Analisis Simulasi Struktur Chassis Mobil Mesin USU Berbahan Besi Struktur Terhadap Beban Statik dengan Menggunakan Perangkat Lunak Ansys 14.5
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
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.
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
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- -5
maksimum = 11,65e mm/mm. Dengan beban 700 N terhadap chassis Mesin USU
II didapat defleksi maksimum = 3,29 mm, defleksi ground clearence = 2,236 mm,
- -5 tegangan maksimum = 53,217 Mpa, regangan maksimum = 26,71e 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 =
- -5
741,59 MPa, regangan maksimum = 371,12e 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
- -5
maksimum = 139,39e 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
clearence,tegangan maksimum, regangan maksimum, ANSYSABSTRACT
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
- -5
clearence deflection, 22,563 MPa maximum stress, 11,65e 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,
- -5
26,71e mm/mm maximum strain. With 25 kN load on chassis Mesin USU I acquired 31,542 mm maximum deflection, 21,682 mm ground clearence
- -5
deflection, 741,59 MPa maximum stress, 371,12e mm/mm maximum strain. And
3,8 kN load on chassis Mesin USU II acquired 17,074 mm maximum deflection,- -5
11,582 mm ground clearence deflection, 277,64 MPa maximum stress, 139,39e 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.
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR .................................................................................... i ABSTRAK ...................................................................................................... iii DAFTAR ISI ................................................................................................... v DAFTAR TABEL .......................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xii BAB 1 PENDAHULUAN .............................................................................. 1
2.2.3 Monocoque .......................................................................... 9
2.5.3 Regangan Geser Maksimum ................................................ 22
2.5.2 Regangan Utama .................................................................. 21
2.5.1 Transformasi Regangan ....................................................... 20
2.5 Regangan ....................................................................................... 20
2.4.3 Tegangan Geser maksimum ................................................ 19
2.4.2 Tegangan utama (principal stress) ...................................... 18
2.4.1 Transformasi Tegangan ....................................................... 15
2.4 Tegangan ....................................................................................... 13
2.3 Pembebanan pada Chassis Mobil Mesin USU .............................. 12
2.2.5 Aluminum Chassis Frame .................................................... 11
2.2.4 Backbone .............................................................................. 10
2.2.2 Tubular Space Frame .......................................................... 8
1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1
2.2.1 Ladder Frame ...................................................................... 7
2.2 Jenis – Jenis Chassis ..................................................................... 6
2.1 Chassis .......................................................................................... 6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 6
1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 4
1.5 Batasan Masalah ............................................................................ 3
1.4 Manfaat Penelitian ......................................................................... 3
1.3.2 Tujuan Khusus ..................................................................... 3
1.3.1 Tujuan Umum ...................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................... 3
1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 2
2.6 Hukum Hooke ............................................................................... 22
2.7 Momen Inersia............................................................................... 22
3.7 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 46
5.2 Saran ............................................................................................... 77
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 75
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 75
4.4 Perbandingan Hasil Analisis Struktur Chassis Mobil Mesin USU I dengan Chassis Mobil Mesin USU II ................................ 73
4.3.3 Tegangan dan Regangan Chassis Mobil Mesin USU .......... 63
4.3.2 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Beban Variasi 57
4.3.1 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Pembebanan 700 N ................................................................................... 50
4.3 Hasil Simulasi Analisis Struktur Chassis Mobil Mesin USU ....... 50
4.2.2 Hasil Modelling Chassis Mobil Mesin USU II .................... 49
4.2.1 Hasil Modelling Chassis Mobil Mesin USU I ..................... 49
4.2 Hasil Modelling Chassis Mobil Mesin USU ................................. 49
4.1 Pendahuluan .................................................................................. 49
BAB 4 HASIL DAN DISKUSI ...................................................................... 49
3.6 Diagram Alir Simulasi .................................................................. 44
2.7.1 Momen Inersia Penampang Hollow Segiempat ................... 23
3.5 Simulasi ......................................................................................... 40
3.4.2 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU II ............................ 38
3.4.1 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU I ............................. 36
3.4 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU ......................................... 36
3.3 Material yang digunakan ............................................................... 35
3.2 Waktu dan Tempat ........................................................................ 35
3.1 Pendahuluan .................................................................................. 35
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 35
2.9.2 Cara Kerja Ansys ............................................................ 33
2.9.1 Ansys ............................................................................... 33
2.9 Perangkat Lunak Elemen Hingga .................................................. 33
2.8 Defleksi ......................................................................................... 24
2.7.2 Momen Inersia Penampang Hollow Lingkaran ................... 23
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 78 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Jenis- –Jenis Reaksi Dukungan ......................................................... 14
USU II ............................................................................................. 74
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Ladder Frame ............................................................................... 7Gambar 2.2 Ladder Frame dengan palang X................................................... 8Gambar 2.3 Tubular Space Frame ................................................................... 9Gambar 2.4 Chassis Monocoque .................................................................... 10Gambar 2.5 Chassis Backbone ......................................................................... 11Gambar 2.6 Aluminium Chassis Frame .......................................................... 12Gambar 2.7 Chassis mobil Mesin USU ........................................................... 13Gambar 2.8 Gaya yang diterima chassis .......................................................... 13Gambar 2.9 Kondisi tegangan pada bidang x-y ............................................... 15Gambar 2.10 Kondisi tegangan pada bidang x’-y’ .......................................... 16
Gambar 2.11 Gambar 2.11 Bidang menerima tegangan (a) segmen yang dipotong; (b) potongan segmen ................................................. 16Gambar 2.12 Diagram benda bebas potongan segmen .................................... 16Gambar 2.13
Diagram benda bebas bidang x’-y’ ............................................ 18
Gambar 2.14 Segitiga trignometri tegangan utama.......................................... 19Gambar 2.15 Segitiga trignometri tegangan geser ........................................... 20Gambar 2.16 Regangan pada elemen (a) Regangan normal, ; (b) Regangan geser, .................................................................................. 20Gambar 2.17 Segitiga trignometri regangan utama ......................................... 21Gambar 2.18 Penampang rangka utama........................................................... 23Gambar 2.19 Penampang rollbar ..................................................................... 23Gambar 2.20 Batang yang ditumpu dan diberi beban merata .......................... 24Gambar 2.21 Diagram benda bebas gaya luar ................................................. 25Gambar 2.22 Diagram benda bebas gaya- – gaya dalam .................................. 26
- – gaya dalam .................................. 30
Gambar.3.7 Jendela utama Ansys 14.5 ............................................................ 40
Gambar 3.8 Jendela engineering data Ansys 14.5 ........................................... 41Gambar 3.9 Geometri yang di input dari solidwork ........................................ 41Gambar 3.10 Pemberian meshing .................................................................... 42Gambar 3.11 Parameter gravitasi Bumi ........................................................... 42Gambar 3.12 parameter fixed support .............................................................. 43Gambar 3.13 Parameter Pembebanan .............................................................. 43Gambar 3.14 Menentukan variabel yang akan ditentukan ............................... 44Gambar 3.15 Diagram Alir Simulasi Ansys 14.5 ............................................ 45Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian ............................................................. 46Gambar 4.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I ................................ 49Gambar 4.2 Model struktur chassis Mobil Mesin USU II ............................... 50Gambar 4.3 Beban merata batang chassis........................................................ 50Gambar 4.4 Beban merata penuh batang chassis ............................................. 51gambar 4.5 Diagram benda bebas gaya luar .................................................... 51Gambar 4.6 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ................... 52Gambar 4.7 Defleksi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N .................. 53Gambar 4.8 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban 700 N .............. 54Gambar 4.9 Defleksi ground clearence chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ............................................................................................ 55Gambar 4.10 Pandangan kiri chassis Mesin USU I ......................................... 55Gambar 4.11 Defleksi ground clearence chassis Mesin USU II dengan beban700N ............................................................................................ 56
Gambar 4.12 Pandangan kiri chassis Mesin USU II........................................ 57Gambar 4.13 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ................. 58Gambar 4.14 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 3,8 kN ................ 59Gambar 4.15 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban variasi ........... 60Gambar 4.16 Defleksi ground clearence chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN .......................................................................................... 60Gambar 4.17 Pandangan kiri chassis Mesin USU I ......................................... 61Gambar 4.18 Defleksi ground clearence chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN .............................................................................. 62Gambar 4.19 Pandangan kiri chassis Mesin USU II........................................ 62Gambar 4.20 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N .......................................................................................... 63Gambar 4.21 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N .......................................................................................... 64Gambar 4.22 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU I denganBeban 700 N .............................................................................. 65
Gambar 4.23 Tegangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban 700 N .......................................................................................... 66Gambar 4.24 Regangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban700 N .......................................................................................... 67
Gambar 4.25 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ............................................................................... 68Gambar 4.26 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ............................................................................... 68Gambar 4.27 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ............................................................................... 69Gambar 4.28 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU I denganBeban 25 kN .............................................................................. 70
Gambar 4.29 Tegangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN .............................................................................. 71Gambar 4.30 Regangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN .............................................................................. 72Gambar 4.31 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU II denganBeban 3,8 kN ............................................................................. 73
Gambar 5.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I ................................ 75Gambar 5.2 Model struktur chassis Mobil Mesin USU II ............................... 75= 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)
2
= Tegangan (N/m ) = Regangan (m/m)
2 E = Modulus elastisitas (N/m )
= Tegangan normal pada arah sumbu x (N) = Tegangan normal pada arah sumbu y (N)
2
= Tegangan normal pada arah sumbu (N/m )
2
= Luas bidang (m )
2
= Tegangan geser pada bidang x - y (N/m )
2
= Tegangan geser pada bidang (N/m )
x’-y’
= Regangan normal pada arah sumbu x = Regangan normal pada arah sumbu y = Regangan normal pada arah sumbu
x’
= Regangan geser pada bidang x - y = Regangan geser pada bidang
x’-y’
4 I = Momen inersia luas (m )
4
= Momen inersia luas pada arah sumbu )
x’ (m
= Besar lendutan (m)