BAB I
LATAR BELAKANG
Velg adalah komponen
utama dalam sebuah kendaraan. Tanpa velg, kendaraan sepeda motor tidak akan
dapatberjalan. Terdapat dua jenis velg yang dikenal di kalangan masyarakat
yaitu velg ruji atau biasa disebut velg jarijari dan velg cast wheel atau biasa
dikenal dengan sebutan velg racing. Velg ruji tidak banyak disukai karena beberapa
alasan, salah satunya adalah tidak sesuai perkembangan jaman (kuno). Oleh
karena itu banyak yang menggantinya dengan velg yang lebih modern atau yang di
sebut dengan velg cast wheel.
Cast wheel pada sepeda
motor adalah kerangka dari sebuah ban yang menahan gaya dari berat kendaraan
dan penumpang. Dalam penelitian dilakukan analisis pengaruh jumlah spoke pada
velg cast wheel sepeda motor, tegangan dan deformasi yang terjadi pada cast
wheel dapat diketahui dengan mengggunakan bantuan mathematical software yang
berbasis finite element method.. Industri velg cast wheel sepeda motor lokal
lebih banyak menggunakan trial and error dalam pengembangan desain produknya
(Zuliantonil, 2007).
Faktor infrastruktur
jalan merupakan salah satu penyebab kecelakaan yang patut diperhatikan meskipun
memiliki prosentase yang relative kecil. Karena jalan yang rusak atau berlubang
sangat berbahaya bagi para pemakai jalan, khususnya kendaraan roda dua.
Kecelakaan seringkali berakibat kerusakan pada kendaraan, salah satunya velg.
Akhir-akhir ini banyak pengguna kendaraan banyak memakai velg jenis casting
wheel. Casting wheel pada sepeda motor adalah sebuah kerangka dari sebuah ban
yang menahan gaya dan tegangan akibat berat dari kendaraan dan impact dari
permukaan jalan. Permukaan jalan tersebut dapat mengakibatkan terjadinya
tegangan dan deformasi pada casting wheel. Ditambah dengan kecepatan pengendara
yang akan mempengaruhi impact dari casting wheel.
Latar Belakang Analisis
Kekuatan Velg Cast Wheel Sepeda Motor Dengan Perangkat Lunak Berbasis Metode
Elemen Hingga
Aspek keselamatan
merupakan hal yang paling wajib diperhitungkan dalam dunia otomotif karena berhubungan
erat dengan nyawa dari pengendara dan penumpang. Sehingga dalam pemodifikasian
setiap komponennya haruslah dipertimbangkan secara matang, tepat dalam pemilihan
material, melalui perhitungan yang benar dan desain yang baik. Dalam dunia
otomotif telah banyak kecelakaan yang disebabkan oleh velg sepeda motor (motor
cycle cast wheel) yang pecah. Dengan mempertimbangkan aspek keselamatan
tersebut, maka masalah yang dibahas dalam analisis ini adalah tentang pengaruh
jumlah spoke pada velg cast wheel pada sepeda motor (motor cycle) terhadap
tegangan dan deformasi yang terjadi. Cast wheel pada sepeda motor adalah
kerangka dari sebuah ban yang menahan gaya dari luar akibat dari berat
kendaraan dan impact atau pukulan dari permukaan jalan. Pukulan dari permukaan
jalan tersebut dapat mengakibatkan terjadinya tegangan dan deformasi pada cast
wheel. Kerusakan yang terjadi pada velg cast wheel adalah pecahnya bibir velg
atau pecahnya spoke pada velg cast wheel akibat gaya dan tegangan yang terjadi
melebihi tegangan maksimum yang diijinkan. DENGANmempertimbangkan masalah ini
maka perlu dilakukan penelitian mengenai pengaruh jumlah spoke terhadaptegangan
dan deformasi dengan menggunakan Metode Elemen Hingga berbasis komputer yaitu
perangkat lunakAnsys 14.0, untuk mempermudah proses desain dan perhitungan
analisis.
Latar Belakang Analisa
Kekuatan Material Velg Sepeda Motor Jenis Casting Wheel Terhadap Tumbukan Dengan
Variasi Kecepatan
Perkembangan teknologi
pada era globalisasi sekarang ini semakin maju. Salah satunya dilihat dari sarana
transportasi yang ada saat ini, khususnya transportasi darat. Dapat kita lihat
beragam jenis sarana transportasi seperti bus, mobil dan sepeda motor. Industri
otomotif, khususnya motor di Indonesia, bila diamati mulai berkembang dengan
baik dalam 10 tahun terakhir, tingginya pertumbuhan bisnis dan industry motor
diikuti oleh bertambahnya kuantitas produk motor di Indonesia dari berbagai
merek dan berbagai negara. Seiring dengan bertambahnya jumlah kendaraan di
jalan raya, kecelakaan lalu lintas merupakan masalah yang membutuhkan
penanganan serius. Indonesia merupakan salah satu Negara dengan tingkat
kecelakaan yang cukup tinggi.
Akhir-akhir ini banyak
dijumpai sepeda motor di Indonesia yang menggunakan velg casting whell. Dalam
penggunaan sepeda motor, kekuatan velg sangatlah penting, karena velg merupakan
salah satu bagian dari kendaraan yang menerima tegangan dan beban yang cukup
tinggi. Mengingat di Indonesia, khusunya di Surabaya banyak dijumpai jalan yang
berlubang, tentu saja bagi pengendara yang lengah dan tidak sempat mengurangi
kecepatan maka sepeda motor akan menabrak lubang tersebut. Jika sering
mengalami kondisi tersebut, velg akan mengalami deformasi bentuk bahkan pecah
pada bagian bibir ataupun spoke velg.
Tumbukan terjadi bila
dua benda saling berbenturan selama selang waktu yang sangat singkat, yang
menyebabkan gaya-gaya yang relative besar (impulsif) antara benda-benda itu.
BAB II
TUJUAN
PENELITIAN
Analisis Kekuatan Velg
Cast Wheel Sepeda Motor Dengan Perangkat Lunak Berbasis Metode Elemen Hingga.
Dalam dunia otomotif
telah banyak kecelakaan yang disebabkan oleh velg sepeda motor (motor cycle
cast wheel) yang pecah. Dengan mempertimbangkan aspek keselamatan tersebut, maka
masalah yang dibahas dalam analisis ini adalah tentang pengaruh jumlah spoke
pada velg cast wheel pada sepeda motor (motor cycle) terhadap tegangan dan
deformasi yang terjadi. Cara trial and error dalam pengembangan motor cycle
cast wheel adalah cara yang bertentangan dengan prinsip-prinsip sustainable
product design. Untuk memudahkan proses desain dan pengujian, digunakan
mathematical software yang berbasis finite element method untuk menganalisa
struktur motor cycle cast wheel.
Analisa Kekuatan
Material Velg Sepeda Motor Jenis Casting Wheel Terhadap Tumbukan dengan Variasi
Kecepatan.
Akhir-akhir ini banyak
dijumpai sepeda motor di Indonesia yang menggunakan velg casting whell. Dalam
penggunaan sepeda motor, kekuatan velg sangatlah penting, karena velg merupakan
salah satu bagian dari kendaraan yang menerima tegangan dan beban yang cukup
tinggi. Mengingat di Indonesia banyak dijumpai jalan yang berlubang, tentu saja
bagi pengendara yang lengah dan tidak sempat mengurangi kecepatan maka sepeda
motor akan menabrak lubang tersebut. Jika sering mengalami kondisi tersebut,
velg akan mengalami deformasI. Dari seluruh kecelakaan yang terjadi di jalan
raya, factor manusia (human eror) menempati angka paling tinggi, yaitu 80-90%.
Kemudian ketidaklayakan sarana kendaraan 5-10% dan kerusakan infrastruktur
jalan 10-20%.
BAB III
METODOLOGI
PENELITIAN
1.
Metodologi Penelitian Analisis Kekuatan
Velg Cast Wheel Sepeda Motor Dengan
Perangkat Lunak Berbasis Metode Elemen Hingga
METODE Sesuai dengan
tujuan utama dari analisis ini yaitu menganalisa model velg cast wheel dengan system
aplikasi komputer yaitu menggunakan perangkat lunak metode elemen hingga dari
dua desain yang berbeda untuk mendapatkan hasil terbaik dari desain serta
kekuatan suatu produk yang akan diproduksi, berikut ini adalah diagram alir
penelitian yang akan dilakukan yang terlihat pada Gambar 4. Secara umum dapat
dijelaskan dengan metode sebagai berikut:
1. Identifikasi dan
pengumpulan informasi.
2. Modelling 3D velg 3
spoke dan 5 spoke.
3. Import data 3D dari
perangkat lunak modelling.
4. Meshing
(diskritisasi geometri atau2D/3D model).
5. Pendefinisian
boundary condition (kondisi batas).
6. Pendefinisian
solution (solusi).
7. Results (hasil).
8. Interpretasi dan
validasi hasil.
2.
METODOLOGI PENELITIAN Analisa Kekuatan
Material Velg Sepeda Motor Jenis Casting Wheel Terhadap Tumbukan Dengan Variasi
Kecepatan
Proses penelitian ini
dilakukan dengan beberapa tahap. Tahap awal dari penelitian dilakukan studi
tentang penelitian-penelitian terdahulu dan berbagai teori tentang tumbukan.
Tahap selanjutnya adalah penentuan pemilihan sepeda motor yang akan dijadikan obyek
penelitian. Obyek kendaraan yang akan dijadikan penelitian adalah “Yamaha Mio
Sporty”. Setelah didapatkan data spesifikasi dari sepeda motor Yamaha Mio
Sporty, dilakukan analisis kekuatan material casting whell pada kendaraan
tersebut. Analisis dilakukan dengan cara perhitungan dan permodelan. Hal ini
dimaksudkan untuk membandingkan hasil perhitungan dengan permodelan pada
software. Langkah-langkah yang perlu dilakukan dalam metode perhitungan adalah
mula-mula mencari data-data dari spesifikasi kendaraan yang akan digunakan
sebagai data input dan koefisien restitusi antara ban dengan aspal. Mencari
besarnya nilai kecepatan setelah tumbukan. Kemudian menghitung gaya – gaya dan
momen yang terjadi pada ban lalu menghitung gaya dan momen yang ada pada velg casting
whell dengan menggunakan prinsip transmisibilitas. Sehingga mendapatkan
tegangan yang terjadi pada velg casting whell. Sebagai pembanding, hasil
gaya-gaya tersebut dimodelkan dengan bantuan software untuk mendapatkan nilai
tegangan maksimum. Kemudian dianalisa kegagalan pada velg casting whell
menggunakan metode MSST dan DET. Analisa berulang dengan variasi kecepatan pada
40 km/jam, 50 km/jam, 60 km/jam, 70 km/jam, dan 80 km/jam.
BAB IV
HASIL
1.
Metodologi Penelitian Analisis Kekuatan
Velg Cast Wheel Sepeda Motor Dengan
Perangkat Lunak Berbasis Metode Elemen Hingga
Analisis dalam paper
ini akan dilakukan pada seluruh bagian velg cast wheel dengan melakukan penelitian
terhadap velg cast wheel pada pembebanan dari besar gaya yang diberikan oleh
berat beban motor secara keseluruhan beserta dua orang penumpang, pembebanan
pada velg cast wheel diberikan dari penumbuk ke arah penampang. Dalam analisis
ini masing-masing model velg cast wheel akan diberi gaya dengan dua variasi arah
pemberian gaya, yaitu dengan pemberian gaya di spoke dan pemberian gaya pada
range antar spoke, material velg yang digunakan adalah Aluminum Alloy 6061-T6.
Nilai beban velg cast
wheel sepeda motor berasal dari tipe motor matic terberat, salah satunya yaituVario
125 CBS. Analisis nilai pemberian gaya berasal dari jumlah beban motor secara
keseluruhan sebesar 112 kg ditambah dua orang penumpang yang dalam analisis ini
diasumsikan berat orang dewasa rata-rata yaitu 75 kg untuk satu orang, maka
total bobot kendaraan beserta dua orang penumpang adalah 262 kg, karena
terdapat duabuah velg cast wheel di setiap sepeda motor maka beban dibagi dua,
jadi artinya satu velg cast wheel mendapatbeban 131 kg dengan percepatan
gravitasi sebesar 10 m/s2 (diasumsikan) maka gaya yang diberikan pada velgcast
wheel adalah :
F= m . a = massa x
percepatan gravitasi = 131 kg x 10 m/s2 = 1310 N
2.
METODOLOGI PENELITIAN Analisa Kekuatan
Material Velg Sepeda Motor Jenis Casting Wheel Terhadap Tumbukan Dengan Variasi
Kecepatan
Velg yang diuji adalah
velg cast wheel pada sepeda motor Yamaha Mio Sporty. Dalam penelitian ini,
masing–masing roda memiliki massa 10,2 kg. Dalam perhitungan, gaya-gaya
dihitung yang mengenai roda, demgam transmisibilitas dapat dihitung gaya yang
mengenai velg. Material velg yang digunakan adalah Aluminum Casting Alloy dengan
sifat fisik dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel
1. Physical Properties of Aluminum Casting Alloy for Motor Cycle Cast Wheel.
Pada bagian ini akan
dibahas dan dianalisa hasil perhitungan dan permodelan tentang tegangan yang
dihasilkan karena tumbukan dari beberapa variasi kecepatan.
Tabel 2.
Perhitungan Tegangan Ekuivalen
Tabel 3 Perbandingan Tegangan Geser
yang terjadi dengan tegangan yang diijinkan
Tabel 4 Perbandingan Tegangan Ekivalen
yang terjadi dengan tegangan yang diijinkan.
Grafik Kecepatan vs Tegangan Ekuivalen
Gambar 4 Grafik
Kecepatan vs tegangan ekuivalen Grafik diatas adalah grafik tegangan ekuivalen
vs kecepatan dari hasil perhitungan teoritis dan permodelan software. Tren
grafik terlihat naik, yaitu bertambahnya kecepatan juga menyebabkan
bertambahnya tegangan yang terjadi. Tegangan ekuivalen dari permodelan lebih
rendah daripada perhitungan teoritis. Pada grafik diatas terlihat bahwa semakin
tinggi kecepatan maka akan semakin besar tegangan ekuivalen yang dihasilkan.
Hal ini dikarenakan semakin besar kecepatan, mengakibatkan gaya yang dihasilkan
semakin besar. Dengan luasan yang sama, gaya bertambah besar maka nilai
tegangan gesernya semakin besar.
Dari table juga
terlihat bahwa nilai tegangan geser dan tegangan ekivalen yang dihasilkan masih
dibawah nilai dari tegangan yang diijinkan. Namun, pada tegangan geser dengan
kecepatan 80km/jam sampai 120 km/jam material mengalami kegagalan karena
tegangan yang terjadi melebihi tegangan yang diijinkan. Sedangkan pada tegangan
ekivalen, kegagalan terjadi pada kecepatan 100 dan 120km/jam.
BAB V
KESIMPULAN
Membandingkan Analisis
Kekuatan Velg Cast Wheel Sepeda Motor Dengan Perangkat Lunak Berbasis Metode
Elemen Hingga
1.
Hasil analisis velg cast wheel tiga spoke
pada titik spoke mendapatkan nilai deformasi maksimum 0.00019986, nilai
deformasi minimum 2.9059-8 , nilai Von Mises stress maksimum 2.1284e+7,
sedangkan pada range antar spoke deformasi maksimum 0.00020485, nilai deformasi
minimum 2.7489e-8, Von Mises stress maksimum 2.1215e+7. Analisis velg cast
wheel lima spoke di titik spoke mendapatkan nilai deformasi maksimum
0.00013528, deformasi minimum 3.6862e-8, Von Mises stress maksimum 2.3184 e+7,
sedangkanpada range antar spoke deformasi maksimum 0.00013518, deformasi minimum
5.9538e-8 , Von Mises stressmaksimum 2.3171e+7 .
2.
Analisis velg cast wheel tiga spoke pada
titik spoke mendapatkan nilai factor of safety 13.155 dan margin of safety
12.155, sedangkan pada range antar spoke nilai factor of safety 13.198 dan
margin of safety 12.198. Analisis velg cast wheel lima spoke pada titik spoke
mendapatkan nilai factor of safety 12.119 dan margin of safety 11.119,
sedangkan pada range antar spoke nilai factor of safety 12.084 dan margin of
safety11.084, dari kedua model velg cast wheel yang diuji masing-masing model mendapatkan
nilai dalam kategori aman.
3.
Nilai margin of safety terendah pada
velg cast wheel tiga spoke 12.155 dengan berat dari desain tersebut 3.0837 kg,
Nilai margin of safety terendah pada velg cast wheel lima spoke 11.084 dengan
berat daridesain tersebut 3.4926 kg, dengan selisih berat sebesar 0.4 kg dengan
nilai factor of safety dan margin of safetymasih dalam kategori aman, maka model
velg cast wheel tiga spoke dapat dijadikan model produk selanjutnya dengan
prinsipal efisiensi cost material production.
1. Semakin tinggi kecepatan yang dihasilkan
oleh kendaraan saat melewati lubang mengakibatkan semakin besar tegangan yang
dihasilkan.
2.
Analisa kegagalan dengan metode Shear
Stress Theory menunjukkan sampai dengan kecepatan kendaraan 80 km/jam material
casting wheel tidak mengalami kegagalan karena tegangan geser maksimum dibawah
tegangan geser yang diijinkan.Namun pada kecepatan 100 dan 120 km/jam material
mengalami kegagalan.
3.
Analisa kegagalan dengan metode Distorsi
Energy menunjukkan sampai dengan kecepatan kendaraan 120 km/jam material
casting wheel tidak mengalami kegagalan karena tegangan ekuivalen dibawah
tegangan yang diijinkan.
DAFTAR
PUSTAKA
[1] CATIA Tutorial, DS CATIA, Desember
2001, Part design and Assembly design , “English documentation in
PDF format, Version 5 Release 14,
Dassault Systemes 2001.
[2] Jensen, A. And Chenoweth, harry H.,
Applied Strenghth of Material,fourth edition., McGraw-Hill inc., 1983.
[3] Marjan Sapto C , Waluyo Adi Siswanto
, Ngafwan, JURNAL TEKNIK GELAGAR, Vol. 14. No. 01, April
2003 Analisis dan simulasi pengjian
Alloy Wheel Racing Mobil.
[4] Hibbeler,R.C. 1998. Mekanika Teknik
Dinamika. PT.Prenhallindo, Jakarta. [5] Berata,W. 2006. Diktat Kuliah:Kekuatan
Material Lanjut, Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
[6] Juvinall Robert.C. 1967. Engineering
Considerations of Stress, Strain, and Strength. McGraw-Hill Book Company, New
York / St. Louis / San Francisco / Toronto / London / Sydney.
