemudi maka analisis defleksinya adalah sebagai berikut:

1. Beban yang diterima chassis untuk 1 batang adalah 350 N pada seperti pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Beban merata batang chassis

B A

� = 350 N

(74)

2. Beban yang diterima chassis untuk disesuaikan dengan pemberian gaya pada ansys maka ditransformasikan dengan beban merata penuh seperti pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Beban merata penuh batang chassis

3. diagram benda bebas gaya luar seperti pada gambar 4.5.

gambar 4.5 Diagram benda bebas gaya luar

= �

=_{0 5}350 = 0 5 ⁄

Maka dengan menggunakan persamaan 2-24 didapat maks pada =

=₍₍₎ ₍₎ )

= ₃

= _{3 00 0} 0 5 0 5₀ = 0 = 0 0

� =

= =

B A

(75)

Didapat nilai = 0 0 . Nilai ini hanya mewakili 1 batang dimana fixed supportnya terletak pada kedua ujung batang.

Maka untuk perhitungan keseluruhan chassis yang lebih kompleks digunakan perhitungan metode numerik dengan menggunakan ansys. Berdasarkan pemberian beban, penetapan tumpuan, dan gravitasi Bumi seperti pada bab 3 pada chassis mesin USU, maka diperoleh:

1. Defleksi maksimum chassis Mesin USU I akibat beban 700 N

Hasil simulasi pada chassis mesin USU I dengan pembebanan 700 N terjadi defleksi maksimum sebesar 0,96 mm. Gambar 4.6 merupakan hasil simulasi berupa defleksi chassis dengan menunjukkan 10 sampel yang mewakili setiap bagian chassis.

Gambar 4.6 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N

Setelah penetapan sampel dilakukan, maka pada tabel 4.1 ditunjukkan distribusi deformasi setiap sampel elemen yang ada pada chassis.

3 5

2 1

7 8 9 10

(76)

Tabel 4.1 Distribusi deformasi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N

Elemen Deformasi (mm)

1 0,10692

2 0,32077

3 0,64154

4 0,85439

5 0,96081

6 0,85439

7 0,53462

8 0,42769

9 0,21385

10 0

2. Defleksi maksimum chassis Mesin USU II akibat beban 700 N

Hasil simulasi pada chassis mesin USU II dengan pembebanan 700 N terjadi defleksi maksimum sebesar 3,29 mm. Gambar 4.7 merupakan hasil simulasi berupa defleksi chassis dengan menunjukkan 10 sampel yang mewakili setiap bagian chassis.

Gambar 4.7 Defleksi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N

Setelah penetapan sampel dilakukan, maka pada tabel 4.2 akan ditunjukkan distribusi deformasi setiap sampel elemen yang ada pada chassis.

4 3 5

1 7

9 10

(77)

Tabel 4.2 Distribusi deformasi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N

Elemen Deformasi (mm)

1 0,74533

2 1,118

3 1,8633

4 2,9431

5 3,2966

6 2,9431

7 2,236

8 1,8633

9 0,37267

10 0

Dari tabel 4.1 dan tabel 4.2 yang merupakan data distribusi deformasi yang terjadi dari setiap elemen chassis Mesin USU I dan chassis Mesin USU II diperoleh grafik distribusi deformasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.8.

Gambar 4.8 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban 700 N 0 0,106

0,32

0,641

0,854 0,96 0,854 0,534 0,427 0,213 0 0 0,745 1,118 1,863 2,943 3,296 2,943 2,236 1,863 0,372 0 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

d e fl e ksi (m m ) Elemen

Defleksi Total

chassis Mesin USU I chassis Mesin USU II

(78)

3. Defleksi Ground clearencechassis Mesin USU I akibat beban 700 N Hasil simulasi chassis mesin USU I dengan pembebanan 700 N pada terjadi defleksi ground clearence sebesar 0,6415 mm pada gambar 4.9.

Gambar 4.9 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU I dengan beban 700 N Untuk studi kasus dalam penelitian ini adalah adanya defleksi ground clearence karena beban 700 N sebesar 0,6415 mm. Gambar 4.10 menunjukkan jarak normal dari bagian paling bawah chassis terhadap lintasan dengan besar 122,1 mm.

(79)

Dengan terjadinya defleksi pada chassis akan didapat selisih jarak ground clearencechassis terhadap lintasan. Perhitungannya adalah sebagai berikut: Jarak akhir = Jarak awal – defleksi ground clearence

= 122,10 – 0,641 = 121,45 mm

Maka dengan adanya beban driver yang berada di chassis didapat jarak terendah chassis terhadap lintasan sebesar 121,45 mm. Sehingga masih memenuhi standar jarak ground clearence minimal 100 mm.

4. Defleksi Ground clearence Mesin USU II akibat beban 700 N

Hasil simulasi pada pembebanan 700 N pada chassis mesin USU II terjadi defleksi ground clearence sebesar 2,236 mm pada gambar 4.11.

Gambar 4.11 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dengan beban 700N

Untuk studi kasus dalam penelitian ini adalah adanya defleksi ground clearence karena beban 700 N sebesar 2,236 mm. Gambar 4.12 menunjukkan jarak normal dari bagian paling bawah chassis terhadap lintasan dengan besar

(80)

Gambar 4.12 Pandangan kiri chassis Mesin USU II

= 112,10 – 2,236 = 109,86 mm

Dengan demikian didapatlah hasil defleksi ground clearence chassis

Mesin USU I dan defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dimana kedua

chassis ini tersebut telah memenuhi syarat dalam peraturan kompetisi.

4.3.2 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Beban Variasi

Berdasarkan pemberian beban, penetapan tumpuan, dan gravitasi Bumi seperti pada bab 3 pada chassis mesin USU, maka diperoleh:

(81)

1. Defleksi maksimum chassis Mesin USU I akibat beban 25 kN

Hasil simulasi pada chassis mesin USU I dengan pembebanan 25 kN terjadi defleksi maksimum sebesar 31,542 mm. Gambar 4.13 merupakan hasil simulasi berupa defleksi chassis dengan menunjukkan 10 sampel yang mewakili setiap bagian chassis.

Gambar 4.13 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN

Setelah penetapan sampel dilakukan, maka pada tabel 4.3 akan ditunjukkan distribusi deformasi setiap sampel elemen yang ada pada chassis.

Tabel 4.3 Distribusi deformasi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN

Elemen Deformasi (mm)

1 7,2273

2 10,841

3 18,086

4 28,195

5 31,452

6 28,195

7 14,455

8 18,086

9 7,2273

4 3 5

2 1

7 8

9 10 6

(82)

2. Defleksi maksimum chassis Mesin USU II akibat beban 3,8 kN

Hasil simulasi pada chassis mesin USU II dengan pembebanan 3,8 kN terjadi defleksi maksimum sebesar 17,074 mm. Gambar 4.14 merupakan hasil simulasi berupa defleksi chassis dengan menunjukkan 10 sampel yang mewakili setiap bagian chassis.

Gambar 4.14 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 3,8 kN

Setelah penetapan sampel dilakukan, maka pada tabel 4.4 akan ditunjukkan distribusi deformasi setiap sampel elemen yang ada pada chassis.

Tabel 4.4 Distribusi deformasi chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN

Elemen Deformasi (mm)

1 3,8607

2 5,791

3 9,6517

4 15,243

5 17,074

6 15,243

7 11,582

8 7,7213

9 1,9303

10 0

4 3 5

2 1 7

9 10 6

(83)

Dari tabel 4.3 dan tabel 4.4 yang merupakan data distribusi deformasi yang terjadi dari setiap elemen chassis Mesin USU I dan chassis Mesin USU II diperoleh grafik distribusi deformasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.15.

Gambar 4.15 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban variasi 3. Defleksi Ground clearence chassis Mesin USU I akibat beban 25 kN

Hasil simulasi pada pembebanan 25 kN pada chassis mesin USU I terjadi defleksi ground clearence sebesar 21,682 mm. Defleksi ini dapat dilihat pada gambar 4.16.

Gambar 4.16 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU I dengan beban 25kN 0 7,227 10,841 18,086 28,195 31,452 28,195 14,455 18,086 7,227 0 0

3,86 5,791 9,651

15,243 17,074 15,243 11,582 7,721 1,93 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

D e for m asi (m m ) Elemen

deformasi total

chassis Mesin USU I chassis Mesin USU II

(84)

Untuk studi kasus dalam penelitian ini adalah adanya defleksi ground clearence karena beban 25 kN sebesar 21,682 mm. Gambar 4.17 menunjukkan jarak normal dari bagian paling bawah chassis terhadap lintasan dengan besar 122,1 mm.

Gambar 4.17 Pandangan kiri chassis Mesin USU I

= 122,10 – 21,682 = 100,41 mm

Maka dengan adanya beban variasi sebesar 25 kN yang berada di chassis

didapat jarak terendah chassis terhadap lintasan sebesar 100,41 mm. Sehingga jarak ground clearence yang dihasilkan merupakan jarak yang harus dihindari karena telah mendekati jarak minimal ground clearence 100 mm.

4. Defleksi Ground clearence chassis Mesin USU II akibat beban 3,8 kN Hasil simulasi pada pembebanan 3,8 kN pada chassis mesin USU II terjadi defleksi ground clearence sebesar 11,582 mm. Defleksi ini dapat dilihat pada gambar 4.18.

(85)

Gambar 4.18 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN

Untuk studi kasus dalam penelitian ini adalah adanya defleksi ground clearence karena beban 3,8 kN sebesar 11,582 mm. Gambar 4.19 menunjukkan jarak normal dari bagian paling bawah chassis terhadap lintasan dengan besar 112,1 mm.

Gambar 4.19 Pandangan kiri chassis Mesin USU II Berikut selisih jarak ground clearencechassis terhadap lintasan : Jarak akhir = Jarak awal – defleksi ground clearence

(86)

Maka dengan adanya beban variasi sebesar 3,8 kN yang berada di chassis

didapat jarak terendah chassis terhadap lintasan sebesar 100,518 mm. Sehingga jarak ground clearence yang dihasilkan merupakan jarak yang harus dihindari karena telah mendekati jarak minimal ground clearence 100 mm.

4.3.3 Tegangan dan Regangan Chassis Mobil Mesin USU

Berdasarkan pemberian beban, penetapan tumpuan, dan gravitasi Bumi seperti pada bab 3 pada chassis mesin USU , maka diperoleh:

1. Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N

Hasil simulasi pada pembebanan 700 N pada chassis mesin USU I terjadi tegangan maksimum sebesar 22,563 MPa. Hasil simulasi ini dapat dilihat pada gambar 4.20.

Gambar 4.20 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N Hasil simulasi berupa tegangan chassis dengan menunjukkan 10 sampel yang mewakili setiap bagian chassis. Setelah penetapan sampel dilakukan, maka pada tabel 4.5 ditunjukkan distribusi tegangan setiap sampel elemen yang ada pada chassis.

Tabel 4.5 Distribusi tegangan chassis Mesin USU I dengan beban 700 N Elemen Tegangan (MPa)

1 0

2 2,5071

3 5,0141

6 3

2 10 7

9 1

5 4

(87)

Tabel 4.5 sambungan.... Elemen Tegangan (MPa)

4 7,5212

5 10,028

6 12,535

7 15,042

8 17,549

9 20,056

10 22,563

2. Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N

Hasil simulasi pada pembebanan 700 N pada chassis mesin USU I terjadi regangan maksimum sebesar 11,655e-5 mm/mm. Hasil simulasi ini dapat dilihat pada gambar 4.21.

Gambar 4.21 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N Hasil simulasi berupa regangan chassis dengan menunjukkan 10 sampel yang mewakili setiap bagian chassis. Setelah penetapan sampel dilakukan, maka pada tabel 4.6 akan ditunjukkan distribusi regangan setiap sampel elemen yang ada pada chassis.

Analisis Simulasi Struktur Chassis Mobil Mesin USU Berbahan Besi Struktur Terhadap Beban Statik dengan Menggunakan Perangkat Lunak Ansys 14.5