ANALISIS SIMULASI STRUKTUR CHASSIS MOBIL MESIN
USU BERBAHAN BESI STRUKTUR TERHADAP BEBAN
STATIK DENGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK
ANSYS 14.5
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ARY FADILA NIM.080401077
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2013
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia yang
diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan skripsi ini dengan
judul “ Analisis Simulasi Struktur Chassis Mobil Mesin USU Berbahan Besi Struktur Terhadap Beban Statik dengan Menggunakan Perangkat Lunak Ansys 14.5 ”.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap
mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Regular
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam proses
pengerjaan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi,
pengetahuan, data-data, dan lain-lain. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis
menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis
yang telah banyak memberi masukan serta membina saya selama
mengerjakan penelitian ini.
Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU beserta
seluruh Dosen dan Staf administrasi.
Bapak Ir. Tugiman K, MT dan Bapak Ir. Tekad Sitepu sebagai dosen pembanding yang telah memberikan masukan dalam penyusunan skripsi
ini.
Seluruh teman – teman stambuk 2008, terkhusus teman – teman tim Horas
yang telah jatuh bangun dan berjuang bersama dalam membuat mobil
Mesin USU.
Dan khususnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada Kedua orangtua penulis, Ayahanda Suryadi dan Ibunda Ila Sabirin yang
telah memberikan do’a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga saudara-saudara penulis kakak Hera Juwita, adik Ersa Sabila, dan seluruh
keluarga besar penulis yang selalu memberi dukungan dan motivasi selama
ii
Penulis sangat menyadari bahwa dalam laporan hasil penelitian ini masih
jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran dan komentar sangat diperlukan sehingga
dapat memperbaiki penelitian ini untuk semakin membaik.
Terima kasih atas segala bantuan baik secara moril maupun materil, baik
secara langsung ataupun tidak langsung kepada semua pihak yang telah
berkontribusi dalam penulisan laporan hasil penelitian ini.
Medan, Maret 2013
Penulis,
ARY FADILA
080401077
iii
ABSTRAK
Merancang chassis perlu dilakukan analisis simulasi elemen hingga untuk mengetahui kekuatan chassis pada mobil Mesin USU pada saat driver berada di dalamnya. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan hasil simulasi chassis pada mobil Mesin USU I dan mobil Mesin USU II apabila mengalami pembebanan dengan menggunakan perangkat lunak Ansys 14.5. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap pengerjaan yaitu: pemodelan chassis dengan perangkat lunak SolidWorks Premium 2011 dan simulasi elemen hingga menggunakan perangkat lunak Ansys 14.5. Setelah melakukan simulasi dengan beban 700 N terhadap chassis Mesin USU I didapat defleksi maksimum = 0,96 mm, defleksi ground clearence = 0,6415 mm, tegangan maksimum = 22,563 Mpa, regangan maksimum = 11,65e-5 mm/mm. Dengan beban 700 N terhadap chassis Mesin USU II didapat defleksi maksimum = 3,29 mm, defleksi ground clearence = 2,236 mm, tegangan maksimum = 53,217 Mpa, regangan maksimum = 26,71e-5 mm/mm. Dengan beban 25 kN terhadap chassis Mesin USU I didapat defleksi maksimum = 31,542 mm, defleksi ground clearence = 21,682 mm, tegangan maksimum = 741,59 MPa, regangan maksimum = 371,12e-5 mm/mm. Dengan beban 3,8 kN terhadap chassis Mesin USU II didapat defleksi maksimum = 17,074 mm, defleksi ground clearence = 11,582 mm, tegangan maksimum = 277,64 MPa, regangan maksimum = 139,39e-5 mm/mm. Kesimpulan dari penelitian ini adalah efek dari pembebanan chassis dapat diketahui melalui simulasi dengan perangkat lunak Ansys dengan pemodelan geometry gambar yang benar.
iv
ABSTRACT
Chassis designing needs to be analized by finite element simulation to get the strength of chassis on Mesin USU car actually the driver is in it. The purpose is how to getting the simulation’s effect of chassis on Mesin USU I car and on Mesin USU II car when both are applied loading which using Ansys 14.5 software. The research was carried out in several stages of working: the chassis modeling by software SolidWorks Premium 2011 and finite element simulation using ANSYS 14.5 software. After doing the simulation with 700 N load on chassis Mesin USU I acquired 0,96 mm maximum deflection, 0,6415 mm ground clearence deflection, 22,563 MPa maximum stress, 11,65e-5 mm/mm maximum strain. And 700 N load on chassis Mesin USU II acquired 3,29 mm maximum deflection, 2,236 mm ground clearence deflection, 53,217 MPa maximum stress, 26,71e-5 mm/mm maximum strain. With 25 kN load on chassis Mesin USU I acquired 31,542 mm maximum deflection, 21,682 mm ground clearence deflection, 741,59 MPa maximum stress, 371,12e-5 mm/mm maximum strain. And 3,8 kN load on chassis Mesin USU II acquired 17,074 mm maximum deflection, 11,582 mm ground clearence deflection, 277,64 MPa maximum stress, 139,39e-5 mm/mm maximum strain. The conclusion of this study is the effect of chassis loading can be determined through the simulations with Ansys software during the geometry modeling is correct
Keywords: Simulation Analysis, maximum deflection, ground clearance deflection, maximum stress, maximum strain, ANSYS.
v
2.4.1 Transformasi Tegangan ... 15
2.4.2 Tegangan utama (principal stress) ... 18
2.4.3 Tegangan Geser maksimum ... 19
2.5 Regangan ... 20
2.5.1 Transformasi Regangan ... 20
2.5.2 Regangan Utama ... 21
2.5.3 Regangan Geser Maksimum ... 22
vi
2.7 Momen Inersia... 22
2.7.1 Momen Inersia Penampang Hollow Segiempat ... 23
2.7.2 Momen Inersia Penampang Hollow Lingkaran ... 23
2.8 Defleksi ... 24
2.9 Perangkat Lunak Elemen Hingga ... 33
2.9.1 Ansys ... 33
2.9.2 Cara Kerja Ansys ... 33
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 35
3.1Pendahuluan ... 35
3.2Waktu dan Tempat ... 35
3.3Material yang digunakan ... 35
3.4Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU ... 36
3.4.1 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU I ... 36
3.4.2 Pemodelan Chassis Mobil Mesin USU II ... 38
3.5Simulasi ... 40
3.6Diagram Alir Simulasi ... 44
3.7Diagram Alir Penelitian ... 46
BAB 4 HASIL DAN DISKUSI ... 49
4.1Pendahuluan ... 49
4.2Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU ... 49
4.2.1 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU I ... 49
4.2.2 Hasil ModellingChassis Mobil Mesin USU II ... 49
4.3Hasil Simulasi Analisis Struktur Chassis Mobil Mesin USU ... 50
4.3.1 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Pembebanan 700 N ... 50
4.3.2 Defleksi Chassis Mobil Mesin USU dengan Beban Variasi 57 4.3.3 Tegangan dan Regangan Chassis Mobil Mesin USU ... 63
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Jenis –Jenis Reaksi Dukungan ... 14
Tabel 3.1 Karakteristik Material Chassis Besi Struktur (Structural Steel) ... 35
Tabel 4.1 Distribusi deformasi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N .... 53
Tabel 4.2 Distribusi deformasi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ... 54
Tabel 4.3 Distribusi deformasi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN .... 58
Tabel 4.4 Distribusi deformasi chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN .. 59
Tabel 4.5 Distribusi tegangan chassis Mesin USU I dengan beban 700 N... 63
Tabel 4.6 Distribusi regangan chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 65
Tabel 4.7 Distribusi tegangan chassis Mesin USU II dengan beban 700 N .... 66
Tabel 4.8 Distribusi regangan chassis Mesin USU II dengan beban 700 N .... 67
Tabel 4.9 Distribusi tegangan chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN... 69
Tabel 4.10 Distribusi regangan chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ... 70
Tabel 4.11 Distribusi tegangan chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN . 71
Tabel 4.12 Distribusi regangan chassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN . 72
Tabel 4.13 Perbandingan Hasil Analisis struktur dengan pembebanan 700 N 73
Tabel 4.14 Perbandingan Hasil Analisis struktur dengan variasi beban ... 74
Tabel 4.3 Perbandingan sifat chassis Mesin USU I dengan chassis Mesin
viii
Gambar2.11 Gambar 2.11 Bidang menerima tegangan (a) segmen yang dipotong; (b) potongan segmen ... 16
Gambar 2.12 Diagram benda bebas potongan segmen ... 16
Gambar 2.13 Diagram benda bebas bidang x’-y’ ... 18
Gambar 2.14 Segitiga trignometri tegangan utama... 19
Gambar 2.15 Segitiga trignometri tegangan geser ... 20
Gambar 2.16 Regangan pada elemen (a) Regangan normal, ; (b) Regangan geser, ... 20
Gambar 2.17 Segitiga trignometri regangan utama ... 21
Gambar 2.18 Penampang rangka utama... 23
Gambar 2.19 Penampang rollbar ... 23
Gambar 2.20 Batang yang ditumpu dan diberi beban merata ... 24
Gambar 2.21 Diagram benda bebas gaya luar ... 25
Gambar 2.22 Diagram benda bebas gaya – gaya dalam ... 26
ix
Gambar 2.23 Diagram momen dan gaya geser ... 27
Gambar 2.24 Pembebanan pada rangka utama ... 29
Gambar 2.25 Pembebanan merata batang. ... 29
Gambar 2.26 Diagram benda bebas kesetimbangan gaya - gaya luar ... 29
Gambar 2.27 Diagram benda bebas gaya – gaya dalam ... 30
Gambar 2.28 Material yang disusun dengan node ... 34
Gambar 3.1 Model besi hollow persegi 30 mm ... 37
Gambar.3.7 Jendela utama Ansys 14.5 ... 40
Gambar 3.8 Jendela engineeringdata Ansys 14.5 ... 41
Gambar 3.9 Geometri yang di input dari solidwork ... 41
Gambar 3.10 Pemberian meshing ... 42
Gambar 3.11 Parameter gravitasi Bumi ... 42
Gambar 3.12 parameter fixed support ... 43
Gambar 3.13 Parameter Pembebanan ... 43
Gambar 3.14 Menentukan variabel yang akan ditentukan ... 44
Gambar 3.15 Diagram Alir Simulasi Ansys 14.5 ... 45
Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian ... 46
Gambar 4.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I ... 49
Gambar 4.2 Model struktur chassis Mobil Mesin USU II ... 50
Gambar 4.3 Beban merata batang chassis... 50
x
gambar 4.5 Diagram benda bebas gaya luar ... 51
Gambar 4.6 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 52
Gambar 4.7 Defleksi chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ... 53
Gambar 4.8 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban 700 N ... 54
Gambar 4.9 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 55
Gambar 4.10 Pandangan kiri chassis Mesin USU I ... 55
Gambar 4.11 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dengan beban 700N ... 56
Gambar 4.12 Pandangan kiri chassis Mesin USU II... 57
Gambar 4.13 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ... 58
Gambar 4.14 Defleksi chassis Mesin USU I dengan beban 3,8 kN ... 59
Gambar 4.15 Grafik distribusi deformasi chassis akibat beban variasi ... 60
Gambar 4.16 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU I dengan beban 25 kN ... 60
Gambar 4.17 Pandangan kiri chassis Mesin USU I ... 61
Gambar 4.18 Defleksi ground clearencechassis Mesin USU II dengan beban 3,8 kN ... 62
Gambar 4.19 Pandangan kiri chassis Mesin USU II... 62
Gambar 4.20 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 63
Gambar 4.21 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan beban 700 N ... 64
Gambar 4.22 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU I dengan Beban 700 N ... 65
Gambar 4.23 Tegangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban 700 N ... 66
Gambar 4.24 Regangan maksimum chassis Mesin USU II dengan beban
xi
700 N ... 67
Gambar 4.25 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU II dengan
beban 700 N ... 68
Gambar 4.26 Tegangan maksimum chassis Mesin USU I dengan
beban 25 kN ... 68
Gambar 4.27 Regangan maksimum chassis Mesin USU I dengan
beban 25 kN ... 69
Gambar 4.28 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU I dengan
Beban 25 kN ... 70
Gambar 4.29 Tegangan maksimum chassis Mesin USU II dengan
beban 3,8 kN ... 71
Gambar 4.30 Regangan maksimum chassis Mesin USU II dengan
beban 3,8 kN ... 72
Gambar 4.31 Grafik tegangan vs regangan chassis Mesin USU II dengan
Beban 3,8 kN ... 73
Gambar 5.1 Model struktur chassis Mobil Mesin USU I ... 75
xii
= Regangan normal pada arah sumbu x
= Regangan normal pada arah sumbu y
