ANALISA STATIS PADA STRUKTUR RANGKA CHASSIS KENDARAAN RODA TIGA SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : FARIS ADITYA PUTRA NIM. I 0410018 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2014 to user
ii
iii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala nikmat, rahmat serta bimbingan-nya sehingga penulis dapat menyyelesaikan skripsi ini yang berjudul Analisa statis pada struktur rangka chassis kendaraan roda tiga dengan lancar. Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini penulis mendapatkan bantuan, bimbingan, pengalaman dan pelajaran yang sangat berharga dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya baik secara langsung dan tidak langsung. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Ibu, Bapak dan seluruh keluarga yang dirumah atas segala dukungan yang sangat besar baik secara moral ataupun material. 2. Bapak Wibowo, S.T., M.T., selaku Pembimbing I tugas akhir atas segala bimbingan dan nasehatnya. 3. Bapak Eko Prasetyo B., S.T., M.T., selaku Pembimbing II tugas akhir atas kesediaan membimbing penulis dalam mengerjakan tugas akhir. 4. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., dan Bapak Dr. Dominicus Danardono, S.T.,M.T. selaku Dosen Penguji atas segala masukan dan nasehatnya untuk menjadikan tugas akhir ini lebih baik. 5. Bapak-bapak dosen di jurusan Teknik Mesin UNS. 6. Seluruh teman-teman angkatan 2010 yang saya cintai dengan sepenuh hati yang telah memulai perjuangan bersama. 7. Anggun Kharisma Rani dan seluruh teman-teman Nur Fadliilah atas do a, semangat, dan motivasi yang telah diberikan dan membantu untuk membuktikan bahwa (muhammad:7) itu benar dan nyata. 8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala bantuanya dalam proses penulisan skripsi ini. iv
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk itu masukan dan saran yang membangun akan penulis terima dengan ikhlas dan penulis ucapkan terimakasih. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Surakarta, 19 Desember 2014 Penulis v
ABSTRAK ANALISA STATIS PADA STRUKTUR RANGKA CHASSIS KENDARAAN RODA TIGA Faris Aditya Putra Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta faris.aditya,p@gmail.com Penelitian ini bertujan untuk manganalisa secara statis struktur rangka chassis kendaraan roda tiga. Kendaraan ini memiliki dua rangka yang dibuat terpisah dan digabungkan dengan pivot joint dimana rangka depan menahan satu roda dan rangka belakang menahan dua roda. Struktur rangka chassis dimodelkan dalam 3D CAD untuk disimulasikan dan dianalisa kekuatan dan kekakuan struktur dengan hasil tegangan maksimal, safety factor, dan deformasi sehingga dapat diketahui kegagalan terhadap pembebanan atau impak dari arah depan, belakang, dan pembebanan vertikal. Hasil penelitian menunjukkan struktur rangka chassis yang telah dianalisa mengalami peningkatan kekuatan dan kekakuan setelah perbaikan desain dilakukan, struktur rangka chassis tidak mengalami kegagalan dengan safety factor pada impak depan sebesar 1,78 dengan tegangan maksimal sebesar 349,7 MPa dan deformasi maksimum sebesar 6,19 mm, pada impak belakang sebesar 2,73 dengan tegangan maksimal sebesar 260,2 MPa dan deformasi maksimum sebesar 17,9 mm, dan pada pembebanan vertikal sebesar 3,35 dengan tegangan maksimal sebesar 211,89 MPa dan deformasi maksimum sebesar 5 mm. Kata kunci: struktur rangka chassis, impak depan, impak belakang, pembebanan vertikal, tegangan maksimal, safety factor, deformasi. vi
ABSTRACT STATIC ANALYSIS ON CHASSIS FRAME STRUCTURE OF THREE-WHEELED VEHICLE Faris Aditya Putra Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta faris.aditya.p@gmail.com The purpose of this study is to analyzed statically the chassis frame structure of three wheeled vehicle. The structure of this vehicle have two frames that made separately and connected by pivot joint which the front frame held one wheel while the rear frame held a pair of wheels. Chassis frame structure was modeled in 3D CAD to be simulated and analyzed the strength and stiffness with a maximum stress, safety factor, and deformation as a result so that the failure of load or impact from the front, rear, and vertical loading can be known. The result showed that the strength and the stiffnes of chassis frame structure which had been analyzed has increased after redesign. The structure of the chassis no longer fail with a safety factor at 1,78 in the front impact case with a maximum stress at 349,7 MPa and a deformation at 6,19 mm, 2,73 in the rear impact case with a maximum stress at 260,2 MPa and a deformation at 17,9 mm, and 3,35 in vertical loading case with a maximum stress at 211,89 MPa and a deformation at 5 mm. Keywords: chassis frame structure, front impact, rear impact, vertical loading, maximum stress, safety factor, deformation. vii
DAFTAR ISI Halaman Judul... i Surat Tugas... ii Lembar Pengesahan... iii Kata Pengantar... iv Abstrak... vi Daftar Isi... viii Daftar Gambar... ix Daftar Tabel... xi Daftar Rumus... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Peumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan dan Manfaat... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 4 2.1 Tinjauan Pustaka... 4 2.2 Dasar Teori... 6 2.2.1 Chassis...... 6 2.2.2 Metode Elemen Hingga... 6 2.2.3 Simulasi Solidworks... 7 2.2.4 Kendaraan Roda Tiga... 8 2.2.5 Impak... 10 2.2.6 Metode Quasi-dinamik... 10 2.2.7 Pembebanan vertikal... 11 BAB III METODE PENELITIAN... 12 3.1 Alat dan Bahan... 12 3.1.1 Alat... 12 3.1.2 Bahan... 12 3.2 Metode Penelitian... 13 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 16 4.1 Validasi... 16 4.1.1 Validasi Analisa Statis pada Jurnal... 16 4.1.2 Validasi Analisa Statis Pemodelan Struktur Rangka... 19 4.1.3 Perbandingan Analisa Statis pada Jurnal dan Pemodelan... 22 4.2 Proses Disain Rangka Penelitian... 23 4.3 Nilai Pembebanan... 26 4.3.1 Impak Depan... 27 4.3.2 Impak Belakang... 34 4.3.3 Beban Vertikal... 41 4.4 Hasil Simulasi... 44 BAB V PENUTUP... 45 5.1 Kesimpulan... 45 5.2 Saran... 45 DAFTAR PUSTAKA... 46 LAMPIRAN... 48 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Aplikasi metode elemen hingga (MEH)... 7 Gambar 2.2 Kendaraan roda tiga dengan dua roda di depan... 8 Gambar 2.3 Kendaraan roda tiga dengan dua roda di belakang... 8 Gambar 2.4 Kendaraan roda tiga... 9 Gambar 2.5 Pivot joint... 9 Gambar 2.6 Tes impak pada kendaraan... 10 Gambar 2.7 Distribusi berat pada chassis... 11 Gambar 3.1 Kendaraan roda tiga... 12 Gambar 3.2 Diagram alir penelitian... 13 Gambar 3.3 Desain kendaraan roda tiga menggunakan Solidworks... 14 Gambar 3.4 Tampak samping desain kendaraan roda tiga... 15 Gambar 4.1 Desain rangka pada jurnal... 16 Gambar 4.2 Arah pembebanan dan tumpuan impak depan pada jurnal... 17 Gambar 4.3 Hasil simulasi impak depan pada jurnal... 17 Gambar 4.4 Arah pembebanan dan tumpuan impak belakang pada jurnal... 18 Gambar 4.5 Hasil simulasi impak belakang pada jurnal... 18 Gambar 4.6 Arah pembebanan dan tumpuan impak depan pada pemodelan... 19 Gambar 4.7 Hasil simulasi impak depan pada pemodelan... 20 Gambar 4.8 Arah pembebanan dan tumpuan impak belakang pada pemodelan 20 Gambar 4.9 Hasil simulasi impak belakang pada pemodelan... 21 Gambar 4.10 Desain rangka depan... 23 Gambar 4.11 Desain rangka belakang... 24 Gambar 4.12 Poros pada pivot joint... 24 Gambar 4.13 Desain pivot joint... 25 Gambar 4.14 Hasil desain rangka... 25 Gambar 4.15 Letak tumpuan impak depan... 27 Gambar 4.16 Pembebanan impak depan... 28 Gambar 4.17 Meshing impak depan... 28 Gambar 4.18 Hasil simulasi impak depan... 29 Gambar 4.19 Letak tegangan maksimum impak depan... 30 Gambar 4.20 Deformasi simulasi impak depan... 30 Gambar 4.21 ( a ) Dudukan shock depan sebelum dirubah... 31 Gambar 4.21 ( b ) Dudukan shock depan setelah dirubah... 31 Gambar 4.22 Letak tegangan maks. impak depan setelah desain diperbaiki... 32 Gambar 4.23 Letak tegangan maks. impak depan dengan pembebanan 2g... 33 Gambar 4.24 Deformasi simulasi impak depan setelah desain diperbaiki... 34 Gambar 4.25 Letak tumpuan impak belakang... 34 Gambar 4.26 Pembebanan impak belakang... 35 Gambar 4.27 Meshing impak belakang... 35 Gambar 4.28 Hasil simulasi impak belakang... 36 Gambar 4.29 Letak tegangan maksimum impak belakang... 37 Gambar 4.30 Deformasi simulasi impak belakang... 37 Gambar 4.31 ( a ) Rangka bawah sebelum dirubah... 38 Gambar 4.31 ( b ) Rangka bawah setelah dirubah... 38 Gambar 4.32 Rangka bawah menggunakan profil hollow... 39 Gambar 4.33 Letak tegangan maks. impak belakang setelah desain diperbaiki 40 ix
Gambar 4.34 Deformasi simulasi impak belakang setelah desain diperbaiki... 40 Gambar 4.35 Letak tumpuan pembebanan vertikal... 41 Gambar 4.36 Pembebanan vertikal... 41 Gambar 4.37 Meshing pembebanan vertikal... 42 Gambar 4.38 Hasil simulasi pembebanan vertikal... 42 Gambar 4.39 Deformasi simulasi pembebanan vertikal... 43 x
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil simulasi pembebanan pada jurnal dan pemodelan... 23 Tabel 4.2 Perbandingan safety factor hasil simulasi pembebanan... 44 Tabel 4.2 Perbandingan deformasi maksimum hasil simulasi pembebanan... 44 DAFTAR RUMUS Rumus 4.1 Rumus safety factor... 17 Rumus 4.2 Rumus persentase perbedaan hasil... 22 Rumus 4.3 Rumus pembebanan total... 26 xi