SIMULASI IMPACT PADA FRONT BUMPER IMPACT BAR (CHASSIS PELINDUNG DEPAN) YANG DIGUNAKAN PADA KENDARAAN FORD EVEREST DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14,5
1,2
Fransiskus Kaverius Barus1, Tugiman2 Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan 2015 E-mail :
[email protected]
Abstrak Front bumper impact bar diletakkan pada rangka bagian depan kendaraan merupakan bagian yang sangat penting sebagai penyerap energi impact,diharapkan mengalami deformasi dengan menyerap energi impact sebelum mengenai bagian kendaraan yang lain sehingga deformasi yang terjadi dapat diminimalisasi. Perangkat ini merupakan sistem keamanan pasif (passive safety system) digunakan untuk mengurangi tingkat keparahaan kecelakaan akibat frontal crash. Pada Tugas Akhir ini dilakukan simulasi impact pada front bumper impac bar yang digunakan pada kendaraan Ford Everest menggunakan program Rekayasa Prangkat Lunak Metode Elemen Hingga. Material yang digunakan dalam simulasi ini adalah AISI 1015. Dari simulasi didapat equivalent stress tertinggi terletak pada bagian kiri bawah front bumper impact bar yang diberi warna merah daerah kritis tersebut dengan nilai maksimum Equivalent Stress (Tegangan Maksimum) pada front bumper impact bar adalah 9,0475x1010 Pa sedangkan nilai minimum adalah 1,0053x1010 Pa, sedangkan Total deformation maksimum yang diterima oleh ujung kiri dan kanan diberi warna merah daerah kritis ini adalah sebesar 0.47548 mm, diakibatkan oleh kecepatan 1900 m/s dan waktu impact 0.005s, sedangkan normal elastic strain dengan nilai maksimum yang terbesar yang diterima yaitu 0,000825 m/m terletak pada ujung front bumper impact bar, sedangkan nilai minimumnya sebesar -0,000643 m/m. Dari hasil perhitungan untuk galat menghasilkan tegangan maksimum dan simulasi adalah G = 40,83%. Kata kunci: Simulasi Impact, Front Bumper Impact Bar, Baja AISI 1015. Abstrak Put on the front of the vehicle frame is the part Very important as an energy impact absorber, is expected to deform by absorbing impact energy before the other parts of the vehicle so that the deformation that occurs Front bumper impact bars placed on the front of the vehicle frame are minimized parts. This device is a passive safety system (passive safety system) is used to reduce the degree of injury accidents due to frontal crashes. In this final project, an impact simulation on the front bumper impac bar used on the Ford Everest vehicle using the Soft Element Engineering Method Engineering program. The material used in this simulation is AISI 1015. From the simulation obtained the highest equivalent stress is located at the bottom left of the front bumper impact bar which is given the red color of the critical area with the maximum value of Equivalent Stress on the front bumper impact bar is 9.0475x1010 Pa while the minimum value is 1.0053x1010 Pa, while the maximum Total deformation received by the left and right edges is given the red color of this critical area is 0.47548 mm, caused by the speed of 1900 m / s and impact time of 0.005s, while the normal elastic strain with The largest received maximum value of 0.000825 m / m is located on the front bumper impact bar, while the minimum value is -0.000643 m / m. From the calculation result for error generating maximum voltage and simulation is G = 40,83%. Keywords: simulation Impact, Front Bumper Impact Bar,Baja AISI 1015.
1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Propinsi Sumatera Utara merupakan salah satu propinsi yang mempunyai perkembangan yang
pesat di bidang transportasi, khususnya perkembangan kendaraan roda empat. Berbagai upaya terus dilakukan untuk mengurangi tingkat keparahaan kecelakaan pada kendaraan roda empat, front bumper impact bar adalah perangkat merupakan sistem keamanan pasif dan digunakan
untuk mengurangi tingkat keparahaan kecelakaan yang dialami penumpang. Pengujian yang akan di lakukan terhadap material baja karbon adalah pengujian menggunakan simulasi ANSYS Workbench for windows, dimana pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kegagalan pada material.
digit terakhir menunjukkan jumlah karbon yang terkandung dalam paduan dalam seperseratus persen. Baja karbon AISI 1015 merupakan jenis baja yang memiliki sedikit karbon dibandingkan dengan baja karbon lain sehingga sangat mudah untuk dibentuk seperti terlihat pada tabel 3.1. Table 1. Data Properties Material (Azom, 2012)
1.2 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penlitian ini adalah melakukan simulasi pembebanan impact terhadap front bumper impact bar mobil Ford Everest dianalisa mnggunakan prosedur analisa explicit dynamics. Tujuan untuk mngetahui respon front bumper impact bar akibat tekanan inpact, hasil kajian mengunakan program Ansys Workbench didiskusikan untuk mngevaluasi kegagalan fornt bumper impact bar pada mobil Ford Everest. 1.3 Tujuan Tujuan khusus dari penelitian ini dapat di uraikan sebagai berikut :
2.3 Modeling front bumper impact bar dengan Autocad 2007 Desain front bumper impact bar berdasarkan pngukuran di lapangan seperti pada gambar 3.
1. Mendapatkan nilai tegangan maksimum akibat simulasi pada front bumper impact bar (chassis pelindung depan) yang di gunakan pada mobil ford everest.. 2. Mengetahui kekuatan dan elastisitas front bumper impact bar (chassis pelindung depan). 3. Menganalisa kegagalan akibat pembebanan impact pada front bumper impact bar (chassis pelindung depan) yang di gunakan pada mobil ford everest . 2. Metode Penelitian 2.1 Alat Laptop ACER ASPIRA E 14 - Rating : 4,7 Windows Experience Index - Processor :Intel(R) Core(TM) i3-4005U @ 1.70GHz 1.70GHz - Installed memory (RAM) : 2.00 GB - System type :64-bit Operating System - Pen and Touch :No Pen or Touch Input is Available for this Display 2.2 Material yang digunakan Material yang digunakan adalah baja karbon AISI 1015. Kode 1015 merupakan kode baja karbon yang ditetapkan oleh American Iron and Steel Institute (AISI). Dua digit angka pertama menandakan tingkatan dari baja, sedangkan dua
TEMBOK FRONT BUMPER IMPACT BAR
TAMPAK ATAS
Bolt 3. Desain (permodelan dengan menggunakan AutoCad 2007) 2.4 Permodelan Pendahuluan Berikut adalah membut part baru Klik New pada toolbar, atau Klik File> New. Maka tampilan Select Template akan muncul dan setelah itu pilih acad dan klik open dapat diperlihatkan pada gambar 4.
Bold 4. Membuat part baru Autocad 2007 Langkah menggambar front bumper impact bar dengan ukuran lebar plat 70.50 mm, tinggi 60 mm, tebal 0.29 mm, panjang 1400 mm. Ketik L di command ‐ Enter atau klik toolbar line. Klik di layar autocad (sebagai titik awal garis) masukkan nilai 70.50 mm klik di layar itu juga, setelah itu masukkan nilai 60 mm, masukkan nilai 0.290 mm dan masukkan nilai 70.21 mm, masukkan nilai 59.42 mm, lalu masukkan nilai 70.21 mm, selanjutnya sampai gambar berbentuk hurup U setelah itu ketik C lalu enter (untuk mengakhiri garis).Setelah itu Ketik F ‐ Enter atau klik toolbar fillet, tekan R dan enter untuk menentukan radius / jari- jari fillet, masukkan radius kelengkungan fillet 3 enter klik objek pertama dan kedua enter maka dapat terlihat pada gambar .5.
Bold 6. region Membuat garis pembantu untuk membuat garis melengkung, Ketik L enter. Klik di ujung sudut lalu masukkan nilai 1400 mm enter,Ketik L – Enter. Tentukan titik tengah garis lalu klik, masukkan nilai 140 mm lalu enter. maka dapat terlihat pada gambar 7.
Bold 7. Line garis pembantu Klik Arc – Enter, tentukan start poin lalu klik di ujung garis pembantu yang telah di buat,klik titik akhir lalu enter diperlihatkan pada gambar 8.
Bold 8. Arc dengan dimensi Bold 5. line dan fillet dengan dimensi Ketik REG lalu enter, select objects pilih garis yang akan di satukan lalu enter maka dapat terlihat pada gambar 6.
Ketik erase enter, lalu pilih objek yang akan di hapus enter. Atau bisa juga mngunakan tombol deled pada keyboard, pilih objek yang akan di hapus lalu enter. diperlihatkan pada gambar 9.
Bold 12. move Bold 9. erase mnghapus garis yang tidak perlu Ketik sweep lalu tekan enter, klik objek pertama lalu enter stlah itu klik objek kedua lalu enter. diperlihatkan pada gambar 10.
Ketik reg di command lalu enter, select objects pilih garis yang akan di satukan lalu enter, lalu buat garis pembantu, ketik line di command lalu tentukan start poin di ujung sudut lalu masukkan nilai 1400 mm lalu enter diperlihatkan pada gambar 13.
Bold 10. Hal dari sweep Ketik line enter, tentukan start poin titik tengah lau klik, masukkan nilai 600 mm lalu enter, Ketik line enter, tentukan start poin di ujung garis yang baru di buat lalu klik, masukkan nilai 180 mm enter lalu masukkan nilai 100 mm enter sampai membentuk persegi panjang diperlihatkan pada gambar 11.
Bold 13. line dengan dimensi Ketik Erase enter, lalu pilih objek yang akan di hapus enter, keti sweep,lalu klik objek pertama lalu enter stlah itu klik objek kedua lalu enter diperliatkan pada gambar 14.
Bold 11. line dengan dimensi Ketik move di command lalu enter, klik opjek yang ingin di pindahkan lalu enter tentukan start poin klik di titik tengah garis lalu pindahkan keujung garis diperlihatkan pada gambar 12.
Bold 14. erase Setelah itu gambar di eksport, Klik File> Export. Maka tampilan Export Data akan muncul dan setelah itu file name dengan nama Front bumper autocad, File of Type pilih ACIS dan klik save, muncul select objek Front bumper lalu enter dapat diperlihatkan pada gambar 15.
Tabel 17. Data material di Ansys 14.5 2.7 Geometri dan mesh
Bold 15. Export Autocad
Doubel click pada Geometry. klik file> import external geometri file. Pilih file name dengan data yang mau di import ke software ansys workbench pilih open, lalu generate untuk menampilkan gambar tersebut, klik Look at face maka dapat terlihat pada gambar 18.
Buka software Ansys Workbench. Urutan dalam pengerjaannya dimulai dari pemilihan bahan, Inport geometri, model (meshing, penentuan pixed support dan pressure). Berikut adalah tahapan analisis explicit dynamics. 2.5 Simulasi Ansys Workbench Buka Ansys Workbench, pilih explicit dynamics pada tab Analisys System maka dapat terlihat pada gambar 16. Bold 18. Import Ansys 14.5 Setelah modeling solid Close Design Modeler. klik Model. Klik pada kanan Generate Mesh gambar 19.
sudah selesai. Klik File> Pada windows workbench icon tambah Mesh, Klik maka dapat terlihat pada
Bold 16. Start Ansys 14.5 analisis explicit 2.6 Data Material Memasukkan data material adalah langkah membuat data material. Double click pada Engineering Data> Engineering Data Source> General Materials> Struktural steel (klik pada icon tambah)> Return to Project maka dapat terlihat pada tabel 17. Bold 19. Hasil meshing dengan ANSYS Mechanical
2.8. Pemberian gaya pada specimen project 1.
velocity Langkah selanjutnya adalah memberikan gaya pada spesimen project dengan klik kanan initional condition pada “outline” tree view, pilih insert dan klik velocity maka dapat terlihat pada gambar 20.
3.
Bold 22. Details of Analysis Settings fixed support Untuk fixed support klik insert, klik fixed support, kemudian tentukan letak fixed support mnggunakan face, dan klik apply dapat terlihat pada gambar 23.
Bold 20. Setting Velocity Dan pilih front bumper tersebut dan klik define by pilihcomponents, details of velocity dengan masukkan nilai velocity 1300 m/s lalu maka dapat terlihat pada gambar 21.
Bold 23. penentuan fixed support 4. force Langkah selanjutnya adalah memberikan beban pada spesimen project dengan klik kanan Analysis Settings klik insert, pilih force, dapat terlihat pada gambar 24.
Bold 21. Detail of Velocity 2.
analysis setting Klik analysis settings masukkan nilai end time 0.0005 lalu enter dapat terlihat pada gambar 22.
Bold 24. seting force klik define by pilih components, details of force dengan masukkan nilai force 1300
m/s lalu maka dapat terlihat pada gambar 25.
Setelah hasil simulasi distribusi tegangan sudah diperoleh kita dapat mengetahui penyebab kegagalan yang terjadi pada front bumper impact bar, berdasarkan hasil simulasi. 2.11 Diagram Alir Penelitian Berikut disajikan diagram alir penelitian yang dilakukan, ditunjukkanpada gambar 3.26.
Bold 25. Details of force 2.9 ANSYS Solution Pada tahap ini adalah untuk memilih hasil apa saja yang akan di dapat pada simulasi yang akan dilakukan, dimulai dari klik kanan pada solution dan klik insert maka dapat terlihat pada gambar 26. Klik Solve, Biarkan program menyelesaikan analisis untuk kasus static structural
Bold 1. Diagram alir penelitian 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Pendahuluan
Bold 26. Setting total (von mises) 2.10 Mengetahui kegagalan impact
Pada bab ini akan dibahas tentang hasil dari simulasi pembebanan struktur front bumper impact bar dengan mnggunakan ANSYS 14.5. workbench. Struktur front bumper impact bar yang dijadikan opjek simulasi mempunyai dimensi panjang 1400 mm, lebar 70.5 mm, tinggi 60 mm, tebal 0.29 mm. Pembebanan pada pengujian impact diberikan pada bagian depan struktur Frond bumper impact bar. Hasil simulasi terhadap tegangan maksimum pada front bumper impact barberupa besaran energi yang dapat menyebabkan kerusakan pada front bumper impact bar serta hasil simulasi regangan yang terjadi pada front bumper
impact bar menggunakan software simulasi ANSYS 14,5. 3.2 Hasil Simulasi dengan software ANSYS 14.5 1.
Total Deformasi
Deformasi terjadi bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi. Sekecil apapun gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan ukuran secara fisik ini disebut deformasi hasil dapat dilihat pada gambar 27. Bold 28. Normal Elastic Strain.
Bold 27. Simulasi Hasil Distribusi Deformasi Pada gambar 4.1. distribusi perubahan bentuk yang terjadi ditandai dengan kontur warna merah menunjukkan daerah konsentrasi deformasi dimana deformasi maksimum terjadi di daerah ini, dan pada titik ini pulalah yang paling berpotensi munculnya deformasi plastis pertama. Selanjutnya distribusi deformasi menjalar sesuai dengan warna. Deformasi maksimum yang terjadi sebesar 0.47548 mm dari bentuk semula 2.
Elastic Strain pada Front Bumper Impact Bar
Regangan Elastis (Elastic Strain) Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan dan hasil dapat dilihat pada gambar 28.
Pada gambar 28. Regangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 9.0475e10 Pa dan tegangan maksimum terjadi pada bagian bawah. Bila tegangan maksimum ini terjadi pada bagian yang sama, saat front bumper impact bar di benturkan mengenai titik yang sama, secara berulangulang akan menyebabkan perubahan bentuk (deformasi) bahkan terjadi kerusakan paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru. 3.
Elastic Stress pada Front Bumper Impact Bar
Dalam hal ini, material dikatakan untuk memulai batas yield ketika tegangan von Mises mencapai nilai kritis yang dikenal sebagai kekuatan luluh (σy). Von Mises stress digunakan untuk memprediksi batas kekuatan bahan dalam setiap kondisi pembebanan dari hasil tes sederhana tarik uniaksial. Tegangan von Mises memenuhi keadaan yang menyatakan dua arah tegangan dengan energi distorsi yang sama telah menyamai stres von Mises dan hasil dapat dilihat pada gambar 29.
impact bar yang di gunakan pada kendaraan ford evereset (chassis pelindung depan), dengan menggunakan software ansys mendapatkan hasilnilai maximum total deformasi adalah sekitar 0.47548 m/m. 4.2 Saran 1.
Gambar 29. Normal Elastic Stress. Pada gambar 4.3.Merupakan equivalent stress (tegangan maksimum) dari hasil simulasi pada front bumper impact bar dengan kcepata 1900 m/s dan distribusi tegangan mulai terjadi sampai 0,0005 s yang mana equivalent stress tertinggi terletak padabagian kiri bawah front bumper impact bar yang di berwarna merah daerah kritis tersebut dengan nilai maksimum Equivalent Stress pada front bumper impact bar dengan menggunakan software ansys adalah sekitar 9,0475x1010Pa, sedangkan nilai minimum adalah sekitar 1,0053x1010Pa yang terletak pada front bumper impact bar bagian kiri bawah. 4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, maka kesimpulan dari front bumper impact bar ini yaitu: 1. Berdasarkan hasil simulasi impact pada front bumper impact bar yang digunakan pada kendaraan ford everest (chassis pelindung depan),dengan menggunakan software ansys mendapatkan nilai maximum Equivalent Stress (Tegangan Maksimum) adalah sekitar 9,0475x1010 Pa. 2. Hasil dari simulasi impact mengetahui bahwa semakin besar tekanan yang di berikan, maka semakin besar pula tingkat kegagalan pada front bumper impact bar. 3. Dengan menggunakan analisa explicit dynamics, dapat mencari nilai kegagalan total deformasi akibat impact pada front bumper
2.
3.
Apabila ingin menganalisa melalui proses simulasi software, alangkah baiknya menggunakan hardware/komputer yang cukup mumpuni agar hasil simulasi merepresentasikan hasil yang akurat dan peneliti menyarankan agar menggunakan software simulasi dengan analisis system yang berbeda sebagai bahan perbandingan. Diperlukan Kajian lebih lanjut tentang bentuk geometri dari front bumper impact bar yang paling baik sehingga dapat mereduksi tegangan sebesar mungkin. Hasil skripsi ini dapat dijadikan rujukan dalam penelitian berikutnya.
5. DAFTAR PUSTAKA Properties Material (Azom, 2012) C S Desai. (1988). Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga. Erlangga. Jakarta. Callister, William D,dkk. 1994. Material science and engineering (an introduction). http://autocadeducation.blogspot.com/2012/08/sejarah-danmanfaat-programautocad.html. Joseph, Edward Shigley, 1983. Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid1, Professor Emiritus, The University of Michigan. Tailor, (2009), Impact Test-Basic Simulation, ANSYS Explicit Dynamics, Workshop 1,ANSYS, Inc Proprietary. S. P. Timoshenko, 1986. Teori Elastisitas, Edisi Ketiga, Professor Emiritus of Engineering Mechanics. ThyssenKrupp. Materials International. http://www.wikipedia.com
