MEMBANDINGKAN RANCANGAN RANGKA (CHASSIS) MOBIL YANG AMAN DAN NYAMAN DENGAN MELAKUKAN SIMULASI MENGGUNAKAN APLIKASI ANSYS WORKBENCH 14.0 DAN AUTODESK INVENTOR PRO 2013

BAB I

LATAR BELAKANG

Mobil yaitu alat transportasi berpenggerak 4 roda digerakkan dengan motor bakar, menggunakan bahan bakar bensin atau solar. Penggunaan mobil dirasa efektif sebagai alat mobilitas bagi manusia untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain, sedangkan pada penggunaan mobil tentunya membutuhkan sebuah rangka chasis yang berfungsi sebagai penompang semua beban yang ada pada kendaraan, untuk sebuah kontruksi rangka chasis itu sendiri harus memiliki kekuatan, ringan dan mempunyai nilai kelenturan.

Rangka merupakan salah satu bagian penting pada mobil yang harus mempunyai kontruksi kuat untuk menahan atau memikul beban kendaraan. Semua beban dalam kendaraan baik itu penumpang, mesin, sistem kemudi, dan segala peralatan kenyamanan semuanya diletakan di atas rangka. Oleh karena itu setiap kontruksi rangka harus mampu untuk menahan semua beban dari kendaran. Sedangkan untuk chasis adalah merupakan satu bagian dari kendaraan, atau dengan kata lain adalah bagian yang tinggal bila bodi mobil dilepaskan keseluruhannya. Chasis itu sendiri terdiri dari rangka, mesin, pemindah tenaga, sistem kemudi, sistem suspensi, sistem rem dan kelengkapan lainnya.

Latar Belakang Perancangan Sasis Mobil Harapan Dan Analisa Simulasi Pembebanan Statik Menggunakan Perangkat  Lunak Ansys 14.0

Sejarah otomotif dimulai awal 1769 dengan di buat mesin bertenaga uap yang mampu menjadi alat transportasi manusia. Pada tahun 1806, mobil pertama yang menggunakan mesin pembakaran internal berbahan bakar gas muncul, yang mengarah pada penemuan mesin modern berbahan bakar bensin pada tahun 1885. Hingga mobil listrik yang muncul pada abad ke -20.  Mungkin di antara kita semua sudah tidak asing lagi ketika mendengar nama perusahaan mobil seperti Ferrari, Marcedes Benz, Ford, BMW, dan lain sebagainya. Selain itu, kita juga sering melihat atau bahkan mengendarai salah satu mobil keluaran dari salah satu perusahaan yang tadi disebutkan namanya. Tapi tahukan kita tentang siapa saja orang yang berjasa dalam penemuan kendaraan yang anda miliki atau tunggai sekarang. Tidak adalah jawaban dari sebagian besar orang yang sering mengendarai mobil atau kendaraan bermotor. Bukti mengatakan bahwa orang lebih mengenal nama perusahaannya itupun hanya tahu singkatannya saja tidak tahu apa kepanjangannya.

Untuk mengingatkan kita kembali pada sejarah mobil, penulis bersama teman-teman terinspirasi untuk membuat perencanaan sebuah mobil dengan konsep klasik yaitu era pertama kali mobil dibuat dengan mesin empat tak berbahan bakar bensin. Awal abad 19-an, kendaraan hanya difungsikan sebagai alat transportasi belaka, tak heran bila proses pembuatannya belum menjamah aspek estetika dan kenyamanan. Yang penting roda bisa berputar, sehingga pengguna bisa mencapai tujuan dengan waktu yang lebih singkat. Jika dilihat dari segi bentuk, kendaraan dahulu hanya berbentuk kotak dengan tujuan bisa untuk mengangkut penumpang ataupun barang.

Kenderaan roda empat secara umum mempunyai beberapa kompoen utama, yaitu : sasis, rangka, body, suspensi, rangkaian penghasil daya, dan rangkaian penerus daya. Sasis adalah bagian dari kendaraan yang berfungsi sebagai penopang bodi dan terdiri dari frame (rangka), engine (mesin), power train (pemindah tenaga), wheels (roda-roda), steering system (sistem kemudi), suspension system (sistem suspensi), brake system (sistem rem), penumpang dan kelengkapan lainnya. Kekuatan dan keamanan sasis memainkan peranan yang penting untuk menghindari kecelakaan fatal. Dengan perkembangan teknologi komputer yang signifikan, masalah desain dapat dengan relatif mudah dilakukan sebelum prototype akhir dibuat. Dengan demikian suatu komponen dapat dievaluasi sebelum diproduksi dan diaplikasikan.

Latar Belakang Perancangan Dan Analisis Chassis Mobil Listrik “Semut Abang ” Menggunakan Software Autodesk Inventor Pro 2013.

Trend kendaraan masa depan mengarah ke mobil listrik, karena mobil ini memiliki keunggulan-keunggulan yang dibutuhkan masyarakat masa depan diantaranya adalah tidak menghasilkan emisi gas buang, tidak ada polusi suara, bersih, mudah perawatan dan masih banyak lagi keunggulan alinnya. Geliat pengembangan mobil listrik nasional juga telah merambah ke tanah air. Berbagai upaya telah ditempuh untuk menggairahkan pengembangan mobil listrik, salah satunya adalah digelarnya berbagai lomba lomba listrik ditingkat mahasiswa misalnya Kontes Mobil Hemat Energi (KMHE), Indonesia Energy Marathon Challenge (IEMC) yang untuk tingkat Nasional dan Shell Eco Marathon (SEM) untuk tingkat Internasional.Secara umum pada lomba mobil listrik ada dua katagori yaitu prototype dan urban concept.

Prototype adalah kendaraan masa depan dengan desain khusus yang memaksimalkan aspek aerodinamika untuk keperluan lomba, sedangkan urban concept merupakan kendaraan roda empat yang tampilannya mirip mobil pada umumnya dan sesuai untuk berkendara di jalanan. Semut abang merupakan nama mobil listrik pertama ITATS yang akan diikutkan dalam lomba KMHE maupun IEMC. Pada perancangan mobil listrik, selain merancang bentuk bodi yang streamline dan ringan, ada hal yang sangat penting yaitu perancangan chassis. Chassis memiliki bentuk dan ukuran yang kompleks, sehingga apabila dilakukan perancangan secara manual akan memiliki banyak kendala dan hasilnyapun tidak akurat. Untuk mendapatkan hasil yang akurat maka perancangan chassis mobil listrik semut abang ITATS menggunakan software Autodesk Inventor Pro-2013.

BAB II

TUJUAN PENELITIAN

Berdasarkan permasalahan yang dikemukakan, maka tujuan penelitian ini adalah untuk membandingkan sebuah rancangan rangka chasis leader frame mobil yang aman dan nyaman dengan melakukan simulasi menggunakan aplikasi Ansys Workbench 14.0 dan AUTODESK INVENTOR PRO 2013.

Tujuan Penelitian Perancangan Sasis Mobil Harapan Dan Analisa Simulasi Pembebanan Statik Menggunakan Perangkat  Lunak Ansys 14.0.

Merujuk kepada hal yang telah dibahas pada bagian rumusan masalah dan batasan masalah sebelumnya, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk :

1.     Merencanakan desain struktur sasis Mobil Harapan

2.     Melakukan analisa gaya yang terjadi pada sasis Mobil Harapan

3.     Melakukan perhitungan tegangan geser

4.     Melakukan perhitungan tegangan lentur

5.     Melakukan perhitungan defleksi

6.     Melakukan analisa menggunakan perangkat lunak Ansys 14.0 pada tegangan geser, tegangan lentur, dan defleksi yang terjadi akibat pembebanan statis.

Tujuan Penelitian Perancangan Dan Analisis Chassis Mobil Listrik “Semut Abang ” Menggunakan Software Autodesk Inventor Pro 2013.

Merancang bentuk bodi yang streamline dan ringan, ada hal yang sangat penting yaitu perancangan chassis. Chassis memiliki bentuk dan ukuran yang kompleks, sehingga apabila dilakukan perancangan secara manual akan memiliki banyak kendala dan hasilnyapun tidak akurat. Untuk mendapatkan hasil yang akurat maka perancangan chassis mobil listrik semut abang ITATS menggunakan software Autodesk Inventor Pro-2013.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi Penelitian Perancangan Sasis Mobil Harapan Dan Analisa Simulasi Pembebanan Statik Menggunakan Perangkat  Lunak Ansys 14.0.

Data awal yang digunakan sebagai acuan perancangan sasis Mobil Harapan adalah sebagai berikut :

1.     Model dan dimensi mobil yang direncanakan

Seperti yang diuraikan pada latar belakang, maka model mobil yang direncanakan adalah sebuah mobil dengan konsep klasik. Adapun model mobil yang direncanakan diberikan pada dimensi mobil yang direncanakan diberikan sebagai berikut.

a.      Panjang = 2100 mm

b.     Lebar = 830 mm

c.      Tinggi = 1300 mm

d.     Jarak antara sumbu roda = 1200 mm

e.      Berat kosong = 180 kg

f.      Jumlah penumpang = 2 orang @ 60 kg

2.     Mesin

Mesin yang direncanakan sebagai tenaga penggerak mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

a.      Jenis = Motor Besin 4 langkah

b.     Jumlah silinder = 1 silinder

c.      Volume silinder = 150 cc

d.     Daya = 16 HP

e.      Putaran mesin = 9500 rpm

f.      Berat mesin = 70 kg

3.     Material Sasis

Material Sasis yang direncanakan adalah baja struktural. Sifat mekanik dari baja struktural diambil dari enginering data yang ada pada perangkat lunak Ansys Workbench 14.0, yaitu :

a.      Modulus Young = 2 x 1011 Pa

b.     Density = 7850 kg/m3

c.      Poisson’s ratio = 0.3

d.     Ultimate strength = 4,6 x 108 Pa

Metodologi Penelitian Perancangan Dan Analisis Chassis Mobil Listrik “Semut Abang ” Menggunakan Software Autodesk Inventor Pro 2013.

Penelitian dilaksanakan di laboratorium CNC & CAD-CAM dan di Workshop Teknologi Tepat Guna ITATS. Untuk pemecahan masalah, berikut langkah-langkah yang dilakukan :

1.     Kajian Pustaka

Kajian pustaka dilakukan dengan cara mencari dan mempelajari referensi teks, jurnal, paper, serta literatur lain yang terkait dengan penelitian.

2.     Pengumpulan Data

Metode yang dilakukan dalam pengumpulan data adalah mengadop regulasi pada standarisasi mobil listrik tipe prototype yang telah ditetapkan oleh IEMC (Indonesia Energy Marathon Challenge). Dengan mengacu pada standard yang ada maka dapat dilakukan penelitian terhadap object tersebut yaitu mengenai study kelayakan dari object tersebut, sehingga dapat diketahui perkembangan dari penelitian dari mobil listrik tipe prototype tersebut.

3.     Pemodelan Desain Mobil Listrik

Tahapan ini adalah membuat rancangan mobil listrik mulai dari body dan chassis menggunakan software Autodesk Inventor. Desain dan ukuran mengacu pada regulasi IEMC untuk mobil listrik tipe prototype. .

4.     Simulasi dan Analisis Desain Chassis

Simulasi dan analisis desain mobil listrik menggunakan stress analysis pada Software Autodesk Inventor Professional 2013 dengan metode Finite Element Analysis (FEA). Penerapan metode jenis ini adalah dengan membagi elemen kontinyu menjadi elemen berhingga dan analisa dilakukan pada setiap elemen yang telah dibagi menjadi beberapa bagian tersebut dengan perhitungan secara komputasi numerik.

            5.   Analisis Hasil Simulasi

factor di setiap balok. Kondisi luaran ini menjadi acuan analisis kekuatan dan keamanan dari chassis mobil listrik.

6.   Kesimpulan

Setelah analisa dilakukan, menghasilkan kesimpulan dan saran.

BAB IV

HASIL

Proses simulasi dan analisa menggunakan 2 rancangan rangka guna mengetahui mengetahui kekuatan dan kualitas dari masing-masing rancangan rangka.

Hasil Penelitian Perancangan Sasis Mobil Harapan Dan Analisa Simulasi Pembebanan Statik Menggunakan Perangkat  Lunak Ansys 14.0.

Material Sasis yang direncanakan adalah baja struktural. Sifat mekanik dari baja struktural diambil dari enginering data yang ada pada perangkat lunak Ansys Workbench 14.0, yaitu :

Modulus Young = 2 x 1011 Pa

Density = 7850 kg/m3

Poisson’s ratio = 0.3

Ultimate strength = 4,6 x 108 Pa

Hasil Total Deformation

Pada hasil pengujian tersebut didapat besar tegangan maksimum von Mises sebesar 0.00017991 N/m². Nilai maksimum von Mises disebabkan karena pada permukaan benda uji tersebut yang mengalami pembebanan yang paling besar.

Hasil Equivalent Stress

Pada hasil pengujian tersebut didapat besar tegangan maksimum von Mises sebesar 5.2372 x 10⁷ Pa dan tegangan minimum von Mises sebesar 176.14 Pa.

Hasil Shear Stress

Pada hasil pengujian tersebut didapat besar tegangan maksimum von Mises sebesar 2.6456 x 10⁶ Pa dan tegangan minimum von Mises sebesar -2.653 x 10⁶ Pa.

Hasil Penelitian Perancangan Dan Analisis Chassis Mobil Listrik “Semut Abang ” Menggunakan Software Autodesk Inventor Pro 2013.

Material Sasis yang direncanakan adalah chassis aluminium 6061. rectangular hollow, ukuran penampang panjang = 50,8 mm, lebar =25,4 mm, tebal = 1mm dan warna abu-abu. Beban hasil perhitungan, yaitu

beban pengemudi = 637,65 Newton,

bodi = 323,73 Newton,

komponen = 196,2 Newton.

Hasil Displacement

Pada hasil pengujian tersebut didapat besar tegangan maksimum von Mises sebesar 0.7136 mm dan tegangan minimum von Mises sebesar 0 mm.

Hasil Directional Displacement

Total displacement dapat dijabarkan ke arah sumbu x, y dan z. Komponen perpindahan ini disebut directional displacement (arah displacement). Hasil simulasi menunjukkan bahwa X Axis – Directional Displacement terbesar ada pada sebelah kanan roll bar sebesar 0,168 mm, dan X Axis – Directional Displacement terkecil ada pada sebelah kiri roll bar sebesar 0,1531 mm.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa Y Axis – Directional Displacement terbesar ada pada bagian bawah roll bar sebesar 0,6942 mm, dan Y Axis – Directional Displacement terkecil ada pada bagian ujung belakang model sebesar 0,0017 mm.

Sedangkan Z Axis – Directional Displacement terbesar ada pada bagian atas model sebesar 0,2981 mm, dan Z Axis – Directional Displacement terkecil ada pada bagian bawah rangka utama sebesar 0,0809 mm.

Hasil Von Mises Strees

Pada hasil pengujian tersebut didapat besar tegangan maksimum von mises strees sebesar 108.8 MPa dan tegangan minimum von mises strees sebesar 0 MPa.

Hasil Faktor Keamanan

Terlihat pada gambar di atas bahwa angka keamanan terendah yang diperoleh dari analisa tersebut adalah sebesar 2,53 maka dari itu dapat dinyatakan bahwa rangka mobil listrik tersebut berada di atas batas aman material.

BAB V

KESIMPULAN

1.     Dari hasil perhitungan dan simulasi sasis mobil harapan menggunakan perangkat lunak Ansys Workbench 14.0, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

a. Besarnya tegangan geser dari hasil perhitungan (η) = 2,06 N/mm2

b. Besarnya tegangan lentur dari hasil perhitungan (ζ) = 50,14 N/mm2

c. Besarnya defleksi dari hasil perhitungan (δ) = 0,17 mm

d. Shear Stress (η) dari hasil simulasi = 2,6456 N/mm2

e. Equivalent Stress (ζ) dari hasil simulasi = 52,372 N/mm2

f. Total Deformation (δ) dari hasil simulasi = 0,1799 mm

2.     Dari hasil simulasi pengujian dapat disimpulkan bahwa konstruksi chassis mobil “Semut Abang” dengan bahan dan ukuran tersebut di atas dinyatakan aman, karena angka keamanan terkecil sebesar 2,53 terjadi berada rivet plat penyambung bagian belakang rangka dan terbesar 15 berada sekitar di rangka sandaran pengemudi.

3.     Pemilihan material, proses pengerjaan, dan rancangan desain sangat berpengaruh terhadap kualitas dan kekuatan dari suatu rangka mobil.

DAFTAR PUSTAKA

[1]       Muhammad Sandhy Novian, Perancangan Sasis Mobil Harapan Dan Analisa Simulasi Pembebanan Statik Menggunakan Perangkat  Lunak Ansys 14.0, Sekolah Tinggi Teknik Harapan, 2013.

[2]       Bambang Setyono, Perancangan Dan Analisis Chassis Mobil Listrik “Semut Abang ” Menggunakan Software Autodesk Inventor Pro 2013, Institut Teknologi Adhi Tama : Surabaya, 2015.