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 diperhatikandalam perancangan sepeda

Penelitian dilakukan dengan membandingkan kontur distribusitegangan 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 reaksi body gaya internal per unit luasan

material melawan beban yang diaplikasikan

Finite Element Method

Displacement Regangan Tegangan

Teori kegagalan

MSST (Maximum Shear Stress Theory) Tresca

DET (Distorsion Energy Theory) 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

•Menentukan elemen, real constant, danmaterial

•Modeling

•Meshing

Preprocessor (PREP7)

•Menentukanconstrain (BC’s)

•Mengaplikasikanbeban

Solution• 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

Mengumpulkaninformasi

tentang sepedafixie

Menyusunperlengkapansesuai dengan

geometri sepedayang dimodelkan

Mengukurdata massapengendara

Mencatat data dan

menghitungprosentasetiap titik

pengukuran

Memodelkanrangka

sepeda padasoftware CAD

Melakukananalisa padasoftware FEA untuk semua

model

Menyatakanhasil analisa

dalambentukgrafik

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 didaerah pengamatan 2) dan rangka modifikasi 5 (σeq-max = 64.143 MPa di daerahpengamatan 2)

Jika model rangka modifikasi 3 dan modifikasi 7 tidak disertakan, Teganganekuivalen tertinggi tercatat pada rangka modifikasi 2 (σeq-max = 136.428 MPa didaerah pengamatan 5)

Semakin lebar jarak antara joint 5 dan joint 6, semakin besar nilai tegangan dandisplacement yang terjadi serta semakin besar variasinya pada setiap daerahpengamatan, 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)

Mohon Kritik dan Saran

TERIMA KASIH