tesis - eprints.ums.ac.ideprints.ums.ac.id/60789/13/halaman depan edit.pdfsidang ujian tesis pada...
Post on 10-Jun-2019
224 Views
Preview:
TRANSCRIPT
i
DESAIN DAN OPTIMISASI SISTEM SUSPENSI PEGAS
DAUN PADA KENDARAAN RODA 3 DENGAN
MENGGUNAKAN CATIA V5
TESIS
Diajukan kepada
Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta
untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh
Gelar Magister Teknik Mesin
Oleh :
L u k m a n
NIM. U100160010
MEGISTER TEKNIK MESIN
SEKOLAH PASCA SARJANA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2018
i
NOTA PEMBIMBING I
Agus Dwi Anggono, ST., M.Eng., Ph.D
Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Nota Dinas
Hal: Tesis Saudara Lukman
Kepada Yth.
Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Assalamu `alaikum wr. wb.
Setelah membaca, meneliti, mengoreksi dan mengadakan perbaikan terhadap tesis
saudara:
Nama : Lukman
NIM : U 100160010 Konsentrasi : Teknik Mesin
Judul : Desain dan Optimisasi Sistem Suspensi Pegas Daun
Pada Kendaraan Roda 3 Dengan Menggunakan
CATIA V5.
Dengan ini kami menilai tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam
sidang ujian tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin, Sekolah
Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Wassalamu ‘alaikum wr. wb.
Surakarta, 09 Februari 2018
Pembimbing,
Agus Dwi Anggono, ST., M.Eng., Ph.D
ii
NOTA PEMBIMBING II
Ir. Sarjito, M.T, Ph.D
Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Nota Dinas
Hal: Tesis Saudara Lukman
Kepada Yth.
Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Assalamu `alaikum wr. wb.
Setelah membaca, meneliti, mengoreksi dan mengadakan perbaikan terhadap tesis
saudara:
Nama : Lukman
NIM : U 100160010 Konsentrasi : Teknik Mesin
Judul : Desain dan Optimisasi Sistem Suspensi Pegas Daun
Pada Kendaraan Roda 3 Dengan Menggunakan
CATIA V5.
Dengan ini kami menilai tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam
sidang ujian tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin, Sekolah
Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Wassalamu ‘alaikum wr. wb.
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
DESAIN DAN OPTIMISASI SISTEM SUSPENSI PEGAS DAUN PADA
KENDARAAN RODA 3 DENGAN MENGGUNAKAN CATIA V5
TESIS
Oleh :
L U K M A N
NIM. U100160010
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :
v
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS
Saya yang bertanda tangan di bawah ini,
Nama : Lukman
NIM : U100160010
Konsentrasi : Teknik Mesin
Judul : Desain dan Optimisasi Sistem Suspensi Pegas Daun Pada
Kendaraan Roda 3 Dengan Menggunakan CATIA V5.
menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya serahkan benar-benar hasil
karya saya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang telah
saya jelaskan sumbernya.
Apabila di kemudian hari terbukti tesis ini jiplakan dan terdapat plagiasi, gelar
yang diberikan oleh Universitas Muhammadiyah Surakarta batal saya terima.
Surakarta, 09 Februari 2018
Yang membuat pernyataan,
L u k m a n
NIM. U100160010
vi
DESAIN DAN OPTIMISASI SISTEM SUSPENSI PEGAS DAUN PADA
KENDARAAN RODA 3 DENGAN MENGGUNAKAN CATIA V5
Lukman1, Agus Dwi Anggono
2, Sarjito
3,
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jln. A. Yani Pabelan-Kartasura, Tromol Pos 1, Kartasura Indonesia
spd.lukman@gmail.com
Abstrak
Pengurangan berat bahan pada komponen kendaraan merupakan satu isu yang ada
di dunia industri otomotif. Suspensi pegas daun merupakan salah satu item
potensial untuk menurunkan berat kendaraan karena menyumbang 10% - 20%
dari berat unsprung weight. Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan
optimisasi desain pegas daun dan analisis statik pegas daun pada kendaraan roda
3. Optimisasi desain dilakukan dengan Design of Experiment (DOE) pada pegas
daun Original dengan tiga variasi desain masing-masing yaitu modifikasi 1,
modifikasi 2 dan modifikasi 3. Modifikasi 1 dilakukan dengan pengubahan desain
tanpa menggunakan alur/slot, Modifikasi 2 dilakukan dengan pengubahan desain
dengan menggunakan 3 alur/slot , dan Modifikasi 3 dilakukan dengan pengubahan
desain dengan menggunakan 1 alur/slot. Metode penelitian ini dilakukan dengan
menggunakan konsep reverse engineering yang diawali dengan mengumpulkan
data-data geometri pegas daun pada kendaraan roda 3. Data-data tersebut dipakai
sebagai acuan dalam mendesain komponen mengunakan software CATIA
V5. Assembly komponen menjadi kesatuan dilakukan setelah semua bagian sistem
pegas daun selesai digambar. Setelah gambar desain dihasilkan pada CATIA V5
tersebut, dilakukan analisa tegangan Von Mises dan displacement yang terjadi
pada 3 variasi mesh dan variasi beban 2550, 2648, 2746, 2844, 2942, 3040, 3138,
3236, 3334, dan 3432 N. Hasil analisis tegangan Von Mises dan displacement
pada 3 modifikasi pegas daun dengan variasi 3 mesh dapat disimpulkan bahwa
perbandingan antara tegangan von mises dan variasi beban adalah linier yaitu
semakin berat beban maka tegangan von mises akan semakin besar dan semakin
banyak elemen maka tegangannya juga semakin besar. Pada 3 modifikasi pegas
daun yang telah dibuat bahwa pegas dengan tanpa alur pada modifikasi 1
memiliki tegangan von mises paling tinggi dibandingkan dengan pegas daun yang
dibuat beralur/slot. Pegas daun modifikasi 3 yang menggunakan 1 alur/slot
menghasilkan tegangan von mises dan displacement yang lebih rendah dari
modifikasi 1. Pegas daun modifikasi 2 yang menggunakan 3 alur/slot
menghasilkan tegangan von mises dan displacement yang lebih rendah dari
modifikasi 3.
Kata Kunci : Pegas Daun, Metode Elemen Hingga, Simulasi, Analisis Statik,
Von Mises, CATIA
1. Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 3. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
vii
DESIGN AND OPTIMIZATION OF LEAF SPRING SUSPENSION ON
3-WHEELED VEHICLE USING CATIA V5
Lukman1, Agus Dwi Anggono
2, Sarjito
3,
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jln. A. Yani Pabelan-Kartasura, Tromol Pos 1, Kartasura Indonesia
spd.lukman@gmail.com
Abstract.
Material weight reduction on vehicle component is to be one of an interesting in
automobile industry with leaf spring suspension as the potential item used to
reduce the vehicle’s weight since it contributes on 10% - 20 % of the unsprung
weight. This research was conducted to optimize the leaf spring design and to
analyze static leaf spring in three wheeled vehicle. The optimization was made by
conducting Design of Experiment (DOE) on the original leaf spring with 3
different variations, namely modification 1, modification 2, and modification 3.
Modification 1 was made by making slot-less design. In modification 2 the design
was made using 3 slots. And one slot design was made in modification 3. This
research method was conducted by using engineering reverse concept started by
collecting geometrical data of the leaf spring on 3 wheeled vehicle. Those data
used as a reference in designing the components using CATIA V5 software. The
component assembling then performed after all part of the leaf spring system was
completely drawn. A von mises stress and displacement analysis on 3 mesh
variations and load variation of 2550, 2648, 2746, 2844, 2942, 3040, 3138, 3236,
3334, and 3432 N were performed after the blue print of the design using CATIA
V5 software was ready. The result of the analysis of von mises stress and
displacement on the 3 leaf spring modifications with 3 mesh variations showed
that the comparison between von mises stress and load variation was linear. It was
found that the more weight the load the higher the von mises stress, and the more
elements used the higher stress occured. Slot-less leaf spring in modification 1
had the highest von mises stress compared to slotted leaf spring in modification 2
and 3. While 1 slotted leaf spring in modification 3 resulted lower von mises
stress and displacement compared to those in modification 1. In modification 2
using 3 slots leaf spring the von mises and displacement resulted was lower than
in modification 3.
Keywords: Leaf spring, Finite Element Method, Simulation, Static Analysis, Von
Mises, CATIA.
1. Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 3. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas berkah dan rahmat-Nya, sehingga
Penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Maksud dan tujuan dari penulisan tesis ini
adalah untuk memenuhi persyaratan kelulusan di Program Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak,
selama masa perkuliahan sampai pada penyusunan laporan tesis ini, sangatlah
sulit bagi penulis untuk menyelesaikan laporan ini. Maka pada kesempatan ini
penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Bambang Sumardjoko, M.Pd selaku Direktur Sekolah
Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Besar Riyadi, ST., M.Sc., Ph.D selaku Ketua Program Studi
Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah
Surakarta, yang sekaligus sebagai Pembimbing Akademik.
3. Bapak Agus Dwi Anggono, ST., M.Eng., Ph.D selaku pembimbing utama
tesis.
4. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D selaku pembimbing 2 tesis.
5. Seluruh Staf pengajar Program Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
6. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada istri dan anak-anak yang telah
mendukung penulis dalam pembuatan tesis.
7. Para Sahabatku Mahasiswa Program Magister Teknik Mesin Sekolah
Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta Angkatan 4 tahun 2016,
yang telah menyumbangkan ide kreatif serta bantuan dalam pengerjaan tesis
ini.
Akhir kata, Penulis berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan
semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini membawa manfaat
bagi pengembangan ilmu Teknik Mesin.
Surakarta, 09 Februari 2018
Lukman
ix
DAFTAR ISI
NOTA PEMBIMBING I ....................................................................................... i
NOTA PEMBIMBING II ..................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS ................................................................... v
ABSTRAK ........................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................................ 1
1.2. Rumusan Masalah ......................................................................................... 4
1.3. Batasan Masalah............................................................................................ 4
1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................................... 5
1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................................ 5
1.6. Sistematika Penulisan ................................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 7
2.1. Studi Pustaka ................................................................................................. 7
2.2. Landasan Teori ............................................................................................ 28
2.2.1. Sistem Suspensi ................................................................................ 28
2.2.2. Tegangan .......................................................................................... 37
2.2.3. Regangan .......................................................................................... 43
2.2.4. Teori Kegagalan Statis dan Tegangan Von Mises ............................ 44
2.2.5. Teori Umum Metode Elemen Hingga .............................................. 53
2.2.6. CATIA ............................................................................................. 60
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 66
3.1. Rencana Penelitian ...................................................................................... 66
3.2. Flowchart Rencana Penelitian .................................................................... 66
3.3. Proses Desain .............................................................................................. 67
3.4. Proses Assembly .......................................................................................... 70
3.5. Prosedur Analisa Statik ............................................................................... 71
3.6. Menampilkan Hasil Simulasi ...................................................................... 72
3.6.1. Menampilkan Von Mises Stress ........................................................ 72
3.6.2. Menampilkan Displacement .......... ... . 72
BAB IY HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.......... ...-..73
4.1. Deskripsi dan Analisis Data Penelitian............ .......................73
4.2. Ternuan Penelitian ..........83
4.3. Pembahasaa Hasil Penelitian .........."..95
BAB V PENUTUP ............ .......98
DAFTAR PUSTAKA ..,.....,...,100
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Tingkatan Baja menurut AISI......... ................34
T abel 2 "2. Spesifikasi Dimensi Pegas Daun lndian Standart I 1 35- t 966.............. 3 5
Tabel 3.1 . Ukuran Pegas. ... .. . ...67
Tabel4.l. Spesifikasipernodifikasianpegasdaun.. ..........75
Tabel 4.2.lviaterial properties . ....................75
Tabel4.3. Datamesh.. ................76
Tabel4.4. Hasil analisis pegas daun asli.... ..."..................83
Tabel 4.5. Hasil analisis pegas daun modifikasi 1 ......... ................."...85
Tabel 4.6. Hasil analisis pegas daun modifikasi 2 ..........,87
Tabel4.7. Hasil analisis pegas dauu modifikasi 3 ...........89
Tabel5.l. Parameteroptimisasi. ........98
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Kendaraanroda 3................ ...... .-.................2
Gambar2.l. PegasDaurKomposit... ............7
Garnbar 2.2. Graf:dr^ Tegangan Von lvlises . . . ..................8
Gambar 2.3. grafik Defomasi/Defleksi........ .................,...9
Gambar 2.4. Modifikasi Pegas DaunMulti-P|ate......... . . . . ............9
Gambar 2.5. Tegangan l,bn Mise,v ......... .......10
Gambar 2.6. Defleksi Pegas Daun.......... ......10
Gambar 2.7. Besar Deformasi.. . ..................11
Gambar 2.8. Tegangan \''on lvlises . . .. . . .12
Gambar 2.9. Besar Deformasi.. .. ................".12
Gambar 2.10. Besar Tegangan Von N4ises . . . .............12
Gambar 2.1i. Modifikasi Geometri Pegas Daun.......... ......................21
Gambar 2.12. Modifikasi Pegas Daun.......... ...................22
Gambar 2. i3. Meshing Pegas Daun.......... .....................22
Garnbar 2.14. Displacement Pegas Daun....^..... ....".........22
Gambar 2.15. Tegangan Von L,{ises ..............23
Gambar 2.16. Tegangan Maksimum rurtuk setiap elemen Pegas Datur................"23
Gambar 2.17. Displacernent Nlaksimum untuk setiap elemen Pegas Daun ..........23
Garnbar2.18. Tipesuspensiindependent................. .......29
Gambar 2.19. Poros rigit depan jenis I Beam ..................30
Gambar 2.20. Suspensi poros rigid belakang dengat pegas daun.........................30
Gambar 2.21. Suspensi pegas daun........... .......................31
Gambar 2.22. h,luhi Leaf Springs ..................32
Gambar 2.23. Mono Lea/'spring ...................32
Garnbar 2.24. Composite Leaf 5pring............ .............33
Gambar 2.25. KonstruksiMulri Leaf Springs ..................35
Gambar 2.26 Distribusi Beban pada Pegas Datur.......... .....................36
Gambar 2.27. Suspensi pegas koil.......,.... .......................37
Gambar 2.28. Jenis -Jenis Reaksi Dtrkungan.. ................38
Gambar2.2g.Kondisiteganganpadabidangr-.t'............. ..................39
Gambar 2.30 Kondisi tegangan pada bidang x"-y" ......... ...................39
Garnbar 2.31. Bidang menerima tegangan (a) segmen yang dipotong; (b) potongan
segmen. ... . .. .... ..39
xlt
Gambar 2.32. Diagraxrbendabebas potongan segmen...... ...............40
Garnbar 2.33. Diaprarn benda trebas bidang x"-y" .,....... ....................41
Gambar 2.34.Segitiga trignometri tegangan utama .........41
Gamlrar 2.35. Segitiga trignometri tegangan geser....... .....................42
Gambar 2 36. Regangan pada elemen (a) Regangan nonnal,e x' ; (b) Regangan
geser,yx'y' ...............43
Gambar 2.37. Segitiga trigonomeffi regangan utama .....44
Gambar 2.38. Tegangan Elemen Tiga Dimensi................ ..................45
Gambar 2.39. Teori Energi Distorsi dalam Tegangan 2 Dimensi..........................48
Gambar 2.40. Teori Geser Ma]<sirnum .........49
Gamtrar 2.41. Bukti Eksperirnental Kriteria Kegagalan Luluh pada Material ......49
Gambar 2.42. Sistem Balok Sederhana.. .......52
Gambar 2.43.Balok Sederhana dan Beban ]vlerata ..........53
Gambar 2.44. Elenen Teffahedral.......,....,... ...................55
Garnbar 2.45. Elemen Tetrahedral4 Node ......................55
Gambar3.1. Diagramalirpenelitian...,. ........66
Gambar 3.2. Pegas daun original............... .. .. ...............67
Gambar 3.3. profil pegas daun asli ..............68
Gambar 3.4. profil pegas daun modifikasi 1......... . . . ..68
Garnbar 3.5. profil pegas daun modifikasi 2......... ...........68
Gambar 3.6. profil pegas daun modifikasi 3 ....................68
Gambar 3.7. Ukuran pegas daun sheet 1........ ................".69
Garnbar 3.8. Ukuran pegas daur sheet 2................. .........69
Gambar 3.9.Ukuran pegas daun sheet 3................. ..........69
Garnbar 3.l0.Ukuran pegas daun sheet.1........ .."..............69
Gambar3.ll. Ukuranpegasdaunsheet5........ ................69
Gambar 3.12. Ukuran pegas daun sheet 6................. .......69
Gambar 3.13. Diagram alir desain pegas daun .......... ......74
Cambar 3.14. Diagram alir proses assembly ...................74
Gambar 3.15. Diagram alir analisa statik.....,.... ...............7t
Gambar 3.16. Tarnpilan tegangan {./on Mises ..................72
Gambar 3.17. Displacernent setelah diberikan pembebanar.................................72
Gambar4.l. Pegasdaunasli. .....73
Gambar 4.Z.Pegas datur modifikasi 1 ........... ..................73
Gambar 4.3. Pegas darur modifikasi 2 ........... ..................74
xilt
Gambar 4.4. Pegas daun modifikasi 3 ........... ..................74
Garnbar4.5. Modifikasi suspense .................76
Gambar 4.6. Tegangan Von Mises Suspensi pegas datrn asli.... .........77
Gambar 4.7. Displacement pegas datur modifikasi 4..............".. .........77
Gambar 4.8. Tegangan Von Mises Suspensi pegas daun modifikasi 1 .................78
Gambar 4.9. Displacernent pegas datrn modifikasi I ................. "....".."79
Gambar 4.10. Tegangan Von Mises Suspensi pegas daun modifikasi 2...............80
Gambar 4.11. Displacement pegas daun modifikasi 2........... .. .. .......80
Gambar 4.12. Tegangan Von Mises Suspensi pegas daun rnodifitriasi 3 ...............81
Garnbar 4.13. Displaceruett pegas daun modifikasi 3......... ...............81
Gambar 4.14. Tegangan von mises dan variasi beban pegas daun asli .................84
Gambar 4.15" Grafik displacement danbeban pada pegas daun asli.....................84
Cambar 4. 16. Tegangan von mises dan variasi beban pegas dairn rnodifikasi 1 ..86
Gambar 4.17. Displacement dan beban pada pegas daun modifikasi 1.................86
Garnbar 4.18. Tegangan von mises dan variasi beban pegas daun rnodifikasi 2...88
Gambar 4.19. Displacement dan beban pada pegas daun modifikasi 2.................88
Gambar 4.20. Tegangan von mises dan variasi beban pegas daun modifikasi 3...90
Gambar 4.21. Displccement dan beban pada pegas daun modifikasi 3......,..........90
Gambar 4 .22. Perbandingan antara tegangan von mises dan beban pada setiap
modifikasi denganmeshA....... ....... ...91
Gambar 4.23. Perbandingan afitara tegailgan von mises dan beban pada setiap
modifikasi dengan rneshB . ... 92
Gambar 4.24.Perbandingan aotara tegangan von mises dan beban pada setiap
modifikasi dengan nesh C .........92
Garnbar 4.25. Perbandingan antara displacemenl dan beban pada setiap modiflkasi
dengan tnesh A...... .................,...93
Gambar 4.26. Perbandingan antara displucemenr dan beban pada setiap rnodifikasi
dengan meshB ........94
Gambar 4.27 . Perbandingan afitara displccemenr dan beban pada setiap modifikasi
dengan mesh C ........95
xtv
top related