ANALISA TEGANGAN , DEFLEKSI DAN FAKTOR KEAMANAN PADA FOOTSTEP HOLDER DAN CONNECTING ROD MENGGUNAKAN APLIKASI SOLIDWORK DAN INVENTOR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1            LATAR BELAKANG

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat cepat memberi dampak yang baik serta manfaat yang besar bagi manusia dalam berbagai bidang kehidupan. Hal ini dapat dilihat dengan semakin banyaknya peralatan yang telah diciptakan oleh manusia dengan berbagai model, bentuk serta kemampuan dari segi pemakaian yang relatif lebih unggul dibandingkan dengan peralatan-peralatan konvensional. Keunggulan tersebut tidak lepas dari hasil penelitian dan percobaan oleh para ahli science, yang selalu mencari terobosan dan temuan baru untuk menciptakan sesuatu yang baru bermanfaat dan berguna bagi kehidupan manusia.

Salah satu tujuan diciptakannya teknologi adalah untuk mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup. Hal ini dapat dirasakan dan dibuktikan dengan semakin mudahnya manusia melakukan sesuatu untuk memenuhi kebutuhan hidup. Terlepas dari dampak negatif yang timbul akibat penemuan dan penciptaan teknologi yang baru, science dan teknologi sangat dibutuhkan oleh manusia. Sebagai contoh suatu perusahaan atau lembaga akan sangat kesulitan jika dalam ruang kerja tidak terdapat perangkat komputer untuk menyelesaikan tugas dan pekerjaan kantor maupun perusahaan.

Kemajuan teknologi sekarang ini telah menghasilkan berbagai kreasi dalam segala hal yang bertujuan memudahkan segala aktifitas manusia. Ada berbagai sarana transportasi tersedia, mulai dari darat, udara, dan laut. Kendaraan yang diproduksi massal di negara kita umumnya kendaraan darat, salah satunya sepeda motor.

Agar sepeda motor kita memiliki umur yang lebih panjang maka selain komponen sepeda motor didesain dengan efektif dan efisien, juga tergantung dari material dari komponen tersebut.

Pada saat proses pembakaran terjadi di dalam silinder, tenaga yang dihasilkan oleh gas pembakaran sangatlah tinggi. Jika piston dan kelengkapannya tidak mampu menahan daya ledak dari proses pembakaran tersebut, dapat dipastikan kalau piston dan connecting rod (batang penghubung) dapat mengalami kerusakan.

Untuk itu agar tidak terjadi kejadian tersebut maka kita diharuskan mengetahui kekuatan dari batang penghubung tersebut dalam meneruskan tenaga dari proses pembakaran menuju poros engkol agar diubah dari gerak tranlasi menjadi gerak putar dan dari energy panas menjadi energy mekanik. Jika kita mengetahui kekuatan batang penghubung tersebut tidak mampu menahan daya dari tenaga hasil pembakaran, maka kita perlu merubah material atau desain dari batang penghubung tersebut.

Sama hal nya dengan footstep holder . Untuk itu diperlukan komponen-komponen sepeda motor yang aman digunakan pengendara. Secara visual komponen ini mempunyai bentuk yang menarik, tatapi bentuk tersebut belum menjamin mempunyai kekuatan struktural yang baik. Bahkan beberapa kasus ada footstep holder yang patah

Berbagai metode analisa telah banyak tersedia, namun Metode Elemen Hingga (MEH) telah membuktikan kehandalannya dalam memecahkan persoalan-persoalan dibidang mekanika kontinyu. Bahkan dalam perkembangan yang terakhir, masalah-masalah perpindahan panas, mekanika fluida, maupun getaran dapat dengan mudah diselesaikan dengan menggunakan MEH.

Dengan perangkat komputer, khususnya perangkat lunak Solidworks ini, desain untuk pembuatan suatu produk dapat dikontrol dengan baik sehingga diharapkan kualitas hasil produk akan lebih baik. Pengujian karakteristik statik secara eksperimental di laboratorium memerlukan biaya yang tidak sedikit. Untuk itu diperlukan bantuan perangkat lunak (software) yang mampu menganalisa karakterisitik statik suatu model seperti Solidworks. Oleh karena itu peneliti memilih simulasi dengan menggunakan software yang berbasis Metode Elemen Hingga (Finite Element Analysis Program), yaitu dengan software Solidworks 2007 dan Autodesk Inventor Professional 2013.

1.2            TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dalam penelitian tugas akhir ini adalah :

1. Menghitung distribusi tegangan yang terjadi pada batang penghubung dan footstep holder, baik  tegangan maksimal maupun daerah-daerah kritis akibat pembebanan statis dengan Metode Elemen Hingga menggunakan software Solidworks dan inventor

2. Mengetahui yield strength maksimal dari baja yang digunakan pada batang penghubung sehingga dapat dikategorikan aman atau tidak.

BAB II

METODOLOGI PENELITIAN

Dalam penelitian ini, peneliti melakukan analisa berbagai pembebanan pada footstep holder dengan metode elemen hingga supaya diperoleh tegangan, defleksi, dan faktor keamanan dengan maenggunakan bahan material paduan Alumunium 6061 yang tersedia pada software Komponen sepeda motor yang akan diteliti adalah footstep holder. Dalam penelitian ini, peneliti melakukan analisa distribusi tegangan dari struktur batang penghubung dengan material baja AISI 1045 cold drawn pada keadaan temperatur ruangan 27 °C. Geometri batang penghubung sepeda motor yang dianalisis berdasarkan pada pengukuran secara manual/langsung. Selanjutnya geometri tersebut digambarkan di software Solidworks 2007. Pada connecting rod perhitungan selesai, peneliti memasukkan kondisi-kondisi batas dan beban-beban yang bekerja untuk setiap analisa yang dilakukan. Kemudian proses analisa dijalankan dan software akan menghitung sendiri output yang dibutuhkan sesuai jenis analisa yang dilakukan. Setelah output distribusi tegangan pada frame yang berupa kontur warna pada geometri frame dan/atau angka-angka yang menunjukkan besarnya tegangan pada tiap-tiap elemen didapatkan, kemudian dapat diperbandingkan apakah tegangan-tegangan yang terjadi pada tiap elemen telah melampaui tegangan maksimal yang diijinkan/yield point atau belum.

Dalam melakukan pembebanan pada pemodelan bagian komponen sepeda motor footstep holder ini, peneliti terlebih dahulu melakukan validasi dan boundry conditions. Validasi tersebut adalah membandingkan berat dari pemodelan dan berat komponen asli. Dimana berat pemodelan footstep holder adalah 0,23 kg dan berat komponen asli 0,2 kg. Hal tersebut memperlihatkan adanya selisih 0,03 kg antara pemodelan dan komponen asli. Untuk boundry conditions adalah langkah-langkah sebelum melakukan pembebanan. Diantarnya adalah sebagai berikut:

1. Jumlah nodal pada pemodelan footstep holder dengan Autodesk Inventor  Professional 2013 adalah 46028.

2. Jumlah elemen pada pemodelan footstep holder dengan Autodesk Inventor Professional 2013 adalah 27119.

3.   Material yang digunakan Aluminium 6061.

4. Fixed constrain, pada pemodelan footstep holder dengan Autodesk Inventor Professional 2013 terdapat dua buah fixed constrain

BAB III

HASIL PENELITIAN

3.1       FOOTSTEP HOLDER

Hasil simulasi dari berbagai pembebanan pada footstep holder dapat dilihat pada Tabel dibawah

Tabel 1. Hasil simulasi No	Kondisi pembebanan	Beban (N)	Tegangan von mises (MPa)	Defleksi (mm)	Faktor keamanan
1	Pengendara duduk dengan kaki bertumpu pada footstep	98,1	9,298	0,00829	>15
2	Pengendara berdiri kaki bertumpu pada footstep	343,35	32,54	0,02905	8,45
3	Motor jatuh kesamping	1265,49	233,7	0,6159	1,18
4	Footstep tertabrak dari belakang	2638,89	246,022	0,616	1,12
5	Footstep tertabrak dari depan	2638,89	203	0,592	1,35
6	Motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara	2638,89	468,9	1,32	0,59

Pada Tabel  memperlihatkan perbedaan berbagai hasil simulasi yang meliputi perbedaan tegangan von mises, defleksi dan faktor keamanan. Untuk hasil tegangan von mises maksimal yang paling tinggi pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara seperti terlihat pada Gambar berikut. Kondisi ini beresiko menyebabkan terjadinya patah pada bagian daerah lengan footstep holder.

Tegangan von mises maksimum pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara

Resiko yang dimaksud berdasarkan dari tegangan desain yang dihasilkan dari simulasi pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara (468,9MPa) dimana tegangan tersebut melampaui tegangan titik luluh pada material paduan aluminium 6061 (276MPa).

Defleksi maksimum pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara

Gambar di atas memperlihatkan defleksi maksimum yang paling tinggi pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara (1,32mm). Titik defleksi berada pada bagian ujung penjepit footstep. Titik defleksi ini terjadi didasarkan pada daerah yang diberi beban dan jarak beban pada daerah yang dijepit

Faktor keamanan minimum pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara

Gambar diatas memperlihatkan faktor keamanan minimum pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara (0,59) dimana titik kritis minimum berada didaerah penjepit dan lengan footstep holder. Hasil simulasi pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara menunjukan antara tegangan von mises, defleksi dan faktor keamanan berbanding lurus. Ketika tegangan von mises dan defleksi menghasilkan nilai yang tinggi secara langsung faktor keamanannya juga menjadi kecil. Argumen tersebut didasarkan pada beberapa beberapa hasil simualasi yang telah dilakukan.

3.2       CONNECTING ROD

Setelah proses perhitungan dengan software Solidworks 2007 telah selesai sampai akhir, maka hasil analisis dan simulasi dapat diketahui yaitu nilai-nilai maksimum dan minimum yang dapat dilihat secara langsung pada tampilan Solidworks 2007. Sedangkan untuk hasil yang lebih detail dapat dilihat dalam stress analysis report yang telah peneliti susun tersendiri dalam lampiran. Dari hasil analisa statik dengan software Solidworks 2007 dapat diketahui tegangan maksimal dan minimal yang terjadi pada struktur obyek yang dianalisa tersebut. 

Kondisi batang penghubung berada pada temperatur ruangan dimana motor dalam keadaan mati. Kondisi ini juga dapat digunakan untuk menguji kekuatan batang penghubung dalam keadaan normal sehingga dapat diketahui kekuatan batang penghubung tersebut menggunakan alat uji tarik. Diasumsikan batang penghubung mendapatkan tenaga dari hasil pembakaran motor sebesar 6 HP/Horse Power sehingga di konversikan menjadi 1325 Newton dan temperatur analisa batang penghubung adalah 27 °C.

Translation displacement

Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa besarnya perpindahan translasi maksimal pada deformasi gambar tersebut adalah 5,918-001 m. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan bentuk maksimal yang terjadi pada struktur batang penghubung baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C adalah sebesar 5,918-001 m dari bentuk awalnya yang ditunjukkan pada daerah yang berwarna merah.

Pada kondisi temperatur 27 °C dapat kita ketahui besarnya tegangan-tegangan yang terjadi pada setiap nodal (titik) seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Von Mises Stress connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Dari analisis tersebut dapat diketahui bahwa batang penghubung tersebut mengalami tegangan maksimal sebesar 4,911e+008 N/m2 yang berada pada daerah yang ditunjukkan pada gambar analisis dibawah ini.

Tegangan maksimal connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Tegangan minimal connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

BAB IV

KESIMPULAN

4.1       KESIMPULAN  CONNECTING ROD

Dengan menggunakan perangkat lunak dalam menganalisa, khususnya software Solidworks 2007 yang berbasis MEH, mempermudah dan menghemat waktu dalam menganalisa permasalahan struktur elemen.

Berdasarkan penelitian dan analisis yang penulis susun, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Hasil analisis menunjukkan bahwa tegangan maksimum yang terjadi masih berada dibawah harga dari yield strength.

2. Semakin besar harga yield strength terhadap tegangan maksimal maka struktur itu akan lebih aman digunakan.

4.2       KESIMPULAN FOOTSTEP HOLDER

            Berdasarkan analisa simulasi Autodesk Inventor Professional 2013 dihasilkan kesimpulan sebagai berikut:

1. Tegangan maksimum berada pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dua pengendara dan tegangan maksimum itu adalah 468,9MPa.

2. Defleksi maksimum terjadi pada kondisi pembebanan motor tertabrak dari belakang dengan hasil defleksi sebesar 1,32mm.

3. Faktor keamanan minimum terjadi pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dua pengendara dengan nilai 0,59.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Deni, 2013, Biker Rocker, https://www.campurtumpah.wordpress.com/footstep-honda-cb150r-patah/. Diakses : 5 Januari 2016, 13:22.

[2] Tawancy H.M., Hamid A. U., and Abbas N. M., 2004, Practical Engineering Failure Analisys, Marcel Dekker, Inc., 270 Madison Avenue, New York.

[3] Sambas A., 2011, Desain dan Pembuatan Coran Footstep Holder Sepeda Motor Honda Grand Astrea dengan Bahan AC12, Seminar Nasional Teknoin, Yogyakarta.

[4] Saidi R. 2006, Tegangan Maksimum Dudukan Stang Sepeda: Analisis dan Modifikasi Perancangan, Seminar Ilmiah Nasional Komputer dan Sistem Intelijen, Universitas Gunadarma, Depok.

[5] Abidin Z., dan Rama B. R., 2015, Analisa Distribusi Tegangan dan Defleksi Connecting Rod Sepeda Motor 100 CC Mengguanakan Metode Elemen Hingga, Jurnal Rekayasa Mesin, Universitas Sriwijaya.

[6] Waguespack C., 2014, Mastering Autodesk Inventor 2014 and Autodesk LT 2014, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030.

[7] Hurst S. K., 2006, Prinsip-Prinsip Perancangan Teknik, Erlangga, Jakarta.

[8] Logan, Daryl L, 1986, A First Course In The Finite Element Methode, Pws-Kent Publishing Company, Boston.

[9] Shigley Joseph E, Mitchell Larry D, Harahap Gandhi., 1984, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi ke empat, Jilid 1, Erlangga. Jakarta.

[10] ______, Material Property Data, www.efunda.com., Accessed April 2011

[11] _____, Material Property Data, www.matweb.com., Accessed April 2011

[12] Weaver .W.Jr., Johnston, P.R., 1993, Elemen Hingga Untuk Analisis Struktur, Edisi kedua, Eresco, Bandung.

[13] Popov, E.P., 1993, Mechanics of Material, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta.

[7] Uthami, A.Z., 2010, Solidworks Alat Bantu Merancang Komponen dengan Mudah, Modula, Bandung. 

SUMBER LINK : 

1. ejournal.unsri.ac.id/index.php/jrm/article/download/05/pdf

2. ejournal.undip.ac.id/index.php/rotasi/article/download/.../10324...