i
TUGAS AKHIR
ANALISIS UJI TABRAK BODI MOBIL ESEMKA
DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
AGUS DARMAWAN NIM : D 200 11 0031
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “ANALISIS UJI TABRAK BODI MOBIL ESEMKA DENGAN METODE ELEMEN HINGGA” yang dibuat untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana S1 pada jurusan Teknik Mesin Universitas Muhmmadiyah Surakarta. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali sebagian sumber yang saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Juli 2016 Yang menyatakan,
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas akhir yang berjudul “ANALISIS UJI TABRAK BODI MOBIL ESEMKA DENGAN METODE ELEMEN HINGGA“, telah disetujui oleh pembimbing dan diterima untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama : Agus Darmawan NIM : D 200 11 0031
Disetujui pada : Hari : Tanggal :
Pembimbing Utama
(Agus Dwi Anggono., ST., M.Eng., Ph.D)
Pembimbing Pendamping
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir berjudul “ANALISIS UJI TABRAK BODI MOBIL ESEMKA DENGAN METODE ELEMEN HINGGA“, telah dipertahankan dihadapan tim penguji yang telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S-1 pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan Oleh :
Nama : AGUS DARMAWAN NIM : D 200 11 0031
Disetujui pada,
Hari : ... Tanggal : ...
Tim Penguji :
Ketua : Agus Dwi Anggono., ST., M.Eng., Ph.D ( )
Anggota 1 : Dr. Supriyono ( )
Anggota 2 : Joko Sedyono., ST., M.Eng., Ph.D ( )
Dekan Ketua Jurusan
vi
HALAMAN MOTTO
Menuntut ilmu adalah taqwa, menyampaikan ilmu adalah ibadah, mengulang-ulang ilmu adalah zikir, mencari ilmu adalah jihad.
(Imam Al Ghazali)
Barang siapa yang keluar untuk mencari ilmu maka ia berada di jalan Allah, hingga ia pulang.
(HR. Turmudzi)
Allah akan meninggikan orang yang beriman diantaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa drajat, dan Allah Maha
Mengetahui apa yang kamu kerjakan (QS Al-Mujadalah 11)
Jika orang berpegang pada keyakinan, maka hilanglah kesangsian. Tetapi jika orang sudah mulai berpegang teguh pada kesangsian, maka hilanglah
keyakinan. (Sir Francis Bacon)
Hari ini anda adalah orang yang sama dengan anda di lima tahun mendatang, kecuali dua hal: orang-orang di sekeliling anda dan buku-buku yang anda baca.
vii
ANALISIS UJI TABRAK BODI MOBIL ESEMKA
DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
Agus Darmawan, Agus Dwi Anggono, Supriyono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Email : Darmawanagus31@gmail.com
ABSTRAKSI
Perkembangan dunia teknologi di bidang komputasi saat ini sangatlah pesat terutama perangkat lunak (software) yang ditunjang kualitas hardware, sebagian besar pekerjaan manusia sekarang telah digantikan oleh pemrogaman dengan komputer. Dengan demikian komputer sebagai alat bantu manusia dalam menyelesaikan pekerjaan maupun menganalisa berbentuk desain tanpa harus menunggu hasil jadi barang/ alat yang ingin diuji. Kemajuan teknologi ini menjadi terobosan bagi setiap perusahaan yang ingin meningkatkan kualitas dan kuantitas produksi serta tetap menjaga eksistensinya di pasar perdagangan. Kecanggihan teknologi desain konstruksi tidak lepas dari peneliti yang mengembangkan ilmu, rekayasa khususnya bidang elemen hingga yang memadukan ilmu matematika, teknik dan komputer.
Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan model tabrakan yang tejadi antara lain simulasi tabrak depan, tabrak depan lebih 40%, dan tabrak sisi (menabrak dengan tiang). Desain pembuatan bodi mobil Esemka menggunakan software solidworks 2012, setelah desain sudah siap kemudian diimport dengan format iges (*.Igs) lalu disimulasikan menggunakan software abaqus 6.12-1.
Dari hasil simulasi didapatkan penyerapan energi dapat menimbulkan perubahan bentuk pada struktur bodi yang dipengaruhi oleh model dari struktur bodi mobil keseluruhan, ketebalan plat serta rapat masa dapat mempengaruhi kemampuan dari struktur body mobil Esemka dalam meredam tumbukan, semakin besar deformasi yang terjadi menunjukkan kemampuan rangka dalam menyerap tumbukan akan semakin besar. Hal itu terjadi karena deformasi dipengaruhi oleh energi dalam dan regangan, hasil energi dalam yang diperoleh dari simulasi tabrakan depan sebesar 3,83x1013 N.m, simulasi tabrak depan lebih 40% sebesar 3,62x1013 N.m dan untuk simulasi tabrak sisi (menabrak dengan tiang) diperoleh energi dalam sebesar 8,31x1012 N.m.
viii
CRASH TEST ANALYSIS OF ESEMKA CAR BODY
WITH THE FINITE ELEMENT METHOD
Agus Darmawan, Agus Dwi Anggono, Supriyono
Mechanical Engineering Muhammadiyah University Of Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : Darmawanagus31@Gmail.Com
ABSTRACT
The technology of computing is develop rapidly especially in computer aided engineering software. Most of the human activity has been helped by computer programming. Thus, the computers have became a powerfull tool to design and analysis virtually without the real products or components. The advance technology have become an important resources for any industries to improve the product quality and quantity of production and to survive in the market. The development of computing technology was involved many researchers who develope the finite element software. It was combination between math, engineering and computer.
This research was conducted by varying models of collisions. There were front impact, 40% front impact and side impact with a part of frame. Esemka car body was designed by using SolidWorks 2012 software. Then the model is imported into Abaqus 612-1 software with iges format (* .Igs) for crash simulation.
From the simulation, it was obtained that the energy absorption can cause deformation in the body structure. It was influenced by the overall structure model of the car, and material thickness. The high deformation of the structure was shown the ability of the structure to absorb the impact energy. It could be occured because the deformation is influenced by energy and strain. The front crash was delivered internal energy as
3,83x1013 Nm, 3,62x1013 Nm for 40% front crash and the side crash give
8,31x1012 Nm.
ix
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur atas kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmad dan hidayahnya, Tak lupa sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang kita tunggu syafa’atnya di akhir zaman.
Bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang, di kesempatan ini saya ingin mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
1. Bapak dan ibu tercinta yang senantiasa memberikan doa, keringat, perhatian, kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa sabarnya hingga mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin.
2. Keluarga besar dan Adik-adikku tersayang yang memberikan obat dikala letih, canda tawa yang membuat semangat seakan terus datang, teruslah belajar setinggi mungkin dan balas budilah dengan orang tua. 3. Teman seperjuangan di Abaqus Sdr. Nova terimakasih atas kerja
sama, bantuan, ilmu bermanfaatnya, selama mengerjakan penelitian ini.
x
5. Teman teman kontrakan gumpang : alif, domo, muslih dan azis yang telah memberikan tempat tumpangan untuk bersinggah dan mengerjakan skripsi.
xi
KATA PENGANTAR
Assalamu’alikum. Wr. Wb
Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmad, hidayah, dan inayahnya. Tak lupa sholawat serta salam selalu tercurahkan kepada uswatun khasanah kita Nabi Muhammad SAW yang kita tunggu syafa’atnya di akhir zaman.
Penulis menyadari banyak hambatan yang dihadapai dalam penyusunan laporan ini. Namun, berkat dukungan berbagai pihak, alkhamdulillah penulis dapat menyelesaikan laporan ini dengan tepat waktu. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu selama proses penyusunan laporan ini, antara lain :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Bibit Sugito., ST., MT, selaku Dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberikan masukan dan arahan selama proses awal kuliah hingga akhir selama di bangku perkuliahan.
4. Bapak Agus Dwi Anggono, ST, M.Eng, Ph.D, selaku Dosen pembimbing utama yang telah sabar membimbing serta memberikan memberikan arahan ataupun penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini.
5. Bapak Dr. Supriyono, selaku Dosen pembimbing pendamping yang telah bersedia memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
xii
7. Bapak dan ibu tercinta yang senantiasa memberikan doa, keringat, perhatian, kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa sabarnya hingga penulis mendapatkan gelar sarjana.
8. Rekan-rekan teknik mesin angkatan 2011 yang selalu memberikan dorongan moral dan motivasi kepada penulis sehingga perjuangan mendapatkan gelar sarjana ini di kemas dalam suasana kekompakan dan kekeluargaan.
9. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu terimakasih atas semuanya.
Dalam penulisan penelitian ini penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati dan penulis ucapkan banyak terima kasih. Penulis berharap laporan tugas akhir ini dapat memberikan wawasan baru bagi pembaca dan semoga semua amal baik yang diberikan semua pihak kepada penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan sempurna dari Allah SWT.
Wassalamu’alaikum. Wr. Wb.
Surakarta, Juli 2016
xiii DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... v
HALAMAN MOTTO ... vi
ABSTRAKSI ... ... vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... ix
KATA PENGANTAR ... xi
DAFTAR ISI ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xvii
DAFTAR TABEL ... xxi
DAFTAR SIMBOL ... xxii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 5
1.3. Batasan Masalah ... 5
1.4. Tujuan Penelitian ... 6
1.5. Manfaat Penelitian ... 6
xiv
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Studi Literatur ... 9
2.2. Landasan Teori ... 11
2.2.1. Body Mobil ... 11
2.2.2. Pemodelan Dan Jenis Tabrakan Kendaraan ... 12
2.2.2.1 Tabrakan Dengan Arah Sejajar (Frontal Crash) ... 12
2.2.2.2 Tabrakan Dengan Arah Tegak Lurus(Side Collision).14 2.2.3. Teori Elastisitas Dan Plastisitas ... 15
2.2.4. Metode Elemen Hingga ... 25
2.2.4.1 Mekanika Benda Padat ... 26
2.2.4.2 Tegangan Von Mises ... 29
2.2.4.3 Hubungan Tegangan Regangan Tiga Dimensi... 29
2.2.4.4 Hubungan Tegangan Regangan Dua Dimensi... 32
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 38
3.2. Spesifikasi Komputer ... 39
3.3. Pembuatan Geometri ... 39
3.4. Karakteristik Material ... 41
3.5. Proses Meshing ... 43
3.6. Proses Penggabungan ... 44
3.7. Kondisi Batas ... 45
xv
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN HASIL SIMULASI
4.1. Visualisasi Pengujian Mobil Esemka ... 47
4.2. Studi Konvergensi ... 48
4.3. Analisa Hasil Simulasi ... 51
4.3.1. Simulasi Tabrak Depan ... 53
4.3.1.1. Posisi Body Mobil Pada Step Time 1,5 Detik ... 53
4.3.1.2. Posisi Body Mobil Pada Step Time 4,5 Detik ... 54
4.3.1.3. Posisi Body Mobil Pada Step Time 6 Detik ... 55
4.3.1.4. Posisi Body Mobil Pada Step Time 7,5 Detik ... 56
4.3.1.5. Posisi Body Mobil Pada Step Time 10,5 Detik ... 57
4.3.2. Simulasi Tabrak Depan 40% ... 58
4.3.2.1. Posisi Body Mobil Pada Step Time 1,5 Detik ... 58
4.3.2.2. Posisi Body Mobil Pada Step Time 4,5 Detik ... 59
4.3.2.3. Posisi Body Mobil Pada Step Time 6 Detik ... 60
4.3.2.4. Posisi Body Mobil Pada Step Time 7,5 Detik ... 61
4.3.2.5. Posisi Body Mobil Pada Step Time 10,5 Detik ... 62
4.3.3. Simulasi Tabrak Depan 40% ... 63
4.3.3.1. Posisi Body Mobil Pada Step Time 1,5 Detik ... 63
4.3.3.2. Posisi Body Mobil Pada Step Time 4,5 Detik ... 64
4.3.3.3. Posisi Body Mobil Pada Step Time 6 Detik ... 65
4.3.3.4. Posisi Body Mobil Pada Step Time 7,5 Detik ... 66
xvi
4.4. Pembahasan Hasil Simulasi... 68
4.4.1. Hubungan Tegangan Regangan Yang Terjadi Pada Komponen-Komponen Dari Struktur Body Mobil ... 68
4.4.1.1. Percobaan Tabrak Depan Elemen 11586 ... 68
4.4.1.2. Percobaan Tabrak Depan 40% Elemen 28655 ... 69
4.4.1.3. Percobaan Tabrak Sisi (Menabrak Dengan Tiang) Elemen 55262 ... 70
4.4.2. Grafik Hubungan Antara Regangan Dengan Waktu ... 71
4.4.2.1. Percobaan Tabrak Depan ... 71
4.4.2.2. Percobaan Tabrak Depan 40% ... 72
4.4.2.3. Percobaan Tabrak Sisi (Menabrak Dengan Tiang). 72 4.4.3. Grafik Hubungan Antara Energy Kinetik Dengan Waktu . 73 4.4.3.1. Percobaan Tabrak Depan ... 73
4.4.3.2. Percobaan Tabrak Depan 40% ... 73
4.4.3.3. Percobaan Tabrak Sisi (Menabrak Dengan Tiang). 74 4.4.4. Grafik Hubungan Antara Energy Dalam Dengan Waktu . 74 4.4.4.1. Percobaan Tabrak Depan ... 74
4.4.4.2. Percobaan Tabrak Depan 40% ... 75
4.4.4.3. Percobaan Tabrak Sisi (Menabrak Dengan Tiang). 75 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 76
5.2. Saran ... ... 77 DAFTAR PUSTAKA
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Mobil esemka rajawali ... 11
Gambar 2.2. Pemodelan simulasi tabrak depan ... 13
Gambar 2.3. Pemodelan simulasi tabrak depan 40% ... 13
Gambar 2.4. Pemodelan simulasi tabrak sisi (menabrak dengan tiang) .... 14
Gambar 2.5. Diagram tegangan regangan ... 22
Gambar 2.6. Garis modulus ... 23
Gambar 2.7. Jenis kurva tegangan regangan ... 24
Gambar 2.8. Meshing pada body mobil ... 26
Gambar 2.9. Tegangan yang berkerja pada suatu bidang ... 26
Gambar 2.10. Tegangan yang berkerja pada bidang tiga dimensi ... 30
Gambar 2.11. Tegangan yang berkerja pada bidang dua dimensi ... 32
Gambar 2.12. Tegangan yang berkerja pada bidang miring dua dimensi .. 33
Gambar 2.13. Hubungan tegangan regangan yang berkerja pada bidang miring dua dimensi ... 34
Gambar 2.14. Kesetimbangan gaya yang berkerja pada bidang miring dua dimensi... 35
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 38
Gambar 3.2. Desain solid work body mobil esemka ... 40
Gambar 3.3 Hasl import di Abaqus/CAE 6.12-1 ... 41
Gambar 3.4. Meshing body mobil esemka ... 43
xviii
Gambar 3.6. Kondisi batas pengujian tabrak ... 46
Gambar 4.1. Visualisasi tabrak depan ... 47
Gambar 4.2. Visualisasi tabrak depan 40% ... 48
Gambar 4.3. Visualisasi tabrak samping (menabrak dengan tiang) ... 48
Gambar 4.4. Grafik studi konvergens luas elemen ... 49
Gambar 4.5. Ukuran luas elemen yang digunakan dalam melakukan studi konvergensi ... . 51
Gambar 4.6. Posisi body mobil mulai menyentuh rigid body simulasi tabrak depan step time 1,5 detik ... 53
Gambar 4.7. Deformasi yang dialami body pada simulasi tabrak depan step time 4,5 detik ... 54
Gambar 4.8. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak depan step time 6 detik ... 55
Gambar 4.9. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak depan pada step time 7,5 detik ... 56
Gambar 4.10. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak depan step time 10,5 detik ... 57
Gambar 4.11. Posisi body mobil mulai menyentuh rigid body simulasi tabrak depan 40% step time 1,5 detik... 58
Gambar 4.12. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak depan 40% step time 4.5 detik ... 59
xix
Gambar 4.14. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak
depan 40% step time 7.5 detik ... 61 Gambar 4.15. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak
depan 40% step time 10.5 detik ... 62 Gambar 4.16. Posisi body mobil mulai menyentuh rigid body simulasi
tabrak sisi (menabrak dengan tiang) step time 1.5 detik... 63 Gambar 4.17. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak sisi
(menabrak dengan tiang) step time 4.5 detik ... 64 Gambar 4.18. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak sisi
(menabrak dengan tiang) step time 6 detik ... 65 Gambar 4.19. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak sisi
(menabrak dengan tiang) step time 7.5 detik ... 66 Gambar 4.20. Deformasi yang dialami body mobil simulasi tabrak sisi
(menabrak dengan tiang) step time 10.5 detik ... 67 Gambar 4.21. Grafik hubungan tegangan regangan pada percobaan
tabrak depan pada elemen 11586 ... 68 Gambar 4.22. Element 11586 pada percobaan tabrak depan ... 69 Gambar 4.23. Grafik hubungan tegangan regangan pada percobaan
tabrak depan 40% pada elemen 28655 ... 69 Gambar 4.24. Elemen 28655 percobaan tabrak depan 40% ... 70 Gambar 4.25. Grafik hubungan antara tegangan regangan percobaan
xx
Gambar 4.26. Elemen 55262 percobaan tabrak sisi (menabrak dengan tiang) ... 71 Gambar 4.27. Grafik hubungan antara regangan dengan waktu pada
percobaan tabrak depan ... 71 Gambar 4.28. Grafik hubungan antara regangan dengan waktu pada
percobaan tabrak depan 40% ... 72 Gambar 4.29. Grafik hubungan antara regangan dengan waktu pada
percobaan tabrak sisi (menabrak dengan tiang) ... 72 Gambar 4.30. Grafik hubungan antara energi kinetik dengan waktu pada
percobaan tabrak depan ... 73 Gambar 4.31. Grafik hubungan antara energi kinetik dengan waktu pada
percobaan tabrak depan 40% ... 73 Gambar 4.32. Grafik hubungan antara energi kinetik dengan waktu pada
percobaan tabrak sisi (menabrak dengan tiang) ... 74 Gambar 4.33. Grafik hubungan antara energi dalam dengan waktu pada
percobaan tabrak depan ... 74 Gambar 4.34. Grafik hubungan antara energy dalam dengan waktu pada
percobaan tabrak depan 40% ... 75 Gambar 4.35. Grafik hubungan antara energy dalam dengan waktu pada
xxi
DAFTAR TABEL
xxii
DAFTAR SIMBOL
σ
eng = Engineering stress (MPa)F = Gaya (N)
A0 = Luas permukaan awal (mm2)
σ = True stress (MPa)
εeng = Engineering strain
∆l = Perubahan panjang (mm)
= Panjang mula-mula (mm)
= Panjang setelah diberi gaya (mm) ε = True strain
P = Beban (N)
A = Luas permukaan (mm2)
L = Panjang awal (mm)
E = Modulus Elastisitas (N/m2)
{F} = Gaya luar yang diberikan pada struktur {K} = Matrik kekakuan elemen
{u} = Perpindahan (displacement) V = Poisson ratio untuk material {σ} = Vektor tegangan
{ε} = Vektor regangan
xxiii
t = Waktu (s)
S = Jarak yang dilalui benda (m)
a = Percepatan yang dialami benda (m/s2)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian benda (m)
vt = Kecepatan pada saat t (m/s)
Em = Energi mekanik (N.m)
Ep = Energi potensial (N.m)
