SIDANG TUGAS AKHIR: ANALISA STRUKTUR RANGKA SEPEDA FIXIE DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Andra Berlianto (2107 100 161)
Abstrak
Kekuatan rangka merupakan hal utama yang harus diperhatikan dalam perancangan sepeda Penelitian dilakukan dengan membandingkan kontur distribusi tegangan dan deformed shape pada setiap rangka Hasil penelitian menunjukkan ada pengaruh perubahan posisi top tube dan seat tube terhadap distribusi tegangan dan deformed shape pada setiap rangka Rangka terbaik (nilai tegangan relatif lebih kecil dan merata) adalah rangka normal dan rangka modifikasi 5
Latar Belakang
Sepeda merupakan salah satu alat transportasi yang populer, murah, praktis, dan ramah lingkungan
Sepeda fixie merupakan salah satu jenis sepeda yang populer dan mendapat perhatian di kalangan masyarakat, terutama anak muda Kekuatan komponen (terutama rangka) merupakan faktor penentu dari keberhasilan suatu perancangan (sepeda) selain ergonomi dan estetika
Perumusan Masalah
Titik berat penelitian ini adalah pengaruh perubahan geometri terhadap distribusi tegangan dan deformed shape pada rangka sepeda akibat pembebanan yang sama Perubahan geometri dari rangka akan mempengaruhi kontur distribusi tegangan dan deformed shape pada rangka
Pengukuran beban dari massa pengendara pada titik kontak menjadi input pembebanan pada software Finite Element Analysis (FEA) Geometri normal rangka sepeda (yang dijadikan acuan pengukuran) menjadi baseline pada penelitian ini
Tujuan Penelitian
Mengetahui pengaruh variasi perubahan geometri rangka terhadap distribusi tegangan dan deformed shape yang terjadi pada rangka sepeda Menghasilkan referensi bagi analis yang tertarik pada perancangan rangka sepeda dan metode elemen hingga
Batasan Masalah
Kondisi pembebanan pada rangka adalah pembebanan statis (kondisi elastis) Postur tubuh pengendara yang digunakan dalam penelitian ini adalah postur tubuh orang Indonesia yang umum Posisi pengendara pada penelitian ini adalah posisi pengendaraan normal dengan asumsi pembebanan yang simetris
Sambungan las setiap joint dianggap sempurna dan satu kesatuan material yang sama dengan rangka Jenis rangka sepeda yang digunakan pada pengukuran adalah sepeda fixie
Perangkat lunak FEA yang digunakan dalam penelitian ini adalah ANSYS/Mechanical APDL Ver 12.0
Tegangan
Tegangan material
reaksi body gaya internal per unit luasan melawan beban yang diaplikasikan
Finite Element Method
Displacement
Regangan
Tegangan
Teori kegagalan MSST (Maximum Shear Stress Theory)
DET (Distorsion Energy Theory)
Tresca
Von Mises
Elemen Shell 8 Node
Elemen khusus untuk model struktur yang relatif tipis
Terdiri dari 8 node untuk setiap elemen
Setiap node memiliki 5 derajat kebebasan
ANSYS Mechanical Fungsi umum:
Membangun model / import CAD
Mengaplikasikan beban operasional
Mengaplikasikan boundary condition
Mengetahui respon fisik
Optimasi dan perbaikan desain
Melakukan tes prototype
Solution • Menentukan elemen, real constant, dan material • Modeling • Meshing
Preprocessor (PREP7)
•Menentukan constrain (BC’s) •Mengaplikasikan beban
• Evaluasi hasil analisis
Post-Processor (POST1)
Titik Pengambilan Data
Batang kemudi (simetri) Saddle Pedal (simetri)
Perubahan geometri rangka tidak mengubah lokasi titik pengukuran
Perlengkapan yang digunakan
Satu set meja (disesuaikan dengan geometri sepeda) Tiga unit timbangan badan Tiga unit timbangan tepung Tiga unit luncuran
Perlengkapan yang digunakan
Ilustrasi Pengambilan Data
Bagian-bagian (komponen) dari Rangka Sepeda
Variasi Geometri Rangka Rangka Normal
Rangka Modifikasi 1
Variasi Geometri Rangka Rangka Modifikasi 2
Rangka Modifikasi 3
Variasi Geometri Rangka Rangka Modifikasi 4
Rangka Modifikasi 5
Variasi Geometri Rangka Rangka Modifikasi 6
Rangka Modifikasi 7
Daerah Pengamatan
Prosedur Penelitian Mengumpulkan informasi tentang sepeda fixie
Menyusun perlengkapan sesuai dengan geometri sepeda yang dimodelkan
Mencatat data dan menghitung prosentase tiap titik pengukuran
Memodelkan rangka sepeda pada software CAD
Mengukur data massa pengendara
Melakukan analisa pada software FEA untuk semua model
Menyatakan hasil analisa dalam bentuk grafik
Distribusi massa pengendara No
Tangan (x) (kg)
Tangan (y) (kg)
Badan (x) (kg)
Badan (y) (kg)
Kaki (x) (kg)
Kaki (y) (kg)
1
-2.09
-6
2.25
-29
0.8
-6
2
-2.2
-6
2.8
-29
1.04
-6
3
-2.1
-6
1.9
-29
1.05
-6
…
…
…
…
…
…
…
12
-2.2
-6
2.75
-30
0.8
-6
Rata²
-2.0792
-6
2.1917
-28.8333
0.9517
6
Std dev
0.1054
0
0.2465
0.7177
0.2018
0
% Total
3.923
11.3208
4.1352
54.4025
1.7956
11.3208
Pembebanan pada Rangka
F1X : komponen gaya horizontal (tangan)
F1Y : komponen gaya vertikal (tangan)
F2X : komponen gaya horizontal (badan)
F2Y : komponen gaya vertikal (badan)
F3X : komponen gaya horizontal (kaki)
F3Y : komponen gaya vertikal (kaki)
Pembebanan pada Rangka Berat Pengendara = 65 kg Satuan gaya dalam Newton
Tangan
Badan
Kaki
F1X
F1Y
F2X
F2Y
F3X
F3Y
25.006
72.162
26.359
346.779
11.446
72.162
Boundary Conditions (Constrain) •Pada ujung fork: •Pada drop outs:
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Ekuivalen (Von Mises) Pada Rangka Normal
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Geser XY pada Rangka Normal
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Geser YZ pada Rangka Normal
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Geser XZ pada Rangka Normal
Contoh Kontur Displacement pada Rangka Normal
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Seat Stays Pertama)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Seat Stays Kedua)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Pertama)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Kedua)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Ketiga)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Keempat)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Seat Stays Pertama)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Seat Stays Kedua)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Pertama)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Kedua)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Ketiga)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Keempat)
Komparasi Displacement (Posisi Seat Stays Pertama)
Komparasi Displacement (Posisi Seat Stays Kedua)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Pertama)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Kedua)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Ketiga)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Keempat)
Kesimpulan
Untuk σyield = 480 MPa, semua model rangka dapat menerima beban yang diberikan (aman) Tegangan tertinggi tercatat pada rangka modifikasi 3 di daerah pengamatan 8 Alternatif desain yang baik adalah rangka normal (σeq-max = 60.941 MPa di daerah pengamatan 2) dan rangka modifikasi 5 (σeq-max = 64.143 MPa di daerah pengamatan 2) Jika model rangka modifikasi 3 dan modifikasi 7 tidak disertakan, Tegangan ekuivalen tertinggi tercatat pada rangka modifikasi 2 (σeq-max = 136.428 MPa di daerah pengamatan 5) Semakin lebar jarak antara joint 5 dan joint 6, semakin besar nilai tegangan dan displacement yang terjadi serta semakin besar variasinya pada setiap daerah pengamatan, dan sebaliknya
Saran
Penelitian tentang tegangan yang terjadi pada bentuk batang kemudi yang bervariasi Penelitian tentang tegangan yang terjadi untuk modifikasi desain yang lain (tipe rangka, penampang batang, lengkungan, dan sebagainya) Penelitian tentang tegangan yang terjadi untuk posisi pengendara yang meninggalkan saddle (berdiri)
TERIMA KASIH Mohon Kritik dan Saran
