ANALISIS STRUKTURAL PERFORMA CHASSIS SAPUANGIN SPEED Oleh : Muhammad Fadlil Adhim

Transkripsi

1 ANALISIS STRUKTURAL PERFORMA CHASSIS SAPUANGIN SPEED 2013 Oleh : Muhammad Fadlil Adhim

2 Latar Belakang Partisipasi ITS Team Sapuangin di ajang Student Formula Japan 2013

3 BAGIAN YANG ENGINE MENENTUKAN PERFORMA VEHICLE STABILITY AERODYNAMIC DRIVETRAIN

4 Vehicle Stability Suspensi Steering System Sistem Pengereman Chassis

5 Rumusan Permasalahan Bagaimana cara mewakili pembebanan statis, torsional, akselerasi, pengereman dan beban belok dengan pendekatan analitis Bagaimana mengevaluasi kemampuan chassis menerima pembebanan dengan ANSYS.

6 Tujuan Melakukan pendekatan numerik untuk mewakili pembebanan. mengevaluasi kemampuan chassis dalam menerima pembebanan menggunakan ANSYS Static Structural.

7 1. Spesifikasi kendaraan Sapuangin Speed 2013 : a. Berat kosong : 310 kg b. Berat pengendara : 70 kg (1 Pengendara) c. Distribusi beban roda depanbelakang : 40:60 (dengan pengendara) d. Wheelbase : 1650 mm e. Track Width depan : 1225 mm f. Track Width belakang : 1125 mm g. Diameter roda : 21 inch 2. Selain chassis, engine, tangki, drivetrain, pengendara, dan un-sprung Masses massanya diabaikan namun massa total tetap 310 kg. Batasan Masalah

8 1. Massa yang terlibat dalam perhitungan : a. Chassis : 45 kg b. Drivetrain : 15 kg c. Tangki : 10 kg d. Engine : 60 kg e. Pengendara : 70 kg f. Un-sprung Masses : 4 x 40kg 2. Uji kemiringan 60 o sebagai dasar perhitungan 3. Mobil mampu melaju pada jarak 75 m dalam waktu 4.5 detik dan melakukan pengereman dari 100 km/h hingga berhenti pada jarak 10 m. 4. Mobil mampu melewati tikungan dengan radius 4.5 m dengan kecepatan 40 km/h. 5. Material yang digunakan adalah JIS 3445 grade 11 Batasan Masalah

9 FSAE Japan Event (Sophia-racing.com) Sapuangin Speed 2013 (Sapuangin Design Report) FSAE Chassis Rules (FSAE Rules 2013) Tilt Test (saea.com.us)

10 Analisis dinamika kendaraan (I Nyoman Sutantra, 2001) Teori kegagalan (Robert, 1967) Metode elemen hingga (Cooc, 1995) AISI 1010 (toptube.co.th)

11 AISI 1010

12 Studi Literatur (Singh, 2010) No. Test Boundary condition Force Moments 1 Statik Shear Clamp- rear suspension mounts Downward force at front bulkhead 2 Statik overall bending Clamp- front and rear suspension mounts Uniformly distributed loading Statik torsional loading Acceleration Analysis Frequency analysis Clamp- rear suspension mounts Clamp- front and rear suspension mounts Clamp- front and rear suspension mounts Clockwise Moment at bulkhead side Force applied towards rear Frequency range Hz to Hz

13 Metodologi Percobaan 5 Jenis Pembebanan 1.Beban vertikal 2.Beban torsional 3.Beban akibat akselerasi 4.Beban akibat belok 5.Beban akibat pengereman

14 Perhitungan Beban : Center of gravity = 0 tan 60 = 700 = 700 tan 60 = = 0 = 0.6 = = 990

15 Perhitungan Beban : Center of gravity Hasil : X = 990 mm Y = 700 mm Z = mm

16 Beban Statis Vertikal Warna coklat : Tumpuan Warna Merah : beban pengendara Warna Biru : beban tangki Warna Kuning : beban Engine Warna Hijau : beban Drivetrain Chassis : 45 kg Drivetrain : 15 kg Tangki : 10 kg Engine : 60 kg Pengendara : 70 kg

17 = No Beban (x W Sprung ). (newton)

18 BEBAN : Beban akibat inersia linier sprung masses dan un-sprung Masses depan Beban akibat gaya dorong dari sistem Suspensi belakang Beban vertikal (berat) Beban reaksi pada tumpuan Suspensi

19 Beban Akibat Belok BEBAN : Beban akibat inersia ke arah lateral dari sprung masses dan unsprung masses pada bagian luar arah belok. Beban vertikal (berat) Beban reaksi pada a-arm bagian dalam arah belok Beban reaksi pada tumpuan Suspensi

20 PENGEREMAN BEBAN : Beban akibat inersia linier sprung masses dan un-sprung Masses belakang Beban akibat gaya reaksi dari sistem suspensi depan Beban vertikal (berat) Beban reaksi pada tumpuan Suspensi

21 Penomoran Tumpuan B1 A1 A3 B2 A6 B4 B5 C1 A2 A4 B3 A5 D1 D3 D4 C2 D2 D5 D6 E1 E3 E2 A9 A12 A11 A8 A7 A10 E4 No Dudu kan X Y Z 1 A A A A A A A A A A A A B B B B B C C D D D D D D E E E E

22 Perhitungan Titik Berat 95 th Percentile male = = = =

23 Perhitungan Titik Berat Engine, Drivetrain, Tangki, Unsprung Masses X = 9.68 mm Y = mm Z = mm

24 Perhitungan Titik Berat Engine, Drivetrain, Tangki, Unsprung Masses

25 Penentuan Distribusi Beban Pada 1. Pembuatan geometri sederhana untuk semua dudukan, titik berat, dan titik tangkap gaya yang dianggap rigid body. 2. Pendefinisian seluruh mounting sebagai tumpuan sendi peluru. 3. Pemberian gaya inersia dan Setiap Tumpuan Gaya gravitasi gaya berat pada titik berat pengendara. 4. Meshing dan simulasi untuk mendapatkan gaya-gaya pada sumbu x, y dan z pada setiap tumpuan. B1 B2 B4 B5 B3

26 Tangki Penentuan Distribusi Beban Pada Setiap Tumpuan Drivetrain Unsprung Depan Engine Tangki

27 Gaya Tarik dan Torsi Engine D3 D2 D4 D1 Gaya Inersia dan gravitasi D5 Gaya Engine D6 R roda = 0.29 m R sprocket drivetrain = m F dorong roda = 2875 N (gaya dorong akselerasi) R sprocket engine = m M roda = F dorong roda x R roda = 2875 x 0.29 = Nm M sprocket drivetrain = M roda F rantai = M sprocket drivetrain / R sprocket drivetrain =833.75/0.115 = 7250 N (gaya Tarik) M sprocket engine = F rantai x R sprocket engine = 7250 x = Nm (Momen Sprocket)

28 Constraint Beban Vertikal A7, A11 Displacement : z = 0 y z x A1, A2, A3, A4 Displacement : x = 0 y = 0 A7, A8, A9, A10 Displacement : x = 0 y = 0

29 Constraint Beban Torsional A5 from F = 0.1Wsprung to F = Wsprung A11 Displacement : z = 0 y z x A7, A8, A9, A10 Displacement : x = 0 y = 0 A5 No. Gaya pada tumpuan A x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N x Wsprung N 10 1 x Wsprung N

30 Constraint Beban Akselerasi A7, A11 Displacement : z = 0 y z x A7, A8, A9, A10 Displacement : x = 0 y = 0

31 Constraint Beban Belok z x A7, A11 Displacement : z = 0 y A7, A8, A9, A10 Displacement : x = 0 y = 0 A1, A2, A3, A4 Displacement : x = 0 y = 0

32 Constraint Beban Pengereman A7, A11 Displacement : z = 0 y z x A1, A2, A3, A4 Displacement : x = 0 y = 0

33 Meshing dan Convergent Test Simulasi Awal Pencarian Titik Maksimal Refinement

34 Convergent Test Dengan Refinement Tanpa refinement Refinement tingkat 1 Refinement tingkat 2 Refinement tingkat 3

35 Hasil Convergent Test Beban vertikal Teganagan Maksimal (MPa) , , , Convergent Test , Jumlah Elemen Convergent Test

36 Hasil Convergent Test Beban torsional Tegangan Maksimal (MPa) Convergent Test , , , Jumlah Elemen , Convergent Test

37 Hasil Convergent Test Beban Akselerasi Tegangan Maksimal (MPa) , Convergent Test , , , Jumlah Elemen Convergent Test

38 Hasil Convergent Test Beban Belok Tegangan Maksimal (MPa) , Convergent Test , , , Jumlah Elemen Convergent Test

39 Hasil Convergent Test Beban Pengereman Tegangan maksimal(mpa) , Convergent Test , , , Jumlah Elemen Convergent Test

40 Hasil Simulasi Beban vertikal

41 Hasil Simulasi Beban Torsional No Torsi (Nm) Tegangan Von Mises (MPa) (Tegangan) Tegangan Von Mises (MPa) Tegangan vs Torsi Torsi (Nm) Tegangan vs Torsi

42 Metode Perhitungan Sudut Puntir dy 0 y1 x = 615 mm dy = y2-y1 x = 615 mm θ = arcsin (dy/x) y2

43 Hasil Simulasi Beban Torsional (Sudut Puntir) teta (derajat) No Torsi (Nm) Sudut Puntir ( o ) kekakuan Torsi (Nm) kekakuan Koefisien kekakuan = Nm/ o < 1073 Nm/ o (William, 2002)

44 Hasil Simulasi Beban Akselerasi

45 Hasil Simulasi Beban Belok

46 Hasil Simulasi Beban Pengereman

47 Analisis dan Evaluasi N Pembebanan Von Mises Stress (MPa) Deformasi maksimal (mm) Angka keamanan o. 1 Vertikal Torsional (0.5Wsprung) Akselerasi Belok Pengereman Beban Vertikal Tumpuan B2 Beban Torsional Second Bulkhead Beban Akselerasi Tumpuan E1 Beban Belok Tumpuan B2 Beban Pengereman Tumpuan B2

48 Rekomendasi Perubahan Penambahan elemen diagonal

49 Rekomendasi Perubahan Penambahan elemen

50 Kesimpulan elemen digunakan untuk beban vertikal, elemen untuk beban torsi, elemen untuk beban akselerasi, elemen untuk beban belok dan elemen untuk beban pengereman. 2. Untuk beban vertikal, tegangan von mises sebesar MPa, deformasi maksimal sebesar 0.52 mm dan angka keamanan sebesar Untuk beban Torsional, pada pembebanan 0.5Wsprung, tegangan von mises sebesar MPa, deformasi maksimal sebesar 7.63 mm, angka keamanan sebesar 1.62 dan kekakuan sebesar Nm/ o. 4. Untuk beban akselerasi, tegangan von mises sebesar MPa, deformasi maksimal sebesar 1.69 mm dan angka keamanan sebesar 1.63

51 Kesimpulan 5. Untuk beban belok, tegangan von mises sebesar MPa, deformasi maksimal sebesar 1.06 mm dan angka keamanan sebesar Untuk beban belok, tegangan von mises sebesar MPa, deformasi maksimal sebesar 0.44 mm dan angka keamanan sebesar chassis Sapuangin Speed 2013 belum mempunyai angka keamanan dan kekakuan yang baik dan perlu mendapat tambahan elemen chassis sebagai berikut : Elemen diagonal pada bagian samping pengendara. Elemen penghubung antara dua tumpuan di bawah kursi pengendara. Elemen penghubung yang dapat menyalurkan secara langsung gaya dari engine ke drivetrain.

52 Saran 1. Pemberian beban pada saat simulasi di software ANSYS sebaiknya dilakukan secara langsung dan pada titik berat beban atau pada titik tangkap gayanya. 2. Hasil simulasi ini sebaiknya dibandingkan dengan hasil pengujian langsung pada chassis sebagai pembanding. 3. Proses Convergent Test dilakukan secara menyeluruh pada bagian chassis.