perbandingan kekakuan dan kekuatanrepository.its.ac.id/1319/1/2111100038-undergraduate...

TUGAS AKHIR – TM141585

PERBANDINGAN KEKAKUAN DAN KEKUATANCHASSIS DAN BODY KENDARAAN YANG TERBUATDARI MATERIAL ALUMINIUM DAN CARBON FIBERTERHADAP BEBAN VERTIKAL DAN TORSIONALBENDING

MOHAMMAD SYIFAUL KHOIRONNRP 2111 100 001

Dosen PembimbingDr. Eng. Sutikno, ST., MT

JURUSAN TEKNIK MESINFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2016

TUGAS AKHIR – TM141585

COMPARISON OF STIFFNESS AND STRENGTH FORVEHICLE CHASSIS AND BODY MADE FROMALUMINIUM AND CARBON FIBER MATERIAL TOWARDVERTICAL LOAD AND TORSIONAL BENDING

MOHAMMAD SYIFAUL KHOIRONNRP 2111 100 038

AdvisorDr. Eng. Sutikno, ST., MT

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENTFaculty of Industrial TechnologyInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2016

iv

PERBANDINGAN KEKAKUAN DAN KEKUATANCHASSIS DAN BODY KENDARAAN YANG

TERBUAT DARI MATERIAL ALUMINIUM DANCARBON FIBER TERHADAP BEBAN VERTIKAL

DAN TORSIONAL BENDING

Nama Mahasiswa : Mohammad Syifaul KhoironNRP : 2111100038Jurusan : Teknik MesinDosen Pembimbing : Dr. Eng. Sutikno, ST., MT

AbstrakPerkembangan teknologi dalam dunia otomotif sekarang ini

sudah banyak mengalami peningkatan, misalnya yaitumeningkatkan efisiensi kendaraan dengan cara mereduksiberatnya. Seperti halnya Institut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya (ITS) yang sedang melakukan riset menegenai mobillistrik yang seringan mungkin agar efisiensinya meningkat.Peningkatan efisiensi kendaraan dapat ditingkatkan dengan caramereduksi berat dari kendaraan, misalnya pada chassis dan bodykendaraan tersebut. Penggunaan material yang ringan tetapimasih memiliki kekuatan yang baik untuk diaplikasikan padachassis dan dan body kendaraan sedang banyak dilakukanpenelitian. Penelitian tersebut mengenai penggunaan materialkomposit dan aluminium sebagai chassis dan body kendaraan.Dengan dilakukan penelitian tersebut diharapkan dapatmembantu mengatasi krisis energi dunia global yang sedangterjadi saat ini.

Berawal dari permasalahan tersebut, dalam penelitian iniakan dilakukan pengujian mengenai penggunaan kompositcarbon fiber sandwich dan aluminium sebagai chassis dan bodysuatu kendaraan. Metode pengujian dalam penilitian ini yaitumenggunakan pengujian simulasi dengan bantuan software finiteelement. Simulasi dilakukan untuk mengetahui perbandingankekakuan dan kekuatan dalam menerima beban statis dengan

v

menggunakan material komposit carbon fiber sandwich danaluminium sebagai chassis dan body kendaraan.

Berdasarkan hasil simualasi bahwa desain body aluminiumEN AW-6060-T4 dengan ketebalan 0,93 sudah mampu menahanbeban vertikal dan lateral yang diakibatkan beban kaca danbeban aksesoris body (peredam) dengan nilai teganganmaksimum 34,13 Mpa akibat beban lateral dan deformasi totalmaksimum 8,7911 mm untuk beban vertikal serta berat yangdihasilkan 45,46 kg, sedangkan pada desain body kompositcarbon fiber 2 layer dengan tebal 2 mm lebih aman karenategangan maksimumnya lebih kecil yaitu 25,613 Mpa untukbeban vertikal dan deformasi total maksimum 7,0728 mm sertaberat yang dihasilkan lebih ringan yaitu 39,38 kg. Desain chassisaluminium EN AW-6082-T6 dengan ketebalan 2 mm sudahmampu menahan beban vertikal dan lateral yang dikarenakanbeban body, motor, baterai, drivetrain, pengemudi, penumpangdan juga akibat gaya gravitasi sebesar 9,81 m/s2 dengantegangan maksimum 109,87 Mpa akibat beban lateral dandeformasi total maksimal 2,6836 mm akibat beban vertikal sertaberat yang dihasilkan 38,194 kg dengan nilai torsionalstiffnessnya 23717,89 Nm/deg. Sedangkan pada desain chassiskomposit carbon fiber sandwich 5 layer dengan tebal 14 mmlebih aman dalam menerima beban vertikal tetapi lebih lemahdalam menerima beban lateral dengan nilai tegangan maksimum93,858 Mpa untuk beban lateral dan deformasi maksimum 6,2078mm serta berat yang dihasilkan 35,117 kg, nilai kekakuannyalebih baik dari pada chassis aluminium dengan nilai torsioanalstiffnessnya 50877,61 Nm/deg.

Kata Kunci : Chassis, Body, Carbon Fiber, Aluminium,Kekakuan, Kekuatan, Berat.

vi

COMPARISON OF STIFFNESS AND STRENGTHFOR VEHICLE CHASSIS AND BODY MADE FROM

ALUMINIUM AND CARBON FIBER MATERIALTOWARD VERTICAL LOAD AND TORSIONAL

BENDING

Student Name : Mohammad Syifaul KhoironNRP : 2111100038Departement : Teknik MesinAdvisor : Dr. Eng. Sutikno, ST., MT

AbstractTechnological developments in the automotive world today

are much increased, for example, which is to increase efficiencyby reducing vehicle weight. As well as Institute of TechnologySepuluh Nopember Surabaya (ITS) which is conducting researchabout electric car as light as possible in order to increase itsefficiency. Increased vehicle efficiency can be improved byreducing the weight of the vehicle, for example on the chassis andthe vehicle body. The use of lightweight material, but still hasgood strength to be applied on the chassis and the vehicle bodyand being a lot of research. The study on the use of compositematerials and aluminum as the chassis and the vehicle body. Withthe research is expected to help overcome the global energy crisisthe world is happening at the moment.

Starting from these problems, in this study will be tested onthe use of composite carbon fiber and aluminum sandwich as avehicle chassis and body. Testing method in this research is usingsimulation tests with the aid of finite element software.Simulations carried out to compare the stiffness and strength toaccept a static load using a composite material of carbon fiberand aluminum sandwich as the chassis and the vehicle body.

Based on the simulation results that the body design ofaluminum EN AW-6060-T4 with a thickness of 0.93 has been ableto withstand vertical and lateral loads resulting glass loads and

vii

loads of accessories body (reducer) with a value of 34.13 MPamaximum stress due to lateral loads and total deformations8.7911 mm to a maximum vertical load and the resulting weight45.46 kg, while the carbon fiber composite body design 2 layerwith a thickness of 2 mm is more secure because the maximumstress is smaller at 25.613 Mpa for vertical loads and totaldeformation maximum 7.0728 mm and weight of the resultinglighter is 39.38 kg. Aluminum chassis design EN AW-6082-T6with a thickness of 2 mm has been able to withstand vertical andlateral loads due to body load, the motor, battery, drivetrain,driver, passenger, and also due to gravity of 9.81 m/s2 with amaximum stress of 109.87 MPa due to lateral load and totalmaximum deformation 2.6836 mm due to vertical load andresulting weight 38.194 kg with a value of torsional stiffness23717.89 Nm/deg. While the chassis design of composite carbonfiber sandwich layer 5 with a thickness of 14 mm is more securein receiving the vertical load but weaker in accepting lateral loadwith maximum stress 93.858 MPa for lateral loads and maximumdeformation 6.2078 mm with resulting weight of 35.117 kg,stiffness value better than an aluminum chassis with a valuetorsioanal stiffness 50877.61 Nm / deg.

Keywords: Chassis, Body, Carbon Fiber, Aluminium, Strength,Stiffness, Weight.

viii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkankehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat-Nyasehingga penyusunan laporan tugas akhir yang berjudul“PERBANDINGAN KEKAKUAN DAN KEKUATANCHASSIS DAN BODY KENDARAAN YANG TERBUATDARI MATERIAL ALUMINIUM DAN CARBON FIBERTERHADAP BEBAN VERTIKAL DAN TORSIONALBENDING “ ini dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan yangharus dipenuhi oleh untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknikpada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri InstitutTeknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Banyak pihak yang telah membantu sampai selesainyatugas akhir ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini disampaikanterima kasih kepada :1. Kedua orang tua penulis Bapak dan Ibu serta kakak untuk

segala doa, restu, pengorbanan, dan motivasi yang tidakpernah bosan dan habis kepada penulis.

2. Dr. Eng. Sutikno, ST., MT. selaku dosen pembimbing tugasakhir ini. Terima kasih untuk semua waktu, kritik, saran, danmotivasi yang diberikan ditengah – tengah kesibukan bapak,tanpa itu semua sampai sekarang penulis tidak akan dapatmenyelesaikan tugas akhir ini.

3. Alief Wikarta, ST., MSc.Eng, PhD. , Indra Sidharta, ST.,M.Sc. dan Wahyu Wijanarko, ST., M.Sc. selaku dosenpenguji tugas akhir. Terimakasih atas nasehat-nasehatnya.

4. Mas Yuli, Syafa’at, Iqbal dan segenap Laskar Labkomyang telah menjadi keluarga ke-2 bagi penulis selama kuliahdi Teknik Mesin ITS.

5. Deny, Afrizal, Imam, dan Shidqon selaku teman kontrakanyang telah memberikan semangat, motivasi, cerita danpinjaman kamar untuk bisa menyelesaikan tugas akhir danlulus bersama.

ix

6. Seluruh keluarga besar M54, Lab Metalurgi dan teman-teman di mesin atas kebahagiaan dan dukungannya.

7. Bapak dan Ibu dosen serta seluruh karyawan Jurusan TeknikMesin FTI-ITS yang telah banyak membantu selamaperkuliahan.

8. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu,terima kasih atas bantuan, saran, doa, dan semangatnya.

Penulis sadar bahwa penulisan tugas akhir ini memilikibanyak kekurangan, untuk itu kritik dan saran yang membangunsangat diharapkan demi perbaikan dan kesempurnaan tugas akhirini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi semua. Akhir kata,semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.Terima kasih.

Surabaya, 17 Januari 2016

Penulis

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL (Versi Bahasa Indonesia)HALAMAN JUDUL (Versi Bahasa Inggris)LEMBAR PENGESAHAN................................................... iiiABSTRAK.............................................................................. ivABSTRACT ............................................................................ viKATA PENGANTAR ............................................................ viiiDAFTAR ISI .......................................................................... xDAFTAR GAMBAR ............................................................. xvDAFTAR TABEL .................................................................. xxiiiBAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang .................................................................. 11.2 Rumusan Masalah ............................................................. 31.3 Tujuan Penelitian............................................................... 31.4 Batasan Masalah................................................................ 41.5 Manfaat Penelitian............................................................. 4BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................... 52.2 Chassis Mobil.................................................................... 17

2.2.1 Ladder Frame ............................................................ 172.2.2 Tubular Space Frame................................................. 192.2.3 Monocoque................................................................ 192.2.4 Backbone................................................................... 20

2.3 Bentuk Chassis .................................................................. 212.3.1 Besi Hollow ............................................................... 212.3.2 Besi CNP (Kanal C) .................................................. 21

2.4 Properti Material Chassis dan Body .................................. 222.5 Aluminium......................................................................... 222.6 Komposit ........................................................................... 242.7 Matriks .............................................................................. 252.8 Penguat (Reinforcement) ................................................... 26

2.8.1 Fiber Reinforced Composite ..................................... 262.8.2 Composite Struktural................................................. 282.8.3 Carbon Fiber............................................................. 30

xi

2.9 Material Inti (Core) ........................................................... 322.9.1 Honeycomb Core....................................................... 32

2.10 Pengujian Material Komposit dengan Three PointBending ......................................................................... 33

2.11 Tegangan dan Deformasi Yang Diizinkan Pada ChassisKendaraan ..................................................................... 36

2.12 Pembebanan Pada Mobil ................................................. 372.12.1 Pembebanan Global................................................. 372.12.2 Pembebanan Lokal .................................................. 43

2.13 Torsional Stiffness Mobil................................................. 43BAB III METODOLOGI PENELITIAN3.1 Diagram Alir Penelitian..................................................... 453.2 Diagram Alir Simulasi Chassis dan Body Mobil Listrik ... 46

3.2.1 Menggunakan Material Aluminium .......................... 463.2.2 Menggunakan Material Carbon Fiber Sandwich...... 47

3.3 Studi Literatur ................................................................... 483.4 Desain Mobil Listrik ......................................................... 483.5 Material Mobil Listrik ....................................................... 513.6 Simulasi Model Geometry dan Ketebalan Sandwich

Panels................................................................................. 533.6.1 Simulasi Penentuan Bentuk Model Geometri

Chassis........................................................................ 533.6.2 Simulasi Arah dan Ketebalan Sandwich Panels &

Laminate..................................................................... 553.7 Perhitungan Pembebanan .................................................. 56

3.7.1 Beban Vertikal ........................................................... 563.7.2 Beban Lateral ............................................................ 583.7.3 Beban Torsional......................................................... 59

3.8 Simulasi Chassis dan Body Mobil Listrik ......................... 613.9 Analisa Data ...................................................................... 64BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN4.1 Data Spesifikasi Body dan Chassis Kendaraan ................. 674.2 Analisa Gambar Hasil Simulasi Vertikal Bending ............. 75

4.2.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises ....................... 754.2.1.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan. 75

xii

4.2.1.2 Body Komposit Carbon Fiber Kendaraan ........ 764.2.1.3 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6

Kendaraan ........................................................ 774.2.1.4 Chassis Komposit Carbon Fiber Sandwich

Kendaraan ........................................................ 794.2.2 Analisa Gambar Deformasi Total .............................. 80

4.2.2.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan. 804.2.2.2 Body Komposit Carbon Fiber Kendaraan ........ 814.2.2.3 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6


Kendaraan ........................................................ 834.3 Analisa Gambar Hasil Simulasi Lateral Bending.............. 85

4.3.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises ....................... 854.3.1.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan. 854.3.1.2 Body Komposit Carbon Fiber Kendaraan ........ 864.3.1.3 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6


Kendaraan ........................................................ 894.3.2 Analisa Gambar Deformasi Total .............................. 90

4.3.2.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan. 904.3.2.2 Body Komposit Carbon Fiber Kendaraan ........ 914.3.2.3 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6


Kendaraan ........................................................ 934.4 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional Bending4.4.1 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional Bending

Depan ............................................................................ 944.4.1.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises .................... 94

4.4.1.1.1 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6Kendaraan...................................................... 94

4.4.1.1.2 Chassis Komposit Carbon Fiber SandwichKendaraan...................................................... 95

xiii

4.4.1.2 Analisa Gambar Deformasi Arah Vertikal.............. 974.4.1.2.1 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6

Kendaraan...................................................... 974.4.1.2.2 Chassis Komposit Carbon Fiber Sandwich

Kendaraan...................................................... 984.4.2 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional Bending

Belakang........................................................................ 994.4.2.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises .................... 99





Kendaraan...................................................... 1034.4.3 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional Bending

Depan dan Belakang ..................................................... 1044.4.3.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises .................... 104





Kendaraan...................................................... 1074.5 Analisa Kriteria Aman Pada Material Komposit ............... 1084.6 Analisa Grafik ................................................................... 110

4.6.1 Analisa Berat Body dan Chassis Kendaraan.............. 1104.6.2 Analisa Data Hasil Simulasi Vertikal Bending .......... 1114.6.3 Analisa Data Hasil Simulasi Lateral Bending........... 1134.6.3 Analisa Data Hasil Simulasi Torsional Bending ....... 115

xiv

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN5.1 Kesimpulan........................................................................ 1255.2 Saran.................................................................................. 127DAFTAR PUSTAKA............................................................. 129BIODATA PENULIS............................................................. 133

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Deformasi Total (a) steel (b) komposit carbonfiber ........................................................................6

Gambar 2.2 Distribusi Tegangan (a) steel (b) komposit CarbonFiber .......................................................................6

Gambar 2.3 Distribusi Regangan (a) steel (b) komposit CarbonFiber .......................................................................6

Gambar 2.4 Produk aluminium untuk aplikasi komponen otomotif.................................................................................8

Gambar 2.5 Aluminium extrusion pada mobil AUDI space-frame(AUDI A8 series ....................................................9

Gambar 2.6 Final SLC-body “multi-material” concept (SLCproject) ................................................................ 10

Gambar 2.7 Chalmers Formula Student Hybrid Chassis ........ 11Gambar 2.8 Equivalent Stress pada saat pengereman maksimal

.............................................................................. 11Gambar 2.9 Torsional Stiffness Simulation Setup .................... 12Gambar 2.10 Garfik Torsional stiffness vs tebal core dan jumlah

layer .................................................................... 12Gambar 2.11 Grafik Berat monocoque chassis vs tebal core dan

jumlah layer ........................................................ 13Gambar 2.12 Grafik Torsional stiffness/berat vs tebal core dan

jumlah layer ........................................................ 13Gambar 2.13 Relative materials properties & costs ............... 14Gambar 2.14 Anatomy of Hypercar, Inc.’s Revolution Concept

Vehicle ................................................................ 15Gambar 2.15 Composite structure, aluminum/composite front

sub-frame, and exterior panels ........................... 15Gambar 2.16 Gambar susunan Composite safety cell ............. 16Gambar 2.17 Ladder Frame .................................................... 18Gambar 2.18 Ladder frame dengan palang X ......................... 18Gambar 2.19 Tubular Space Frame ........................................ 19Gambar 2.20 Monocoque ......................................................... 20Gambar 2.21 Backbone chassis ............................................... 20

xvi

Gambar 2.22 Chassis mobil Mercedes tahun 1901 ................. 21Gambar 2.23 Chassis dari truk heavy duty .............................. 22Gambar 2.24 Penggunaan Aluminium alloy pada pesawat

komersial .......................................................... 24Gambar 2.25 Komponen pada mesin pesawat yang terbuat dari

komposit ........................................................... 25Gambar 2.26 Klasifikasi matriks ............................................. 26Gambar 2.27 Klasifikasi komposit .......................................... 26Gambar 2.28 Continuous and aligned (a), discontinuous and

aligned (b) dan dicontinuous randomly orientedfiber reinfoced composites ................................ 27

Gambar 2.29 Woven fiber triaxial dan biaxial ........................ 28Gambar 2.30 Lamina (kiri) dan Laminate (kanan) .................. 29Gambar 2.31 Laminate Unidirectional (kiri) dan Crossplied quasi

- isotropic (kanan) ............................................ 29Gambar 2.32 Konstruksi Composite Sandwich ........................ 30Gambar 2.33 Perbandingan ukuran serat karbon 6μm (hitam)

dengan rambut manusia (abu-abu) .................... 30Gambar 2.34 Klasifikasi arsitektur pada Carbon Fiber ........... 31Gambar 2.35 Twill Weave ........................................................ 32Gambar 2.36 Aluminium Honeycomb ..................................... 33Gambar 2.37 Properti Alumunium Honeycomb ...................... 33Gambar 2.38 Pembebanan Pada Uji Three Point Bending ...... 34Gambar 2.39 Macam mode kegagalan uji bending struktur

komposit Sandwich ........................................... 36Gambar 2.40 Kompensasi bending deflection menurut ASME

Y14.32.1 M ....................................................... 37Gambar 2.41 Reaksi chassis ketika beban torsi diberikan ....... 38Gambar 2.42 Torsional stiffness theoretical model ................. 38Gambar 2.43 Penampakan chassis akibat akselerasi yang

besar .................................................................. 39Gambar 2.44 Distribusi beban vertikal tampak samping ......... 39Gambar 2.45 Lateral bending yang terjadi pada chassis saat

meewati jalan menikung ................................... 40Gambar 2.46 Distribusi beban lateral tampak atas .................. 41

xvii

Gambar 2.47 Horizontal Lozenging ......................................... 43Gambar 3.1 Skema diagram alir penelitian ............................. 45Gambar 3.2 Skema diagram alir simulasi chassis dan body mobil

listrik menggunakan material aluminium .......... 46Gambar 3.3 Skema diagram alir simulasi chassis dan body mobil

listrik menggunakan material Carbon Fiber ....... 47Gambar 3.4 Dimensi lebar mobil listrik .................................. 49Gambar 3.5 Dimensi panjang dan tinggi mobil listrik ............. 49Gambar 3.6 Dimensi lebar dan tinggi chassis mobil listrik ..... 49Gambar 3.7 Dimensi panjang chassis mobil listrik ................. 50Gambar 3.8 Tampak isometrik chassis mobil listrik ............... 50Gambar 3.9 Gambar utuh mobil listrik dan komponennya ..... 50Gambar 3.10 Profil chassis ketika menerima vertikal bending (a)

Rectangular (b) Square (c) U-Channel ............... 54Gambar 3.11 Profil chassis rectangular tube kendaraan ........ 55Gambar 3.12 Contoh model susunan arah dan ketebalan dengan 5

lamina dalam 1 stackup pada desain body kendaraanmaterial komposit ............................................... 55

Gambar 3.13 Contoh model susunan arah dan ketebalan dengan 4lamina & 1 core dalam 1 stackup pada desain chassiskendaraan material komposit .............................. 56

Gambar 3.14 Distibusi beban vertikal pada body .................... 57Gambar 3.15 Distibusi beban vertikal pada chassis ................ 57Gambar 3.16 Distibusi beban lateral pada body ...................... 59Gambar 3.17 Distibusi beban lateral pada chassis .................. 59Gambar 3.18 Distibusi beban torsional depan pada chassis .... 60Gambar 3.19 Distibusi beban torsional belakang pada chassis 60Gambar 3.20 Distibusi beban torsional depan dan belakang pada

chassis ................................................................. 61Gambar 3.21 Meshing pada body dan chassis Mobil Listrik .. 63Gambar 3.22 Layout pada body surface .................................. 63Gambar 3.23 Layout pada chassis ........................................... 63Gambar 3.24 Skema simulasi static structural untuk Aluminium

.............................................................................. 64

xviii

Gambar 3.25 Skema simulasi ACP static structural untukKomposit ............................................................. 64

Gambar 4.1 Hasil simulasi tegangan pada body aluminium akibatvetikal bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) DetailTegangan Von-Mises, (c) Safety Factor ...............75

Gambar 4.2 Hasil simulasi tegangan pada body komposit CarbonFiber akibat vetikal bending, (a) TeganganVon-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises ........76

Gambar 4.3 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat vetikal bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b)Safety Factor, (c) Detail Tegangan Von-Mises......77

Gambar 4.4 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositCarbon Fiber Sandwich akibat vetikal bending, (a)Tegangan Von-Mises, (b) Detail TeganganVon-Mises ............................................................79

Gambar 4.5 Hasil simulasi deformasi total pada body aluminiumEN AW-6060-T4 akibat vetikal bending .............80

Gambar 4.6 Hasil simulasi deformasi total pada body KompositCarbon Fiber akibat vetikal bending ...................81

Gambar 4.7 Hasil simulasi deformasi pada chassis aluminium ENAW-6082-T6 akibat vetikal bending, (a) Deformasitotal, (b) Detail deformasi total ............................82

Gambar 4.8 Hasil simulasi deformasi pada chassis Carbon FiberSandwich akibat vetikal bending, (a) Deformasi total,(b) Detail deformasi total .....................................84

Gambar 4.9 Hasil simulasi tegangan pada body aluminium akibatlateral bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) DetailTegangan Von-Mises, (c) Safety Factor ...............85

Gambar 4.10 Hasil simulasi tegangan pada body kompositCarbon Fiber akibat lateral bending, (a) TeganganVon-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises ........86

Gambar 4.11 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat lateral bending, (a)Tegangan Von-Mises,(b)Detail Tegangan Von-Mises ............................88

xix

Gambar 4.12 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositCarbon Fiber Sandwich akibat lateral bending, (a)Tegangan Von-Mises, (b) Detail TeganganVon-Mises ..............................................................89

Gambar 4.13 Hasil simulasi deformasi arah horizontal pada bodyaluminium EN AW-6060-T4 akibat lateral bending............................................................................ 90

Gambar 4.14 Hasil simulasi deformasi arah horizontal pada bodyKomposit Carbon Fiber akibat lateral bending . 91

Gambar 4.15 Hasil simulasi deformasi pada chassis aluminiumEN AW-6082-T6 akibat lateral bending, (a)Deformasi horizontal, (b) Detail deformasihorizontal .......................................................... 92

Gambar 4.16 Hasil simulasi deformasi pada chassis Carbon FiberSandwich akibat lateral bending, (a) Deformasihorizontal, (b) Detail deformasi horizontal ...... 93

Gambar 4.17 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat torsional bending depan, (a) TeganganVon-Mises, (b) Safety Factor, (c) Detail TeganganVon-Mises ......................................................... 94

Gambar 4.18 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositCarbon Fiber Sandwich akibat torsional bendingdepan, (a) Tegangan Von-Mises, (b) DetailTegangan Von-Mises ........................................ 96

Gambar 4.19 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisaluminium EN AW-6082-T6 akibat torsionalbending depan .................................................. 97

Gambar 4.20 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisCarbon Fiber Sandwich akibat torsional bendingdepan ................................................................ 98

Gambar 4.21 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat torsional bending belakang, (a)TeganganVon-Mises, (b) Safety Factor, (c)Detail TeganganVon-Mises ......................................................... 99

xx

Gambar 4.22 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositCarbon Fiber Sandwich akibat torsional bendingbelakang, (a) Tegangan Von-Mises, (b) DetailTegangan Von-Mises ........................................100

Gambar 4.23 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisaluminium EN AW-6082-T6 akibat torsionalbending belakang ...........................................102

Gambar 4.24 Hasil simulasi deformasi pada chassis Carbon FiberSandwich akibat torsional bending belakang, (a)Deformasi vertikal, (b) Detail deformasi vertikal..........................................................................103

Gambar 4.25 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat torsional bending depan dan belakang, (a)Tegangan Von-Mises, (b) Detail TeganganVon-Mises .......................................................104

Gambar 4.26 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositCarbon Fiber Sandwich akibat torsional bendingdepan dan belakang, (a) Tegangan Von-Mises, (b)Detail Tegangan Von-Mises ...........................105

Gambar 4.27 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisaluminium EN AW-6082-T6 akibat torsionalbending depan dan belakang ..........................106

Gambar 4.28 Hasil simulasi deformasi pada chassis Carbon FiberSandwich akibat torsional bending depan danbelakang, (a) Deformasi vertikal, (b) Detaildeformasi vertikal ...........................................107

Gambar 4.29 Hasil simulasi shear stress pada material CarbonFiber Sandwich akibat vertikal bending, (a)Chassis, (b) Body .............................................108

Gambar 4.30 Hasil simulasi Tsai-Hill failure criteria padamaterial Carbon Fiber Sandwich akibat vertikalbending, (a) Chassis, (b) Body .........................109

Gambar 4.31 Grafik perbandingan berat body dan chassiskendaraan yang terbuat dari material EN

xxi

AW-6060-T4/EN AW-6082-T6 dan Carbon FiberSandwich ........................................................110

Gambar 4.32 Grafik perbandingan simulasi vertikal bending padabody kendaraan yang terbuat dari material ENAW-6060-T4 dan Carbon Fiber Sandwich ....111

Gambar 4.33 Grafik perbandingan simulasi vertikal bending padachassis kendaraan yang terbuat dari material ENAW-6082-T6 dan Carbon Fiber Sandwich ....112

Gambar 4.34 Grafik perbandingan simulasi lateral bending padabody kendaraan yang terbuat dari material ENAW-6060-T4 dan Carbon Fiber ......................113

Gambar 4.35 Grafik perbandingan simulasi lateral bending padachassis kendaraan yang terbuat dari material ENAW-6082-T6 dan Carbon Fiber Sandwich ....114

Gambar 4.36 Grafik perbandingan simulasi torsional bendingdepan pada chassis kendaraan yang terbuat darimaterial EN AW-6082-T6 dan Carbon FiberSandwich .........................................................115

Gambar 4.37 Grafik perbandingan simulasi torsional bendingbelakang pada chassis kendaraan yang terbuat darimaterial EN AW-6082-T6 dan Carbon FiberSandwich .........................................................116

Gambar 4.38 Grafik perbandingan simulasi torsional bendingdepan dan belakang pada chassis kendaraan yangterbuat dari material EN AW-6082-T6 dan CarbonFiber Sandwich ...............................................117

Gambar 4.39 Grafik perbandingan torsi pada pembebanan depanchassis kendaraan yang terbuat dari material ENAW-6082-T6 dan Carbon Fiber Sandwich dengansudut puntir .....................................................119

Gambar 4.40 Grafik perbandingan torsi pada pembebananbelakang chassis kendaraan yang terbuat darimaterial EN AW-6082-T6 dan Carbon FiberSandwich dengan sudut puntir ........................120

xxii

Gambar 4.41 Grafik perbandingan torsi pada pembebanan depandan belakang chassis kendaraan yang terbuat darimaterial EN AW-6082-T6 dan Carbon FiberSandwich dengan sudut puntir ........................121

Gambar 4.42 Grafik perbandingan torsional stiffness padapembebanan depan, pembebanan belakang,pembebanan depan dan belakang terhadap chassiskendaraan yang terbuat dari material ENAW-6082-T6 dan Carbon Fiber Sandwich ....122

Gambar 4.43 Grafik perbandingan torsional stiffness/berat chassispada pembebanan depan, pembebanan belakang,pembebanan depan dan belakang terhadap chassiskendaraan yang terbuat dari material ENAW-6082-T6 dan Carbon Fiber Sandwich ....123

xxiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Properti material ...................................................... 5Tabel 2.2 Hasil analisa modal pada material komposit

carbon fiber dan steel ............................................ 7Tabel 2.3 Hasil analisa Static Structural pada material

komposit carbon fiber dan steel ............................. 7Tabel 2.4 Perbandingan berat dari Revolution dan benchmark

vehicle .................................................................... 16Tabel 2.5 Material properties carbon steel, alloy steel,

aluminium alloy dan carbon fiber .......................... 22Tabel 2.6 Hasil pengujian kekakuan chassis beberapa jenis

mobil ...................................................................... 43Tabel 3.1 Properti Aluminium Alloy EN AW-6060-T4 ........... 51Tabel 3.2 Properti Aluminium Alloy EN AW-6082-T6 ........... 51Tabel 3.3 Properti epoxy carbon woven prepreg ..................... 52Tabel 3.4 Properti aluminium honeycomb 10 mm dan 20

mm ......................................................................... 52Tabel 3.5 Properti lantorsoric XF ............................................ 53Tabel 3.6 Properti polycarbonate ............................................ 53Tabel 3.7 Hasil simulasi model profil chassis ........................... 54Tabel 3.8 Pembebanan vertikal pada body .............................. 56Tabel 3.9 Pembebanan vertikal pada chassis .......................... 56Tabel 3.10 Pembebanan akibat belok pada body ..................... 58Tabel 3.11 Pembebanan akibat belok pada chassis ................... 58Tabel 3.12 Pembebanan pada uji torsional bending ................ 60Tabel 3.13 Boundary condition dan loading condition pada

desain body dan chassis Mobil Listrik .................. 61Tabel 4.1 Rincian Berat Body Aluminium Kendaraan

Dengan Variasi Ketebalan ..................................... 67Tabel 4.2 Rincian Berat Body Komposit Sandwich

Kendaraan Dengan Variasi Jumlah Layer danKetebalan ............................................................... 67

Tabel 4.3 Rincian Berat Chassis Aluminium KendaraanDengan Variasi Temper Material ........................... 67

xxiv

Tabel 4.4 Rincian Berat Chassis Komposit SandwichKendaraan Dengan Variasi Jumlah Layer ............. 68

Tabel 4.5 Berat Total Desain Body Aluminium Kendaraan ..... 68Tabel 4.6 Berat Total Desain Body Komposit Sandwich

Kendaraan .............................................................. 69Tabel 4.7 Berat Total Desain Chassis Aluminium Kendaraan... 69Tabel 4.8 Berat Total Desain Chassis Komposit Sandwich

Kendaraan .............................................................. 69Tabel 4.9 Berat Total Desain Body dan Chassis Aluminium

Kendaraan .............................................................. 69Tabel 4.10 Berat Total Desain Body dan Chassis Komposit

Sandwich Kendaraan ............................................. 69Tabel 4.11 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan

Deformasi Maksimal Pada Body untuk VertikalBending .................................................................. 70

Tabel 4.12 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal danDeformasi Maksimal Pada Chassis untuk VertikalBending .................................................................. 70

Tabel 4.13 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal danDeformasi Maksimal Pada Chassis untuk LateralBending .................................................................. 71

Tabel 4.14 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal danDeformasi Maksimal Pada Chassis untukTorsional Bending Depan ...................................... 71

Tabel 4.15 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal danDeformasi Maksimal Pada Chassis untukTorsional Bending Belakang ................................. 71

Tabel 4.16 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal danDeformasi Maksimal Pada Chassis untukTorsional Bending Depan dan Belakang ............... 71

Tabel 4.17 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan PadaMaterial Aluminium EN AW-6082T6 ................... 50

Tabel 4.18 Data Torsional Stiffness Pembebanan BelakangPada Material Aluminium EN AW-6082T6 ........... 72

Tabel 4.19 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan dan

xxv

Belakang Pada Material Aluminium ENAW-6082T6 ........................................................... 72

Tabel 4.20 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan PadaKomposit Carbon Sandwich Panels ...................... 72

Tabel 4.21 Data Torsional Stiffness Pembebanan BelakangPada Komposit Carbon Sandwich Panels ............. 72

Tabel 4.22 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan danBelakang Pada Komposit Carbon SandwichPanels .................................................................... 73

Tabel 4.23 Nilai Torsional Stiffness Pembebanan Depan ........ 73Tabel 4.24 Nilai Torsional Stiffness Pembebanan Belakang ... 73Tabel 4.25 Nilai Torsional Stiffness Pembebanan Depan dan

Belakang ................................................................ 73Tabel 4.26 Nilai Torsional Stiffness/Berat Pembebanan

Depan .................................................................... 74Tabel 4.27 Nilai Torsional Stiffness/Berat Pembebanan

Belakang ................................................................ 74Tabel 4.28 Nilai Torsional Stiffness/Berat Pembebanan

Depan dan Belakang .............................................. 74

xxvi

Halaman ini sengaja dikosongkan

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPerkembangan mobil listrik di Indonesia melibatkan

beberapa pihak yaitu BUMN, Swasta dan Perguruan Tinggi.Dalam upaya mengembangkan mobil listrik di Indonesiapemerintah memberikan tugas kebeberapa perguruan terbaik diIndonesia untuk melakukan riset dan mengembangkan MobilListrik Nasional. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya(ITS) merupakan salah satu dari lima perguruan tinggi yang diberitugas untuk mengembangkan Mobil Listrik Nasional (MOLINA)tersebut. Hasil riset dalam mengembangkan Mobil ListrikNasional (MOLINA) diantaranya adalah Ezzy 1, Ezzy 2, BusListrik dan Sapu Angin Surya. Dan ada beberapa lagi yaitu motorlistrik (kerjasama dengan PT Garasindo), Braja Wahana danWidya Wahana yang masih dalam tahap pengerjaan danpembuatan. Evaluasi yang dapat dilakukan dari hasil riset dalammengembangkan Mobil Listrik Nasional (MOLINA) yaitu Ezzy1dan Ezzy 2 adalah berat dari mobil listrik itu sendiri. Berat totaldari Ezzy 1 dan Ezzy 2 adalah 1500 kg[2]. Karena berat itulahyang mengakibatkan efisiensi motor listrik berkurang. Efisiensimotor listrik dapat ditingkatkan dengan cara mungurangi beratkendaraan. Evaluasi dari body dan chassis yang digunakan padaEzzy 1 dan Ezzy 2 memiliki kekuatan dan kekakuan yang baikakan tetapi berat yang dimiliki masih besar. Body dan chassisEzzy 1 dan Ezzy 2 menggunakan material baja. Sedangkan padamobil listrik Braja Wahana yang sedang dikerjakan menggunakanmaterial baja untuk chassis dan komposit untuk body[2].Berdasarkan evaluasi tersebut untuk menciptakan mobil listrikyang berbobot ringan (ultraweight) yaitu memanfaatkan materialkomposit karbon dengan material aluminium.

Chassis dan Body kendaraan merupakan salah satukomponen yang bisa dimodifikasi untuk mengurangi beratkendaraan, dan material yang sesuai dipergunakan untuk

2

memproduksi body kendaraan yang lebih ringan adalah materialpolimer komposit atupun logam yang memiliki berat yang lebihrungan seperti aluminium. Keunggulan dari material kompositadalah strength to weight ratio yang tinggi dibandingkan materiallogam. Tetapi proses pembuatannya lebih rumit dan lebih mahaldari pada menggunakan material aluminium. Selainmempertimbangkan sifat fisik berupa berat jenis yang rendah,maka sifat mekanik material polimer komposit dan aluminiumperlu juga diperhatikan karena terkait dengan keamanan daripengguna kendaraan tersebut. Sedangkan chassis adalahkomponen kendaraan yang fungsi utamanya adalah sebagairangka penguat konsruksi bodi kendaraan agar mampu menahanbeban kendaraan dan beban impact saat terjadi tabrakan sehinggadapat melindungi penumpang[1]. Chassis merupakan bagianterpenting dalam stabilitas dari sebuah kendaraan, karena semuakomponen yang berkaitan dengan kestabilan menempel padachassis. Beberapa diantaranya adalah suspensi, roda, steeringsystem, braking system, dan tempat meletakkan baterai sertamotor listriknya. Berat dari chassis juga bisa dimodifikasi denganmenggunakan polimer komposit atupun logam yang memilikiberat yang lebih ringan seperti aluminium.

Penelitian mengenai komposit dan aluminium sebagaimaterial untuk chassis dan body kendaraan sudah banyakdilakukan. Salvi Gauri Sanjay, Kulkarni Abhijeet, Gandhi PratikPradeep dan Baskar P melakukan penelitian mengenai analisafinite element pada chassis truk pemadam kebakaranmembandingkan antara material steel dan komposit carbonfiber[3]. Jürgen HIRSCH melakukan penelitian mengenaipengembangan yang telah dilakukan pada aluminium yangdiaplikasikan pada komponen otomotif[4]. Carl AnderssonEurenius, Niklas Danielsson, Aneesh Khokar, Erik Krane, MartinOlofsson dan Jacob Wass melakukan penelitian mengenai chassisberbahan komposit sandwich pada chassis mobil ChalmersFormula Student (CFJ)[5]. David R. Cramer dan David F.Taggart melakukan penelitian mengenai desain dan manufaktur

3

pada struktur body mobil hybrid Hypercar dengan materialkomposit [6]. Aplikasi chassis dan body yang terbuat darikomposit dan aluminum dapat menurunkan bobot dari kendaraannamun tetap kaku dan kuat, sehingga efiseiensi kendaraan dapatmeningkat. Oleh karena hal tersebut, pembuatan mobil listrikperlu dilakukan penelitian terhadap chassis dan body, desainchassis yang digunakan adalah ladder chassis yangdikombinasikan dengan Tubular space frame chassis. Desainchassis dan body menggunakan kombinasi material aluminiumdan komposit carbon fiber sandwich..

1.2 Rumusan MasalahPenggunaan aluminium sebagai chassis kendaraan sudah

mulai banyak dilakukan contohnya pada truck frame yangdikembangkan oleh Alcoa & Metalsa[35], dan pada body jugasudah mulai dikembangkan untuk mobil Ferrari 458 Italia[36].Sedangkan komposit sandwich panels sekarang ini sedang banyakdilakukan penelitian contohnya pada chassis structure untukmobil Porsche 356 Speedster[37] dan body structure padamonocoque chassis mobil Chalmers Formula Student. Tetapimembandingkan material komposit sandwich panels danaluminium untuk desain chassis dan body kendaraan masih jarangdilakukan.

Maka dari hal tersebut, dalam penelitian ini kemampuanmaterial komposit carbon fiber sandwich dan aluminium dalammenerima beban statis berupa torsional bending dan vertikalbending untuk aplikasi body dan chassis mobil listrik akandibandingkan.

1.3 Tujuan PenelitianDesain body dan chassis yang berat akan menurunkan

efisiensi dari kendaraan. Oleh karena itu, pemilihan material yangringan dan memiliki kemampuan dalam menahan beban bendingsangat diperlukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasikekuatan dan kekakuan material komposit carbon fiber sandwich

4

dan aluminium pada body dan chassis mobil listrik dalammenerima beban statis berupa torsional bending dan vertikalbending dengan metode simulasi menggunakan software finiteelement, serta mengevaluasi berat body dan chassis mobil listrikyang dihasilkan.

1.4 Batasan MasalahAgar penulisan ini dapat mencapai tujuan yang

diinginkan, maka batasan masalah yang akan diberikan adalahsebagai berikut:1. Massa yang terlibat dalam simulasi :

a. Penumpang : 2 x 100 kgb. Baterai + baterai box : 120 kgc. Drivetrain : 50 kgd. Motor : 100 kge. Kabin : 50 kg

- Dashboard- Doortrim- Kursi

f. Body : 45 kg- Kaca : 41 kg- Aksesoris(peredam,dll) : 20 kg

g. Gaya gravitasi : 9,81 m/s2

2. Desain kendaraan tidak berubah(tetap).3. Material aluminium yang dipakai untuk body dan chassis

adalah EN AW-6060-T4 dan EN AW-6082-T6.4. Material carbon fiber yang digunakan adalah Epoxy-Carbon

Woven Prepreg.5. Material core yang digunakan adalah Aluminium Honeycomb

dengan ketebalan core 10 mm.

1.5 Manfaat PenelitianManfaat dari penelitian ini semoga dapat digunakan

sebagai referensi untuk merancang mobil listrik sport.

5


5

BAB IITINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan PustakaPada tahun 2014 Salvi Gauri Sanjay, Kulkarni Abhijeet,

Gandhi Pratik Pradeep dan Baskar P melakukan penelitiandengan judul “Finite Element Analysis of Fire Truck Chassis forSteel and Carbon Fiber Materials”[3]. Penelitian ini membahasmengenai perbandingan chassis truk pemadam kebakaranberbahan steel dengan komposit carbon fiber.

Simulasi yang dilakukan dengan menganalisa strukturstatis dan modal dari chassis truk pemadam kebakaran yangdimana material yang digunakan adalah komposit carbon fiberdan steel sebagai material pembanding yang digunakan sebagaimaterial dari chassis. Chassis truk pemadam kebakaran yangdigunakan adalah jenis ladder chassis. Data properti materialdapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Properti material[3]Material Properties Steel Carbon FiberDensity (kg/m3) 7850 1570Young’s modulus (GPa) 200 190Poisson’s ratio 0.3 0.25Yield stress (MPa) 250 200

Variasi yang dilakukan oleh peneliti adalah mode deformasi padaModal Analysis. Hasil yang didapat dari penelitian ini adalahberupa nilai distribusi tegangan, distribusi regangan, frekuensi,defleksi dan deformasi total. Beberapa hasil simulasinya adalahgambar dengan deformasi total, distribusi tegangan dan distribusiregangan pada material komposit carbon fiber dan steel sepertiberikut ini:

6

(a) (b)Gambar 2.1 Deformasi Total (a) steel (b) komposit carbon

fiber[3]

(a) (b)Gambar 2.2 Distribusi Tegangan (a) steel (b) komposit carbon

fiber[3]

(a) (b)Gambar 2.3 Distribusi Regangan (a) steel (b) komposit carbon

fiber[3]

7

Data hasil penelitian berupa simulasi statis analisa struktur dananalisa modal dapat dilihat pada tabel 2.2 sampai tabel 2.3.

Tabel 2.2 Hasil analisa modal pada material komposit carbonfiber dan steel[3]

Steel MaterialFrequency

(Hz)Deflection

(m)Deformation 1 284.01 0.14047Deformation 2 327.44 0.17653Deformation 3 329.59 0.59997Deformation 4 345.54 0.39664Deformation 5 388.33 2.152Deformation 6 403.19 0.45113

Tabel 2.3 Hasil analisa Static Structural pada material kompositcarbon fiber dan steel[3]

Parameter STEEL CARBON FIBEREquivalent Stress 164590000 169450000Equivalent Strain 0.00082296 0.00073673

Total Deformation 0.00015329 0.00013321

Berdasarkan hasil analisa Static Structural dari materialkomposit carbon fiber dan steel, nilai tegangan yang dihasilkanpada komposit carbon fiber lebih besar dari nilai tegangan yangdihasilkan oleh steel dalam pengondisian beban yang sama.Sedangkan nilai regangan yang dihasilkan pada komposit carbonfiber lebih kecil dari nilai tegangan yang dihasilkan oleh steeldalam pengondisian beban yang sama. Dan nilai total deformasiyang pada komposit carbon fiber lebih kecil dari nilai teganganyang dihasilkan oleh steel dalam pengondisian beban yang sama.Sehingga dapat disimpulkan dengan menggunakan kompositcarbon fiber dengan pengondisian beban yang sama amandigunakan sebagai chassis. Keuntungan lain denganmenggunakan komposit carbon fiber dapat mereduksi beratsebanyak 60-68% karena densitas komposit carbon fiber lebihrendah dari steel.

Selanjutnya pada tahun yang sama pada tahun 2014Jürgen HIRSCH melakukan penelitian yang berjudul “Recent

Carbon FiberMaterial

Frequency(Hz)

Deflection(m)

Deformation 1 642.61 0.29486Deformation 2 742.71 0.39803Deformation 3 745.01 1.2708Deformation 4 783.12 0.83607Deformation 5 872.65 4.531Deformation 6 913.64 0.95167

8

development in aluminium for automotive applications”[4].Penelitian ini membahas mengenai mengenai pengembanganyang telah dilakukan pada aluminium yang diaplikasikan padakomponen otomotif. Berikut komponen-komponen darikendaraan yang dapat digantikan dengan material aluminium:

Gambar 2.4 Produk aluminium untuk aplikasi komponen otomotif[4]

Aplikasi aluminium alloy sudah banyak diaplikasikanpada body dan chassis mobil. Contohnya pada Al−Mg−Si alloysdengan perlakuan Age-hardening biasa digunakan sebagai panelatau plat dengan range ketebalan 0,9-1,0 mm (di USA) dan 1,0-1,2 mm (di Eropa), dimana memiliki kekuatan yang tinggi dankemampuan dibentuk yang baik. Selain hal tersebut Al−Mg−Sialloys juga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik danmemiliki kemampuna local pre-deformation. Aluminium alloylainnya yang banyak digunakan adalah Al−Mg−Mn alloys denganperlakuan Non heat-treatable merupakan kombinasi yangoptimum dimana kemapuan dibentuk dan kekuatannya sangattinggi, pemerolehan kombinasinya melalui proses solid solution.Non heat-treatable Al−Mg−Mn alloys banyak digunakan di eropadengan kuantitas yang besar untuk komponen-komponenotomotif. Pembentukannya dapat melalui hot rolled, cold rolledmaupun hydro-formed tubes. Dan beberapa pembentukan

9

aluminium lainnya dapat memalui proses Extrusions maupunCastings. Berikut contoh aplikasi dari aluminium alloy untukkomponen otomotif:

Gambar 2.5 Aluminium extrusion pada mobil AUDI space-frame (AUDI A8 series): (a) D2, 1994; (b) D3, 2002; (c) D4,

2009[4]

Tujuan digunakannya aluminium sebagai komponenotomotif adalah untuk menciptakan kendaraan yang ringan(light-weight design) tetapi masih memiliki kekuatan dankekakuan yang cukup tinggi. Istilah yang digunakan untukkendaraan yang memiliki bobot paling ringan adalah SuperLight Car (SLC). SLC terdiri dari bebrapa materialdiantaranya steel (36%), fiber reinforced plastic (4%),magnesium (7%) dan aluminium (53%). Berikut contoh SCLProject pada mobil Volkswagen Golf V:

10

Gambar 2.6 Final SLC-body “multi-material” concept (SLCproject)[4]

Kesimpulan dari penelitian ini dengan adanya konsepmobil SLC maka dapat mereduksi berat hingga 30% tanpamengurangi performa dari mobil itu sendiri. Dan keuntunganlainnya menggunakan aluminium adalah density yang rendah,mampu dibentuk dengan baik dan ketahanan korosi yang tinggi.Aluminium juga merupakan material ringan ideal yang mampumereduksi massa hingga 50% bila dibadingkan logam lainnyatanpa melihat safety factornya.

Sebelumnya pada tahun 2013 Carl Andersson Eurenius,Niklas Danielsson, Aneesh Khokar, Erik Krane, Martin Olofssondan Jacob Wass melakukan penelitian dengan judul “Analysis ofComposite Chassis”[5]. Penelitian ini membahas mengenaisimulasi desain chassis pada mobil Chalmers Formula Studentdengan menggunakan software finite element, chassis yangdigunakan adalah tipe hybrid composite chassis yang merupakankombinasi antara composite monocoque chassis dan rear spaceframe. Desain chassis dapat dilihat pada gambar 2.7.

11

Gambar 2.7 Chalmers Formula Student Hybrid Chassis[5]

Material yang digunakan untuk rear space frame adalahbaja ringan, sedangkan material yang digunakan untukmonocoque chassis adalah woven carbon fiber prepregs sebagaiskin dan Aluminium Honeycomb sebagai core.

Simulasi yang dilakukan bertujuan untuk mencaritegangan maksimal yang diterima composite monocoque chassispada saat pengereman maksimal dan torsional stiffness padacomposite monocoque chassis yang dapat dilihat pada gambar 2.8dan 2.9.

Gambar 2.8 Equivalent Stress pada saat pengereman maksimal[5]

12

Gambar 2.9 Torsional Stiffness Simulation Setup[5]

Pada simulasi torsional stiffness, variasi yang diberikanberupa jumlah layer (3, 5 dan 7 layer woven carbon fiberprepregs) serta variasi ketebalan core Aluminium Honeycomb (10, 15, 20 dan 25 mm). Hasil yang didapat berupa nilai torsionalstiffness monocoque chassis , berat monocoque chassis danperbandingan torsional stiffness dengan berat untuk setiap variasiketebalan core dan jumlah layer. Hasil yang didapat daripenelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.10, gambar 2.11 dangambar 2.12.

Gambar 2.10 Garfik Torsional stiffness vs tebal core dan jumlahlayer[5]

13

Gambar 2.11 Grafik Berat monocoque chassis vs tebal core danjumlah layer[5]

Gambar 2.12 Grafik Torsional stiffness/berat vs tebal core danjumlah layer[5]

Kesimpulan dari penelitian ini adalah nilai torsionalstiffness meningkat secara linier sebanding dengan peningkatanketebalan core dan peningkatan jumlah layer. Begitu pula untukberat, untuk peningkatan berat chassis berbanding lurus denganpeningkatan tebal core dan jumlah layer. Hasil yang didapat darisimulasi ini akan dijadikan referensi dalam pembuatan chassisChalmers Formula Student agar nantinya tidak terjadi overdesign.

14

Kemudian ditahun sebelumnya pada tahun 2012 David R.Cramer dan David F. Taggart melakukan penelitian dengan judul“Design and Manufacture of an Affordable Advanced-CompositeAutomotive Body Structure”. Penelitian ini membahas mengenaidesain dan manufaktur pada struktur body mobil hybrid Hypercardengan material komposit [6]. Biaya merupakan kunci tantangandisemua desain otomotif, berikut perbandingan antara steel,komposit dan aluminium bila dilihat pada aspek stiffness, cost dandensity:

Gambar 2.13 Relative materials properties & costs[6]

Desain konsep mobil hybrid yang diberi nama Revolutionini hampir mirip dengan mobil Lexus-RX300 hanya saja peakpowernya lebih rendah tetapi memiliki range Km yang ditidakjauh berbeda.

15

Gambar 2.14 Anatomy of Hypercar, Inc.’s Revolution ConceptVehicle[6]

Struktur body yang digunakan 60% lebih ringan biladibandingkan dengan steel. Penyusunnya menggunakan beberapakombinasi yaitu carbon-fiber composites, aluminum, andunreinforced thermoplastic. Carbon-fiber composites digunakansebagai komponen keselamatan penumpang dan bergunamenyerap energi bila terjadi benturan. Dan aluminium digunakansebagai front-end sub-frame, serta unreinforced compositesthermoplastic digunakan sebagai vehicle’s skin atau sebagaiexterior panels. Desain body dapat dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Composite structure, aluminum/composite frontsub-frame, and exterior panels[6]

16

Gambar 2.16 Gambar susunan Composite safety cell[6]

Setelah dievaluasi dari desain sebelumnya yang masihkonvensional yaitu benchmark vehicle, berat dari mobilmengalami penurunan yang cukup signifikan yang sekarngberganti menjadi Revolution Concept Vehicle. Berikut tabelperbandingannya:

Tabel 2.4 Perbandingan berat dari Revolution dan benchmarkvehicle[6]

Kesimpulan dilakukan penelitian ini diketahui bahwadesan kombinasi untuk Revolution’s composite-intensive bodymengalami penurunan berat hampir 60% dengan performastruktur yang tinggi serta volume produksi yang tinggi.

17

2.2 Chassis MobilChassis dibidang otomotif adalah sebuah rangka pada

kendaraan yang berfungsi menopang seluruh komponenkendaraan, dan menjadi dasar bagi sebuah kendaraan. Fungsi laindari chassis adalah mentransfer beban vertikal dan lateral, yangdisebabkan oleh beban muatan pada kendaraan yang kemudianditeruskan ke suspensi dan dua sumbu roda. Berdasarkankonstruksi menempelnya bodi pada chassis dibedakan menjadidua konstruksi kendaraan, yaitu konstruksi composite (terpisah)dan konstruksi monocoque (menyatu). Dan berikut adalahbeberapa tipe dari chassis:

2.2.1 Ladder FrameLadder Frame adalah dua batangan panjang yang

menyokong kendaraan dan menyediakan dukungan yang kuat dariberat beban dan umumnya berdasarkan desain angkut. Bentukbodi ini merupakan salah satu contoh yang bagus dari tipechassis. Dinamakan demikian karena kemiripannya dengantangga, Ladder Frame adalah yang paling sederhana dan tertuadari semua desain. Ini terdiri hanya dari dua rel simetris, ataubalok, dan crossmembers menghubungkan mereka. Ladder framemerupakan chassis paling awal yang digunakan sekitar tahun1960-an, namun sampai sekarang masih banyak kendaraan yangmenggunakan chassisjenis ini terutama kendaraan jenis SUV.Bahan material yang paling umum untuk jenis Ladder frame iniadalah material dengan bahan baja ringan. Dua batangmemanjang tersebut merupakan bagian yang utama untukmenahan beban longitudinal akibat percepatan dan pengereman.Kemudian batang yang melintang hanya menahan agar chassistetap dalam keadaan rigid atau kaku.

18

Gambar 2.17 Ladder Frame[9]Dalam hal lain untuk chassis Ladder Frame ini ada

juga penambahan komponen untuk lebih menguatkan chassis,yaitu dengan cara penambahan penguatan palang X. Hal inidimungkinkan untuk merancang kerangka untuk membawa bebantorsi di mana tidak ada unsur frame dikenakan saat torsi. PalangX yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini terbuat dari duabalok lurus dan hanya akan memiliki beban lentur diterapkanpada balok. Jenis frame ini memiliki kekakuan torsi yang baikterbagi di pusat rancangan frame ladder. Perlu dicatat bahwabeban lentur maksimum terjadi pada bagian sambungannya olehkarena itu bagian sambungan (joint) menjadi kritis.Menggabungkan sifat dari penguatan palang X dengan ladderframe membantu dalam memperoleh kedua sifat baik bebanlentur dan torsi. Dapat dilihat pada gambar 2.18 balok silang dibagian depan dan belakang tidak hanya membantu pada saatterjadi torsi tetapi juga membantu dalam membawa beban lateraldari suspensi titik pemasangan[11].

Gambar 2.18 Ladder frame dengan palang X[10]

19

2.2.2 Tubular Space FrameMerupakan salah satu jenis metode chassis terbaik yang

kekuatan luluhnya sangat bagus di perlindungan kekakuantorsional, ketahanan beban berat dan beban kejut jika memilikisambungan yang baik. Tubular Space Frame memakai berbagaimacam pipa circular (kadang – kadang dipakai bentuk squaretubeagar mudah disambung, meskipun begitu bentuk circularmemiliki kekuatan begitu besar). Posisinya yang berbagai arahmenghasilkan kekuatan mekanikal untuk melawan gaya dariberbagai arah. Pipa tersebut dilas sehingga terbentuk strukturyang kompleks[11].

Gambar 2.19 Tubular Space Frame[12]

2.2.3 MonocoqueMonocoque merupakan satu kesatuan stuktur chassis dari

bentuk kendaraannya sehingga chassis ini memiliki bentuk yangberagam yang menyesuaikan dengan bodi mobil. Meskipunterlihat seperti satu kesatuan dari rangka dan bodi mobilnya,namun sebenarnya chassis ini dibuat dengan menggunakanpengelasan melalui proses otomasi sehingga hasil pengelasanyang berbentuk sempurna dan terlihat seperti tidak ada hasilpengelasan[11]. Kelemahan dari chassis ini adalah tidak bisameredam getaran dengan baik, karena getaran akan tersalurkan kebodi yang menyatu dengan chassis, kelebihan dari konsep iniadalah beratnya yang ringan dan dapat meningkatkan efisiensibahan bakar.

20

Gambar 2.20 Monocoque[13]

2.2.4 BackboneTipe ini adalah aplikasi langsung dari teori jenis rangka

pipa. Ide awalnya adalah dengan membuat struktur depan danbelakangnya yang terhubung dengan sebuah rangka tube yangmelintang disepanjang mobil. Chassis backbone ini hampirseluruhnya adalah struktur kaku dan dapat menahan semua beban.Karena begitu sempit, dindingnya umumnya dibuat tebal. ChassisBackbone memiliki kekakuan dari luas area bagian "backbone"itu sendiri. Bentuk rancang bangun chassis jenis tipe ini adalahtetap dengan mengandalkan backbone tetapi denganmenambahkan struktur tambahan untuk lebih mengkakukanbackbone itu sendiri[11].

Gambar 2.21 Backbone chassis[14]

21

2.3 Bentuk ChassisKendaraan masa kini, umumnya menggunakan chassis

dengan material berbentuk besi hollow atau besi CNP (kanal C).Kedua bentuk ini dipilih karena memiliki berat yang lebih ringannamun safety factor dari kendaraan sendiri masih dalamjangkauan aman. Manufacturing menggunakan kedua material inijuga cenderung lebih mudah. Kekuatan merupakan sifat mekanikdari suatu material. Kekuatan adalah kemampuan suatu materialuntuk menerima tegangan tanpa menyebabkan material menjadipatah. Pada kendaraan material bisa kehilangan fungsinya karenamengalami beban saat jalan. Hilangnya fungsi tersebut karena adadua sebab, yaitu beban ekstrim atau kelelahan material.

2.3.1 Besi HollowBesi hollow merupakan material dengan berbentuk pipa

dengan luas penampang segi empat. Besi hollow biasa digunakanpada konstruksi, seperti pada Gambar 2.22 Beberapa tahun ini,ada beberapa produsen mobil yang menggunakan besi hollowuntuk material.

Gambar 2.22 Chassis mobil Mercedes tahun 1901[15]

2.3.2 Besi CNP (Kanal C)Besi CNP atau biasa dikenal dengan besi kanal C merupakanbesi yang memiliki bentuk luas penampang seperti huruf C.Besi CNP ini biasa digunakan untuk material chassis daritruck, seperti pada Gambar 2.23.

22

Gambar 2.23 Chassis dari truk heavy duty[16]

2.4 Properti Material Chassis dan BodyBerikut properti material dari carbon steel, alloy steel,

aluminium alloy dan carbon fiber yang dapat digunakan sebagaimaterial chassis dan body:

Tabel 2.5 Material properties carbon steel, alloy steel, aluminiumalloy dan carbon fiber[7]

2.5 AluminiumAluminium merupakan logam kedua terbanyak yang ada

dibumi setelah besi, dan menjadi pesaing dalam ekonomirekayasa engineering untuk aplikasi komponen-komponenindustri, otomotif, aerospace dan lain-lain. Pada akhir abad ke-19 aluminium sangat populer dalam perkembangan industrikarena karakteristik materialnya yang unik dan konsisten akankualitasnya. Pada tahun 1886 Charles Hall di Ohio dan Paul

23

Heroult di Perancis melakukan pengembangan pertama mengenaimesin pembakaran internal dan aluminium berperan sebagaikomponen otomotif yang meningkatkan nilai rekayasaengineering. Bentuk aplikasi komersial pertama dibidang industridengan material aluminium adalah bingkai cermin, nomor rumahdan nampan saji[8].

Aluminium hanya memiliki berat 2.7 g/cm3, sepertigadari berat baja (7.83 g/cm3), tembaga (8.93 g/cm3) atau kuningan(8.53 g/cm3). Dan memiliki ketahanan korosi yang sangat baikdari kondisi lingkungan termasuk atmosfer, air (air garam),petrokimia dan bahan kimia lainnya. Aluminium juga sangat baikuntuk konduksi elektrik maupun termal. Konduktivitas termalaluminium alloy dapat mencapai 50-60% dari pada tembagasehingga dapat digunakan sebagai heat exchangers, evaporators,automotive cylinder heads dan radiators[8].

Aluminium alloy dapat dibedakan menjadi dua kategoriyaitu Cast Aluminum dan Wrought Aluminium. Perbedaan darikedua kategori aluminium alloy tersebut adalah berdasarkan padamekanisme dari pengembangan properti elemen paduannya.Proses manufaktur aluminium dan aluminium alloy dapatdibedakan menjadi dua kategori. Kategori pertama yaitustandardized products diantaranya sheet, plate, foil, rod, bar,wire, tube, pipe, dan structural forms. Kategori kedua yaituengineered products biasa digunakan untuk mendesain specificapplications diantaranya yaitu extrudedshapes, forgings, impacts,castings, stampings, powder metallurgy (P/M) parts, machinedparts, dan metal-matrix composites. Distribusi persentase produkaluminium dapat dilihat pada diagram berikut[8]:

Berikut contoh aplikasi penggunaan aluminiumaluminium alloy untuk komponen-komponen pesawat terbangkomersial dapat dilihat pada gambar 2.24:

24

Gambar 2.24 Penggunaan Aluminium alloy pada pesawatkomersial[8]

2.6 KompositKomposit merupakan material multifase yang didapatkan

dari kombinasi material yang berbeda untuk mendapatkan sifatmekanik yang tidak bisa didapatkan apabila materialdiaplikasikan secara individual[17]. Komponen-komponenpenyusun komposit tetap bisa dibedakan secara makro danmemiliki sifat seperti sebelumnya. Material komposit banyakdiaplikasikan karena memiliki kombinasi sifat yang tidak bisadidapatkan apabila menggunakan material konvensional sepertilogam, polimer, maupun keramik.

Sifat komposit bervariasi dan tergantung pada berbagaimacam faktor antara lain : jenis komponen yang dipilih, distribusikomponen, dan morfologi komponen.Ada beberapa kelebihan dari komposit apabila dibandingkandengan material konvensional antara lain :1. Material komposit mampu berperan menjadi bagian

terintergrasi, misalnya satu komposit mampu menggantikanperan dari beberapa material logam.

2. Komposit memiliki stiffness-to-density ratio yang baik.Rasionya 1/5 dari baja dan 1/2 dari aluminium.

3. Komposit memiliki strength-to-density ratio yang baik.Dengan kelebihan ini pesawat maupun kendaraan bermotor

25

bisa bergerak lebih cepat dengan efisiensi bahan bakar yanglebih baik. Kekuatan spesifiknya sekitar tiga hingga lima kalilebih baik jika dibandingkan dengan baja, oleh karena itukomponen pesawat terbang menggunakan komposit karenalebih ringan namun tetap kuat.

4. Endurance limit ( fatigue strength ) dari komposit baik. Untukpaduan aluminium maupun baja endurance limit berada pada50% dari nilai static strength, sementara untuk unidirectionalcarbon/epoxy composite bisa mencapi 90% dari staticstrength.[18]

Komposit banyak diaplikasikan dalam dunia industrisalah satunya adalah industri pesawat terbang. Komponenpesawat terbang harus memiliki strength-to-density yang baik,komponen harus ringan tapi kuat, dimana dengan berat yangsama komposit mampu menahan beban yang memiliki nilai lebihtinggi jika dibanding dengan baja agar pesawat mapu terbangdengan kinerja lebih baik.Berikut ini contoh gambar aplikasi pada komponen penyusunmesin pesawast terbang yang terbuat dari komposit :

Gambar 2.25 Komponen pada mesin pesawat yang terbuat darikomposit[18]

2.7 MatriksKomposit umumnya terdiri dari komponen matriks dan

pengisi (filler). Matriks yang berfungsi untuk mengikat filler sertamendistribusikan tegangan yang diterima oleh komposit, fillerumumnya bersifat lebih kuat dan kaku jika dibandingkan denganmatriks, sehingga filler berfungsi sebagai penguat

26

(reinforcement). Matriks dapat diklasifikasikan berdasarkan jenismaterialnya. Gambar 2.26 menunjukkan klasifikasi dari matriks.

Gambar 2.26 Klasifikasi matriks[19]

2.8 Penguat (Reinforcement)Komposit bisa diklasifikasikan berdasarkan jenis

penguatnya, ada beberapa jenis komposit berdasarkan penguatnya: komposit dengan penguat partikel, komposit dengan penguatfiber, dan komposit struktural.

Gambar 2.27 Klasifikasi komposit[20]

2.8.1 Fiber Reinforced CompositePada sub-spesifikasi fiber reinforced, penguat yang

digunakan berbentuk serat. Ada dua jenis yaitu continuous(seratpanjang) dan discontinuous(serat pendek), kedua jenis inidibedakan berdasarkan bentuk susunan seratnya. Pada

Matrices

Polymer MatrixMaterial

Thermoset

Thermoplastics

Metal MatrixMaterial

Ceramic MatrixMaterial

Carbon andGraphic Matrix

Material

27

discontinuous ada dua jenis yaitu aligned (lurus) dan randomorientation (acak). Interaksi antara matriks dan penguatmemegang peranan penting.Penguat cenderung menahanpergeseran matrix di sepanjang serat danmenerima distribusitegangan dari matriks. Peningkatan kualitas sifat-sifatmekaniknya tergantung pada ikatan interface matriks danseratnya.Fiber reinforced composites memiliki kekuatan dankekakuan yang tinggi jika menerima gaya searah dengan arahserat, akan tetapi jika gaya yang diterima tegak lurus dengan arahserat maka kekuatan dan kekakuannya akan sangat lemah.

Gambar 2.28 Continuous and aligned (a), discontinuous andaligned (b) dan dicontinuous randomly oriented fiber reinfoced

composites[20].

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipeserat pada komposit, yaitu:A.) Continous fiber / Uni-directional, mempunyai susunan serat

panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya.Jenis komposit ini paling banyak digunkan. Kekurangan tipeini adalah lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal inidikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi olehmatriksnya.

B.) Woven fiber, komposit ini tidak mudah terpengaruhpemisahan antar lapisan karena susunan seratnya jugamengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan seratmemanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkankekutan dan kekakuan tidak sebaik tipe continous fiber.

28

C.) Discontinous fiber (chopped fiber), komposit dengan seratpendek ini dibedakan menjadi:1. Aligned discountinous fiber2. Off-axis aligned discountinous fiber3. Randomly oriented discountinous fiber

D.) Hybrid fiber, gabungan antara tipe serat lurus dengan seratacak. pertimbangan tipe ini adalah dapat meminimalisirkekurangan dari dua tipe dan menggabungkan kelebihan daridua tipe tersebut.

Gambar 2.29 Woven fiber triaxial (kiri) dan biaxial (kanan)[22]

Fungsi utama dari reinforcement dalam komposit adalah:1. Untuk menerima beban gaya. Karena pada struktur komposit,

70% - 90% gaya diterima oleh reinforcement.2. Untuk memberikan kekakuan, kekuatan dan properti struktur

lainnya pada komposit.3. Untuk memberikan konduktivitas listrik (tergantung pada jenis

serat yang digunakan)[18].

2.8.2 Composite StructuralPada gambar 2.27 tentang klasifikasi komposit, sub-

spesifikasi struktural komposit terdiri dari laminate dan sandwichpanel. Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satulembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentukelemen struktur secara integral pada komposit. Prosespembentukan lamina menjadi laminate dinamakan proseslaminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang seratpenguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnyatidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untukitulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang

29

terdiri dari beberapa macam lamina yang diorientasikan dalamarah serat yang berbeda dan digabungkan bersama sebagai sebuahunit struktur.

Gambar 2.30 Lamina (kiri) dan Laminate (kanan)[23]

Terdapat beberapa jenis laminate, yaitu:A.) Continous fiber laminate, lamina penyusunnya dengan serat

yang tidak terputus hingga mencaai ujung - ujung lamina.Continous fiber laminate terdiri dari:

1. Unidirectional, laminate dengan tiap lamina mempunyaiarah serat yang sama. kekuatan terbesar dari jenis laminateini adalah searah seratnya.

2. Crossplied quasi-isotropic, laminate ini mempunyai susunanlamina dengan serat yang saling tegak lurus satu sama lain.

3. Random/woven fiber composite, Laminate ini mempunyaisusunan serat dengan bentuk anyaman.

B.) Discountinous fiber laminate, laminate dengan masing -masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yangterputus dalam arah tertentu atau acak.

Gambar 2.31 Laminate Unidirectional (kiri) dan Crossplied quasi- isotropic (kanan)[24]

30

Komposit Sandwich merupakan komposit yang tersusundari 3 lapisan, yaitu 2 lapisan luar (skin) dan 1 lapisan inti (core).Lapisan luar dan lapisan inti digabungkan menggunakan lapisanadhesive berupa epoxy structural atau adesive film. Kompositsandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal,namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi.Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang cocok untukmenahan beban lentur, kejut dan meredam getaran dan suara.Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai strukturalmaupun non-struktural dari bagian internal maupun eksternalpada pesawat, kereta, bus, truk dan jenis kendaraan lainnya.

Gambar 2.32 Konstruksi Composite Sandwich[25]

2.8.3 Carbon FiberCarbon fibre merupakan material yang terdiri dari

seratberdiameter 5-10 μm dengan sebagian besar susunannyaadalah atom karbon, dimana struktur karbon berbentuk kristal.Ukuran tow pada Carbon fibreterdiri dari 3k, 6k, 12k, 24k, 40k,48k, 80k, 160k, 320k, 400k dan 410k. Untuk 1 tow yang teridiridari 3k maksudnya adalah terdiri dari 3000 serat[28].

Gambar 2.33 Perbandingan ukuran serat karbon 6μm (hitam)dengan rambut manusia (abu-abu)[26].

31

Carbon fibre dibuat dengan karbonisasi dari materialPAN (Polyacrylonotrile) dan Rayon yang biasa digunakan saatini, material tersebut merupakan polimer tekstil. Setelah proseskarbonisasi dilanjutkan proses grafitisasi pada temperatur tinggidan dilanjutkan dengan proses penggulungan serat-serat karbonatau ditenun menjadi bentuk anyaman. Carbon fiber dapatdiaplikasikan pada pesawat terbang, otomotif, konstruksi, militer,dan peralatan olahraga. Carbon fiber biasanya dijadikan filleruntuk material komposit, kelebihan dari Carbon fiber ini antaralain: Memiliki massa jenis yang kecil. Memiliki kekakuan, kekuatan tarik dan modulus elastisitas

yang tinggi. Memiliki chemical resistance yang tinggi, temperature

tolerance yang tinggi and thermal expansion yang rendah[28].Pada Carbon fiber dapat berbentuk seperti gulungan

benang atau tenunan seperti kain, perbedaan bentuk dan jenisanyaman memiliki sifat yang berbeda - beda. Klasifikasiarsitektur dari Carbon fiber dapat dilihat pada gambar 2.34.

Gambar 2.34 Klasifikasi arsitektur pada Carbon fiber[27]

32

Pada sub-spesifikasi Planar (2-D), woven biaxial terdiridari plain weave, basket weave, leno weave, mock leno weave,twill weave, satin weave dan high modulus weave. Pada bentuktwill weave, pola yang dibentuk adalah pola selang - selingdengan 1 tow melewati 2 tow diatas atau dibawah, pola ini cukupbaik karena anyamannya yang cukup rekat.

Gambar 2.35 Twill Weave[27]

2.9 Material Inti (core)Material core adalah material yang berfungsi untuk

membuta struktur komposit menjadi kaku, menambah ketebalankomposit tanpa meningkatkan berat secara drastis. Contoh darimaterial core yangdigunakan pada komposit adalah honeycomb,foam, kayu balsa, lantor soric dan diviny cell.

2.9.1 Honeycomb CoreHoneycomb core adalah material dengan susunan cell

berbentuk hexagonal seperti sarang lebah. Geometri Hexagonaladalah geometri yang mampu disusun tanpa terputus danbentuknya yang segi enam dapat mentransferkan beban yangditerima. Ada 3 jenis bahan honeycomb core yang sering dipakaiuntuk komposit yaitu aluminium, nomex aramid danpolypropylene. Pada saat ini sudah banyak bentuk - bentuk daricellhoneycomb core, diantaranya adalah OX-Core, Reinforcedhexagonal core, Flex core, Double flex core dan tube core[29].

33

Gambar 2.36 Aluminium Honeycomb[29]

Aluminium Honeycombberbahan aluminium alloy seri5056, 5052, 2024 dan 3003. Merupakan core utama yang seringdigunakan pada komposit dalam bidang penerbangan danotomotif. Aluminium honeycomb akan memberikan kekakuanyang tinggi dan mengurangi berat yang signifikan jika diproduksidengan benar. Properti dari aluminium honeycomb dapat dilihatpada gambar 2.37.

Gambar 2.37 Properti Alumunium Honeycomb[29]

2.10 Pengujian Material Komposit dengan Three PointBendingMerupakan pengujian yang dilakukan terhadap suatu

material untuk mengetahui karakteristik makanik dari materialtersebut. Pengujian three point bending dilakukan untukmengetahui kekuatan lentur (flexural stiffness) komposit.Pengujian ini dilakukan dengan cara batang spesimen disanggadikedua sisi dan diberikan beban diantara dua penyangga tersebutsampai spesimen tersebut rusak atau patah. Idealnya spesimen uji

34

akan mengalami kegagalan retak (fracture) akibat beban geser(shear). Pada bagian atas spesimen mengalami beban tekan danpada bagian bawah spesimen mengalami beban tarik. Pengujianberdasarkan standar ASTM C 393-94 (sandwich)[31].

Gambar 2.38 Pembebanan Pada Uji Three Point Bending[32]Pada pengujian bending dengan metode three point

bending digunakan persamaan yang sesuai dengan ASTM C 393,untuk mengetahui besarnya tegangan geser pada core (core shearstress) yaitu dengan persamaan:= ( ) (2.1)[31]

Besarnya tegangan bending maksimum pada bagianpermukaan (facing bending stress) dapat dihitung denganpersamaan: = ( ) (2.2)[31]

Besarnya defleksi pada material komposit sandwich(sandwich beam deflection) dapat dihitung dengan persamaan:= + (2.3)[31]

dimana: = ( )(2.4)[31]

Besarnya kekakuan bending material komposit sandwich(bending stiffness) dengan permukaan yang sama dapat dihitungdengan persamaan:

35

= ( )(2.5)[31]

Besarnya momen yang terjadi pada pengujian bendingdapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

M= × (2.6)[31]

Dimana:= core shear stress (Mpa)= facing bending stress (Mpa)= total sandwich beam deflection (mm)

P = load (N)d = sandwich thickness (mm)c = core thickness (mm)b = sandwich width (mm)E = facing modulus (Mpa)G = core shear modulus (Mpa)M = Momen (Nm)U = panel shear rigidity (N)

Pada spesimen yang diuji bending, umumnya kerusakanyang terjadi akibat adanya gaya tekan dan gaya tarik yang terjadipada komposit. Pada bagian atas komposit mengalami gaya tekanakibat beban yang diberikan oleh mesin, pada sisi bawahkomposit mengalami gaya tarik akibat defleksi yang terjadiseltelah komposit menerima beban. Dengan beban yang diterimaoleh komposit maka akan terjadi gaya geser sebelum terjadikegagalan pada komposit tersebut. Gaya geseryang terjadi padainterlaminer menyebabkan delaminasi pada komposittersebut,sehingga mengakibatkan kegagalan pada spesimenbending.

36

Gambar 2.39 Macam mode kegagalan uji bending strukturkomposit sandwich[32]

2.11 Tegangan dan Deformasi Yang Diizinkan Pada ChassisKendaraan

Tegangan yang diizinkan merupakan tegangan yangberada dibawah tegangan yield materialnya. Dalam kondisirealnya tegangan yang diizinkan didapatkan dengan adanyafactor pembagi yaitu safety factor, nilai safety factor untukchassis mobil sehari-hari adalah 1,5[41]. Deformasi yangdiizinkan menurut teori beam deflection memiliki indeks defleksiyang didapat dari perbandingan defleksi dengan panjang batang.

ƒ = = (2.7)[41]

Untuk aplikasi automobile seperti chassis kendaraan (mobil),nilai ƒ (deflection index) yang dijinkan adalah 1/240 atau0.0042L[41].

Kompoensasi bending deflection menurut ASMEY14.32.1 M, Chassis Frames- Passenger and light Truck -Ground Vehicle Practices, yang diadopsi pada tanggal 8 February1995 untuk digunakang Department of Defense (DoD) U.S Armymenyebutkan bahwa kompensasi defleksi yaitu pertemuan ataupersimpangan (break point) antara satu atau dua gage line vertikaldan gage line horizontal pada satu titik tangkap yang sama padastruktural member[40]. Berikut gambar kompensasi bendingdeflection menurut ASME Y14.32.1 M :

37

Gambar 2.40 Kompensasi bending deflection menurut ASMEY14.32.1 M[40]

2.12 Pembebanan Pada MobilDalam merancang sebuah kendaraan sangatlah penting

untuk mengetahui beban- beban apa saja yang akan terjadi padakendaraan. Pada pengujian kekuatan dan kekakuan chassissebuah kendaraan dapat dilakukan dengan dua metode. Metodeyang pertama adalah eksperimen dan metode kedua adalahsimulasi. Dalam metode simulasi, chassis dikenakan pembebananstatik maupun dinamik yang mewakili beban sebenarnya. Bebanyang terjadi pada kendaraan dibedakan menjadi dua bagian, yaitukasus pembebanan global dan kasus pembebanan lokal.

2.12.1 Pembebanan GlobalPada kasus pembebanan global, pembebanan yang terjadi

adalah pembebanan yang terjadi pada keseluruhan chassiskendaraan. jenis pembebanan yang terjadi diantaranya adalah:

A.) Torsional BendingKekakuan terhadap beban torsi sering dianggap sebagai

pertimbangan yang paling penting selama pembuatan chassis.

38

Beban torsi akan mencoba memutar salah satu ujung chassis dansalah satu ujung lainnya ditahan. Peran suspensi sangatberpengaruh disini, karena suspensi harus dapat memastikanseluruh ban harus tetap menempel pada tanah. Pada kenyataannyabeban torsi muncul dalam kasus yang berbeda - beda, kasus yangpaling umum adalah dengan memberi gaya pada salah satu bandan tiga ban lainnya tetap menempel pada tanah. Kasuspembebanan ini adalah cara standar dalam mengukur kekakuanchassis baik secara realita atau simulasi komputer[5].

Gambar 2.41 Reaksi chassis ketika beban torsi diberikan[5]

Perhitungan torsional stiffness pada kendaraan dapatdilakukan melalui persamaan berikut:

Gambar 2.42 Torsional stiffness theoretical model [5]K ℎ = [ ][ ] = ( ) (2.7)[5]

39

B.) Vertikal BendingChassis kendaraan akan mengalami deformasi tekuk

akibat transfer beban longitudinal yang terjadi selama perubahankecepatan yang tiba-tiba. Selama percepatan bagian depan mobilnaik sehingga menyebabkan bagian tengah turun. Fenomena yanglainnya adalah saat proses pengereman, dimana beban akanditransfer dari pusat ke bagian depan dan menyebabkan deformasidi bagian tengah naik. Untuk mengurangi perilaku ini dapatmenggunakan anti-squat suspension linkage. Ketika merancangchassis, deformasi akibat gaya vertikal bukanlah prioritas utamayang harus dipertimbangkan, karena dengan memiliki kekakuanakibat beban torsi yang baik sudah memiliki kekakuan lenturyang memadai[5].

Gambar 2.43 Penampakan chassis akibat akselerasi yang besar[5]

Perhitungan vertikal bending pada kendaraan dapatdilakukan melalui persamaan berikut:

Gambar 2.44 Distribusi beban vertikal tampak samping[30]

40

Dimana:Fpt = Gaya yang diakibatkan oleh powertrainFpf = Gaya yang diakibatkan oleh penumpang depanFpr = Gaya yang diakibatkan oleh penumpang belakangFl = Gaya yang diakibatkan barang yang ada pada bagasiRf = Gaya reaksi oleh roda bagian depanRr = Gaya reaksi oleh roda bagian belakang

Pada Gambar 2.44, ditunjukkan distribusi beban vertikalpada mobil dengan wheelbase (L) dan jarak setiap beban terhadaproda depan. Dari gambar tersebut dapat diturunkan menjadipersamaan sebagai berikut :

= (2.8)[30]

atau = ( )(2.9)[30]

C.) Lateral BendingLateral bending biasanya diakibatkan oleh gaya

sentrifugal yang terjadi saat melewati jalan menikung. Gayalateral cenderung membuat mobil keluar dari sudut jalur. Ketikamenikung, ban mobil mengikuti dari bentuk jalan, sehinggamenimbulkan torsi yang dapat mentransfer beberapa beban daribagian dalam ke bagian luar ban[5].

Gambar 2.45 Lateral bending yang terjadi pada chassis saatmeewati jalan menikung[5]

41

Gambar 2.46 Distribusi beban lateral tampak atas[30]

Dimana :Fypt = Gaya yang diakibatkan oleh powertrain kearah sumbu yFypf = Gaya yang diakibatkan oleh penumpang depan kearah

sumbu yFypr = Gaya yang diakibatkan oleh penumpang belakang kearah

sumbu yFyl = Gaya yang diakibatkan barang yang ada pada bagasi

kearah sumbu yRzyf = Gaya reaksi oleh roda bagian depan kearah sumbu yRzyr = Gaya reaksi oleh roda bagian belakang kearah sumbu y

Dapat dilihat pada Gambar 2.46 terdapat gaya-gaya yangmenimbulkan momen rolling pada mobil. Persamaannya dapatditurunkan sebagai berikut := ℎ + ℎ + ℎ + ℎ (2.10)[30]

Kemudian untuk kesetimbangan dari gaya reaksi vertikaldapat diturunkan persamaan sebagai berikut :

42

= + (2.11)[30]Nilai Rzyf dan Rzyr tidak diketahui, pada umumnya

diberikan rasio antara kedua nilai tersebut. Pada umumnya nilaikekakuan pada bagian depan lebih besar dari kekakuan padabagian belakang (diasumsikan kekakuan body uniform), olehkarena itu momen pada mobil bagian depan pada umumnyadilambangkan dengan nM, dengan nilai n antara 0,5-0,7, sepertipada persamaan berikut :Pada bagian depan = (2.12)[30]

Pada bagian belakang = (1 − ) (2.13)[30]

Dari gambar 2.46 dapat diturunkan juga persamaansebagai berikut := ( ) ( ) ( )

(2.14)[30]= + + - (2.15)[30]

D.) Horizontal LozengingHorizontal Lozenging terjadi akibat salah satu sisi

kendaraan tidak memiliki traksi yang baik dari sisi lain. Sehinggafenomena yang terjadi adalah salah satu sisi tidak dapat mengatasibeban horizontal dengan baik dan menyebabkan penegangan padachassis dan berdeformasi membentuk jajar genjang. Kasus inibiasanya terjadi saat pengereman yang dimana salah satu banterkunci dan meluncur, sedangkan tiga ban lainnya terus bergulir.Biasanya horizontal lozenging kurang begitu diperhatikan saatmendesain chassis dibandingkan dengan torsional bending danvertikal bending[5].

43

Gambar 2.47 Horizontal Lozenging[5]

2.12.2 Pembebanan LokalPembebanan lokal adalah pembebanan yang terjadi

dibagian sambungan antara chassis dan komponen - komponenmobil. Chassis akan menyerap semua beban baik dari suspensi,mesin, motor dan bagian lainnya. Sehingga perlu diperhatikanbagian sambungan antara suspensi, mesin, motor dan komponenlainnya yang menempel pada chassis, karena bagian tersebutterdapat gaya-gaya lokal yang bisa menjadi daerah kritis darirancangan chassis[5].

2.13 Torsional Stiffness MobilAngka kekakuan dari masing-masing mobil berbeda-beda

dan tidak ada standar yang membatasi akan nilai miniumum darikekakuan sebuah mobil. Hal tersebut dikarenakan pada masing-masing mobil memiliki dimensi, beban dan jenis material yangberbeda-beda.

Tabel 2.6 Hasil pengujian kekakuan chassis beberapa jenismobil[42]No Jenis Kendaraan Torsional Stiffness

(Nm/deg)1 Ford Mustang 4.8002 Ferrari 360 Spider 8.5003 Bugatti EB110 19.0004 BMW E46 Sedan 18.0005 Jaguar X-type sedan 22.000

44

6 Audi TT Coupe 19.0007 Ford GT40 17.0008 Lotus Elise 10.0009 Maserati QP 18.00010 Porsce Carrera GT 26.00011 Mercedes SL 21.00012 Volvo 18.60013 BMW E36 Touring 10.90014 Opel Astra 12.00015 Volkswagen Fox 17.94116 Lamborghini Gallardo 23.00017 Ferrari F50 34.00018 Rolls-royce phantom 40.00019 Bugatti Veyron 60.000

45


45

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Skema diagram alir penelitian

46

3.2 Diagram Alir Simulasi Chassis dan Body Mobil Listrik3.2.1 Menggunakan Material Aluminium

Gambar 3.2 Skema diagram alir simulasi chassis dan body mobillistrik menggunakan material aluminium

47

3.2.2 Menggunakan Material Carbon Fiber Sandwich

Gambar 3.3 Skema diagram alir simulasi chassis dan body mobillistrik menggunakan material carbon fiber

48

3.3 Studi LiteraturStudi literatur dilakukan untuk mengetahui dasar teori

mengenai informasi yang berkaitan dengan penelitian. Dasar teoriberkaitan dengan :1. Aluminium

Dasar teori mengenai aluminium, kelebihan dibandingkanmaterial lain yang biasa digunakan sebagai chassis maupunbody kendaraan serta penjelasan secara detail untuk aspektertentu yang berkaitan dengan penelitian.

2. KompositDasar teori mengenai definisi komposit, komponen-komponen penyusunnya yaitu matriks, penguat dan materialinti serta penjelasan secara detail untuk aspek tertentu yangberkaitan dengan penelitian.

3. ChassisPenjelasan mengenai jenis-jenis chassis dan jenis-jenispembebanan yang terjadi pada mobil.

Kajian pustaka berisi penelitian yang telah dilakukansebelumnya yang berkaitan dengan chassis kendaraan. Khususnyapengujian untuk meninjau kemampuan material chassiskendaraan berbahan komposit dengan variasi tebal material intidan variasi layer pada skin untuk menerima beban bending jikadibandingkan dengan material lain yang sudah ada.

3.4 Desain Mobil ListrikDesain mobil listrik yang digunakan mengadopsi dari

desain mobil sport yang sudah ada sebelumnya dipasaran. Dengankonsep mobil listrik sport berkapasitas dua penumpang. Dimensimobil listrk memiliki panjang 4444 mm, lebar 1977 mm, tinggi1313 mm, lebar track 1595 mm/1622 mm dan panjang wheelbase2724 mm. Chassis yang digunakan menggunakan chassis jenisladder chassis yang dikombinasikan dengan Tubular space framechassis. Desain chassis dan body menggunakan perbandinganmaterial aluminium dan komposit carbon fiber.

49

Gambar 3.4 Dimensi lebar mobil listrik

Gambar 3.5 Dimensi panjang dan tinggi mobil listrik

Gambar 3.6 Dimensi lebar dan tinggi chassis mobil listrik

50

Gambar 3.7 Dimensi panjang chassis mobil listrik

Gambar 3.8 Tampak isometrik chassis mobil listrik

Gambar 3.9 Gambar utuh mobil listrik beserta komponennya

51

3.5 Material Mobil ListrikMaterial yang digunakan untuk pembuatan chassis dan

body mobil listrik adalah menggunakan perbandingan materialantara material aluminium dan komposit carbon fiber. Untukpembuatan dengan menggunakan material komposit carbon fiber,epoxy resin sebagai matriks, fiber carbon woven prepreg sebagaiskin dan aluminium honeycomb sebagai material inti (core).Berikut properti dari material untuk membuat chassis dan bodymobil listrik:

Tabel 3.1 Properti Aluminium Alloy EN AW-6060-T4[21;33]Density (g/cc) 2.70Elastic Modulus (Gpa) 70Bulk Modulus (Gpa) 69.6Shear Modulus (Gpa) 26.6Poisson’s Ratio 0.33Coefficient Thermal Expansion (㎛/m-oC) 23.4Melting Point (oC) 585-650Thermal Conductivity (W/m-K) 200-220Specific Heat (J/kg- oC) 0.880Electrical Resistivity (ohm-cm) 0.00000500Tensile Strength (Mpa) 120Yield strength (Mpa) 60Percent Elongation (%) 16Hardness (Brinell) 45

Tabel 3.2 Properti Aluminium Alloy EN AW-6082-T6[21;33]Density (g/cc) 2.70Elastic Modulus (Gpa) 70Bulk Modulus (Gpa) 69.6Shear Modulus (Gpa) 26.6Poisson’s Ratio 0.33Coefficient Thermal Expansion (㎛/m-oC) 23.4Melting Point (oC) 585-650

52

Thermal Conductivity (W/m-K) 170-220Specific Heat (J/kg- oC) 0.880Electrical Resistivity (ohm-cm) 0.00000500Tensile Strength (Mpa) 290Yield strength (Mpa) 250Percent Elongation (%) 14Hardness (Brinell) 65

Tabel 3.3 Properti epoxy carbon woven prepreg[33]Density 1451 Kg/m3

Young’s Modulus X Direction 59160 MpaYoung’s Modulus Y Direction 59160 MpaYoung’s Modulus Z Direction 7500 MpaPoisson’s Ratio XY 0,04Poisson’s Ratio YZ 0,3Poisson’s Ratio XZ 0,3Shear Modulus XY 17500 MpaShear Modulus YZ 2700 MpaShear Modulus XZ 2700 MpaTensile X Direction 513 MpaTensile Y Direction 513 MpaTensile Z Direction 50 MpaCompressive X Direction -437 MpaCompressive Y Direction -437 MpaCompressive Z Direction -150 MpaShear XY 120 MpaShear YZ 55 MpaShear XZ 55 Mpa

Tabel 3.4 Properti aluminium honeycomb 10 mm[29;33]Density 83,3 Kg/m3

Young’s Modulus X Direction 18,9 MpaYoung’s Modulus Y Direction 18,9 MpaYoung’s Modulus Z Direction 1890 Mpa

53

Poisson’s Ratio XY 0,065Poisson’s Ratio YZ 0,065Poisson’s Ratio XZ 0,01Shear Modulus XY 2,96 MpaShear Modulus YZ 369 MpaShear Modulus XZ 217 MpaTensile X Direction 0 MpaTensile Y Direction 0 MpaTensile Z Direction 4,5161 MpaCompressive X Direction 0 MpaCompressive Y Direction 0 MpaCompressive Z Direction -4,5161 MpaShear XY 0 MpaShear YZ 2,4821 MpaShear XZ 1,4479 Mpa

Tabel 3.5 Properti lantorsoric XF[38]Density 600 Kg/m3

Young’s Modulus 91 MpaPoisson’s Ratio 0,3Tensile Ultimate Strength 4 Mpa

Tabel 3.6 Properti polycarbonate[39]Density 1210 Kg/m3

Young’s Modulus 2400 MpaPoisson’s Ratio 0,37Tensile Yield Strength 65 MpaTensile Ultimate Strength 72,4 Mpa

3.6 Simulasi Model Geometry dan Ketebalan Sandwich Panels3.6.1 Simulasi Penentuan Bentuk Model Geometry Chassis

Pada proses pembuatan model chassis, sebelumnyadilakukan pemodelan bentuk profil chassis untuk mendapatkanprofil chassis yang paling baik dalam menerima deformasi dan

54

tegangan. Berikut tiga bentuk profil dari model chassis yangdisumulasikan ketika menerima beban vertikal:

(a) (b)

(c)Gambar 3.10 Profil chassis ketika menerima vertikal bending (a)

Rectangular (b) Square (c) U-Channel

Dari simulasi yang telah dilakukan mengenai bentukprofil yang paling baik dengan kondisi berat model yang samayaitu 0,8 kg serta beban bending dan beban torsi yang sama dariketiga bentuk profil chassis maka dipilihlah bentuk profilrectangular, karena mampu menerima deformasi dan teganganpaling baik dari ketiga profil chassis diatas.

Tabel 3.7 Hasil simulasi model profil chassis

*Sumber: Standard Profiles COSMOS Aluminium[34]

55

Beban: -Bending : 100 N-Torsi : 50 N(depan); 70 N(belakang)

Gambar 3.11 Profil chassis rectangular tube kendaraan

3.6.2 Simulasi Arah dan Ketebalan Sandwich Panels &LaminateUntuk mendapatkan hasil yang optimal dalam penggunaan

komposit sandwich, peletakan arah lamina merupakan salah satufaktor yang mempengaruhi kemampuan material komposit.Simulasi pengujian dilakukan dengan software finite element.Simulasi menggunakan analisa Static Structural (ACP) untukkomposit. Material yang dipakai adalah carbon fiber wovenprepreg sebagai skin dan aluminium honeycomb sebagai inti(core). Variasi arah lamina yang diterapkan adalah 0º, 45º, -45º,90º dalam 1 stackup.

Gambar 3.12 Contoh model susunan arah dan ketebalan dengan 2lamina dalam 1 stackup pada desain body kendaraan material

komposit

56

Gambar 3.13 Contoh model susunan arah dan ketebalan dengan 4lamina & 1 core dalam 1 stackup pada desain chassis kendaraan

material komposit

3.7 Perhitungan Pembebanan3.7.1 Beban Vertikal

Beban vertikal dipengaruhi oleh massa yang bekerja padabody dan chassis mobil listrik, diantaranya yaitu:

Tabel 3.8 Pembebanan vertikal pada body

No Nama Beban Massa(kg) Berat(N)1 Kaca mobil 40.3 403

2Aksesoris Body(peredam,plafon, dll) 50 500

3Kabin (dashboard, doortrim,kursi) 20 200

Total 110.3 1103

Tabel 3.9 Pembebanan vertikal pada chassis

No Nama Beban Massa(kg) Berat(N)1 Body 152 15202 Motor 100 10003 Baterai 120 12004 Penumpang & driver 2x100 2000

57

5 Drivetrain 50 5006 Bagasi* 200 2000

Total 822 8220*Opsional

Dengan asumsi percepatan gravitasi sebesar 9,81 m/s².= ∑ . (3.1)

Beban-beban vertikal ini mempunyai titik tangkapnyamasing-masing yang terdistribusi pada setiap mounting-nyaseperti pada gambar 3.12.

Gambar 3.14 Distribusi beban vertikal pada body

Gambar 3.15 Distribusi beban vertikal pada chassis

58

3.7.2 Beban LateralBeban lateral pada simulasi ini adalah beban saat

kendaraan berbelok, diasumsikan kendaraan berbelok ke kanandengan kecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s dengan radius belok5,6 m. Beban yang terjadi saat belok adalah beban vertikal danbeban inersia. Beban Inersia = (3.2)

Dimana m merupakan massa, v adalah kecepatan saat berbelokdan R adalah radius belok.

Tabel 3.10 Pembebanan akibat belok pada body

No. Nama Beban Massa(Kg)

BebanVertikal

(N)

BebanInersia

(N)1 Kaca mobil 40.3 403 575,72 Aksesoris

Body(peredam,plafon, dll)

50 500 714,3

3 Kabin (dashboard,doortrim, kursi)

20 200 285,7

Tabel 3.11 Pembebanan akibat belok pada chassis

No. Nama Beban Massa(Kg)

BebanVertikal

(N)

BebanInersia

(N)1 Body 152 1520 2149,62 Motor 100 1000 1414,23 Baterai 120 1200 2828,44 Penumpang&driver 2x100 2000 1697,15 Drivetrain 50 500 707,11

59

Gambar 3.16 Distribusi beban lateral pada body

Gambar 3.17 Distribusi beban lateral pada chassis

3.7.3 Beban TorsionalPengujian dengan beban ini dilakukan untuk menguji

kekakuan dari chassis. Torsi yang diberikan bernilai := (3.3)

T merupakan torsi dan F merupakan gaya yang bekerja padasuspensi depan atau belakang serta pada bagian samping kananatau samping kiri dengan nilai 0,2.Wsprung hingga 1.Wsprung.Sedangkan d merupakan jarak tumpuan suspensi kiri atau kananterhadap titik tengah chassis pada suspensi depan maupunbelakang.

60

Tabel 3.12 Pembebanan pada uji torsional bendingNo. Beban (x Wsprung) (N)1 0.22 0.43 0.64 0.85 1

Gambar 3.18 Distribusi beban torsional depan pada chassis

Gambar 3.19 Distribusi beban torsional belakang pada chassis

61

Gambar 3.20 Distribusi beban torsional depan dan belakang padachassis

3.8 Simulasi Chassis dan Body Mobil ListrikSimulasi pengujian dilakukan dengan software finite

element. Simulasi menggunakan analisa static structural untukmaterial aluminium dan static structural ACP(composite) untukmaterial komposit. Untuk material komposit yang dipakai adalahepoxy resin dengan penguat carbon fibre dengan penambahanmaterial inti berupa aluminium honeycomb. Boundary conditiondan loading condition yang diterapkan dalam simulasi ini adalahsebagai berikut :

Tabel 3.13 Boundary condition dan loading condition pada desainbody dan chassis Mobil Listrik

No Test BoundaryCondition

Loading Condition

1VertikalBending

Fix support-suspensi depandan belakang

Gaya kearah bawahpada penempatanmasing-masing beban

2LateralBending

Fix support-suspensi depandan belakang

Gaya kearah bawahdan ke samping padapenempatan masing-

62

masing beban

2TorsionalBending 1

Fix support-suspensi belakang

2 gaya berlawananarah pada suspensidepan

3TorsionalBending 2

Fix support-suspensi depan

2 gaya berlawananarah pada suspensibelakang

4TorsionalBending 3

Fix support-suspensi depankanan dansuspensi belakangkiri

Gaya suspensi depankiri keatas dan gayasuspensi belakangkakan keatas

Simulasi terdiri dari beberapa tahap yaitu :1.) Proses penentuan geometri chassis dan body

Geometri chassis dan body yang telah di desainmenggunakan software 3D-CAD diimport ke dalam softwarefinite element. Untuk kasus simulasi komposit dengan fibercarbon sebagai penguat ditambah dengan core, geometri harusdalam bentuk surface untuk proses penyusunan materialkomposit.

2.) Proses ModellingProses ini terdiri dari pengaturan material yang

digunakan, ketebalan geometri, meshing, connections danpengaturan kondisi yang diinginkan. Pengaturan kondisi untukstatic structural dilakukan dengan menetukan daerah fix supportdan memberikan pembebanan yang diinginkan berupa nilai gayadan arah pembebanan. Dari pengaturan ini berat dari modelchassis dan body juga akan diketahui.

63

Gambar 3.21 Meshing pada body dan chassis Mobil Listrik

3.) Proses Pengaturan Input MaterialProses ini terdiri dari memasukkan data properti material,

mengatur ketebalan dan arah lamina, mengatur jumlah layer danarah pada laminate, mengatur susunan sandwich panels danterakhir memodelkannya dalam bentuk 3D (untuk kasus simulasikomposit). Proses input material dilakukan pada layout berikut:

Gambar 3.22 Layout pada body surface

Gambar 3.23 Layout pada chassis

64

4.) Proses Running dan Hasil Simulasi.Proses pemilihan data yang akan dihasilkan untuk

simulasi ini dipilih tegangan maksimal yang terjadi (Von MisesEquivalent Stress), deformasi total, deformasi arah horizontal dansafety factor. Dan pada material komposit ditambahkan hasilsimulasi berupa shear stress dan Tsai-Hill Failure. Prosessimulasi dilakukan dengan melakukan solve untuk pengkondisianyang sudah ditetapkan. Dibawah ini adalah skema dari simulasistatic structural untuk material aluminium dan material kompositcarbon fiber sandwich.

Gambar 3.24 Skema simulasi static structural untuk Aluminium

Gambar 3.25 Skema simulasi ACP static structural untukKomposit

3.9 Analisa DataDari hasil simulasi berupa distribusi tegangan dan nilai

deformasi total yang akan dianalisa apakah nilai tegangan beradadibawah tegangan yield-nya (aman digunakan). Analisa dilakukandengan melihat daerah kritis pada saat deformasi maksimal dantegangan maksimal serta berat yang dihasilkan. Rumus

65

perhitungan torsional stiffness berdasarkan persamaan (2.7) padabuku penelitian Analysis of Composite Chassis oleh Eurenius,C.A. dkk pada tahun 2013[5], adalah sebagai berikut:K = [ ][ ] = ( ) (3.3)[5]

Dimana : F = Vertical Force (N)L = Track Width (m)K = Torsional Stiffness (Nm/deg)

z1 = Defleksi vertikal kananz2 = Defleksi vertikal kiri

66


67

BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Spesifikasi Body dan Chassis Kendaraan

Tabel 4.1 Rincian Berat Body Aluminium Kendaraan DenganVariasi Ketebalan

Tabel 4.2 Rincian Berat Body Komposit Sandwich KendaraanDengan Variasi Jumlah Layer dan Ketebalan

Tabel 4.3 Rincian Berat Chassis Aluminium Kendaraan DenganVariasi Temper Material

68

Tabel 4.4 Rincian Berat Chassis Komposit Sandwich KendaraanDengan Variasi Jumlah Layer

Tabel 4.5 Berat Total Desain Body Aluminium Kendaraan

69

Tabel 4.6 Berat Total Desain Body Komposit SandwichKendaraan

Tabel 4.7 Berat Total Desain Chassis Aluminium Kendaraan

Tabel 4.8 Berat Total Desain Chassis Komposit SandwichKendaraan

Tabel 4.9 Berat Total Desain Body dan Chassis AluminiumKendaraan

Tabel 4.10 Berat Total Desain Body dan Chassis KompositSandwich Kendaraan

70

Tabel 4.11 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan DeformasiMaksimal Pada Body untuk Vertikal Bending

Tabel 4.12 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan DeformasiMaksimal Pada Chassis untuk Vertikal Bending

71

Tabel 4.13 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan DeformasiMaksimal Pada Chassis untuk Lateral Bending

Tabel 4.14 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan DeformasiMaksimal Pada Chassis untuk Torsional BendingDepan

Tabel 4.15 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan DeformasiMaksimal Pada Chassis untuk Torsional BendingBelakang

Tabel 4.16 Nilai Tegangan Von-Misses Maksimal dan DeformasiMaksimal Pada Chassis untuk Torsional BendingDepan dan Belakang

72

Tabel 4.17 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan PadaMaterial Aluminium EN AW-6082T6

Tabel 4.18 Data Torsional Stiffness Pembebanan Belakang PadaMaterial Aluminium EN AW-6082T6

Tabel 4.19 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan danBelakang Pada Material Aluminium EN AW-6082T6

Tabel 4.20 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan PadaKomposit Carbon Sandwich Panels

73

Tabel 4.21 Data Torsional Stiffness Pembebanan Belakang PadaKomposit Carbon Sandwich Panels

Tabel 4.22 Data Torsional Stiffness Pembebanan Depan danBelakang Pada Komposit Carbon Sandwich Panels

Tabel 4.23 Nilai Torsional Stiffness Pembebanan Depan

Tabel 4.24 Nilai Torsional Stiffness Pembebanan Belakang

74

Tabel 4.25 Nilai Torsional Stiffness Pembebanan Depan danBelakang

Tabel 4.26 Nilai Torsional Stiffness/Berat Pembebanan Depan

Tabel 4.27 Nilai Torsional Stiffness/Berat Pembebanan Belakang

Tabel 4.28 Nilai Torsional Stiffness/Berat Pembebanan Depandan Belakang

75

4.2 Analisa Gambar Hasil Simulasi Vertikal Bending4.2.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises4.2.1.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan

(a)

(b) (c)Gambar 4.1 Hasil simulasi tegangan pada body aluminium akibat

vetikal bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail TeganganVon-Mises, (c) Safety Factor.

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap bodykendaraan dengan material aluminium EN AW-6060-T4 yangmemiliki ketebalan 0,93 mm diketahui bahwa persebarantegangan pada body berada pada daerah penumpu kaca dandaerah sekitar pintu kendaraan, sedangkan pada daerah bodybagian bawah persebaran tegangannya lebih sedikit dan lebihkecil nilainya. Hal ini dikarenakan pembebanan vertikal akibatberat dari kaca itu sendiri sebesar 41 kg dan berat dari aksesorisbody seperti peredam pada body kendaraan (firewall, plafon,trimboard, road noise, dan lain-lain) sebesar 20 kg serta akibatgaya gravitasi sebesar 9,81 m/s2.

76

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 30,034 Mpapada body yang berada pada bagian sekitar pintu kendaraan, halini dikarenakan faktor geometri dari desain body kendaraan itusendiri. Tegangan maksimal tersebut masih berada dibawahtegangan yield material aluminium EN AW-6060-T4 yangbesarnya 60 Mpa dan safety factornya sebesar 1,99, sehinggamenunjukkan bahwa desain body kendaraan dengan materialaluminium EN AW-6060-T4 memiliki kekuatan yang cukup baikdan minimum safety factor terletak pada rangka penguat bodybagian depan yaitu pada penumpu kaca bagian depan.

4.2.1.2 Body Komposit Carbon Fiber Kendaraan

(a)

(b)Gambar 4.2 Hasil simulasi tegangan pada body komposit carbonfiber akibat vetikal bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail

Tegangan Von-Mises.

77

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap bodykendaraan dengan material komposit carbon fiber yang memilikijumlah layer 2 serta tebal 2 mm diketahui bahwa persebarantegangan pada body berada pada hampir diseluruh daerah padabody bagian tengah dan belakang, sedangkan pada daerah bodybagian depan terdekat dengan bumper persebaran tegangannyalebih sedikit dan lebih kecil nilainya. Hal ini dikarenakanpembebanan akibat berat dari kaca sebesar 41 kg dan berat dariaksesoris yang menempel pada body seperti peredam pada bodykendaraan (firewall, plafon, trimboard, road noise, dan lain-lain)sebesar 20 kg serta akibat gaya gravitasi sebesar 9,81 m/s2.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 25,613 Mpapada body yang berada pada bagian bawah body dekat denganroda bagian belakang. Tegangan maksimal tersebut masih beradadibawah tegangan izin material dan juga lebih kecil biladibandingkan dengan tegangan maksimal pada body yang terbuatdari material aluminium EN AW-6060-T4 yang besarnya 30,034Mpa, sehingga menunjukkan bahwa desain body kendaraandengan material komposit carbon fiber memiliki kekuatan yangcukup baik dan lebih baik dari pada material aluminium EN AW-6060-T4.

4.2.1.3 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6 Kendaraan

(a)

78

(b) (c)Gambar 4.3 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat vetikal bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Safety

Factor, (c) Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalan 2 mm diketahui bahwa persebaran teganganpada chassis berada pada daerah chassis bagian depan dekatdengan arm roda bagian depan dan pada daerah chassis bagianbelakang penumpu motor, sedangkan pada daerah bumper bagiandepan dan belakang persebaran tegangannya cenderung lebihsedikit dan lebih kecil nilainya. Hal ini dikarenakan pembebananakibat berat dari body, motor, baterai, drivetrain, pengemudi danpenumpang yang total beratnya sebesar 622 kg dan juga akibatgaya gravitasi sebesar 9,81 m/s2.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 101,86 Mpapada chassis yang berada pada bagian belakang penumpu motor.Tegangan maksimal tersebut masih berada dibawah teganganyield material aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 250Mpa dan safety factornya sebesar 2,37, sehingga menunjukkanbahwa desain chassis kendaraan dengan material aluminium ENAW-6082-T6 memiliki kekuatan yang cukup baik dan desainchassis cukup aman serta minimum safety factor terletak padachassis bagian belakang yaitu pada penumpu motor.

79

4.2.1.4 Chassis Komposit Carbon Fiber Sandwich Kendaraan

(a)

(b)Gambar 4.4 Hasil simulasi tegangan pada chassis komposit

carbon fiber sandwich akibat vetikal bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap chassiskendaraan dengan material komposit carbon fiber sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa persebaran tegangan padachassis berada pada hampir diseluruh daerah chassis bagiandepan dekat dengan arm roda depan, bagian tengah dibawahruang kemudi dan kursi dan pada daerah chassis bagian belakang,sedangkan pada daerah bumper bagian depan dan belakangpersebaran tegangannya cenderung lebih sedikit dan lebih kecilnilainya. Hal ini dikarenakan pembebanan akibat berat dari body,motor, baterai, drivetrain, pengemudi dan penumpang yang totalberatnya sebesar 622 kg dan juga akibat gaya gravitasi sebesar9,81 m/s2.

80

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 39,508 Mpapada chassis yang berada pada bagian belakang, yaitu padasambungan antar chassis. Karena chassis menggunakan materialkomposit maka sambungan menggunakan lem epoxy. Teganganmaksimal tersebut masih berada dibawah tegangan izin materialdan juga lebih kecil bila dibandingkan dengan tegangan maksimalpada chassis yang terbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 101,86 Mpa, sehingga menunjukkan bahwadesain chassis kendaraan dengan material carbon fiber sandwichmemiliki kekuatan yang cukup baik dan desain chassis lebih baikbila dibandingkan dengan material aluminium EN AW-6082-T6.

4.2.2 Analisa Gambar Deformasi Total4.2.2.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan

Gambar 4.5 Hasil simulasi deformasi total pada body aluminiumEN AW-6060-T4 akibat vetikal bending.

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap bodykendaraan dengan material aluminium EN AW-6060-T4 yangmemiliki ketebalan 0,93 mm diketahui bahwa deformasi totalmaksimal yang terjadi sebesar 8,7911 mm pada daerah body atasyaitu pada penumpu kaca bagian belakang. Dikarenakan hasildeformasi yang masih cukup besar pada bagian tersebut, makauntuk mengurangi deformasi yang terjadi perlu diberi tambahanpenguat berupa rangka tubular chassis pada bagian body atas danpenumpu kaca belakang. Sedangkan didaerah lainnya yaitu padabody bagian depan yang dekat dengan bumper mengalami

81

deformasi yang sangat kecil sekali. Tetapi bila ditinjau denganteori beam deflection nilai deformasi yang diizinkan adalahkurang dari 17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam(body) sebesar 4065 mm dan defleksi indeks untuk chassiskendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibatpembebanan vertikal diketahui nilai deformasi total sebesar8,7911 mm. Nilai deformasi total tersebut tidak melebihi nilaideformasi yang diizinkan, jadi body masih aman dalam menerimapembebanan vertikal.


Gambar 4.6 Hasil simulasi deformasi total pada body KompositCarbon Fiber akibat vetikal bending.

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap bodykendaraan dengan material carbon fiber yang memiliki jumlahlayer 2 serta ketebalan 2 mm diketahui bahwa deformasi totalmaksimal yang terjadi sebesar 7,0728 mm pada daerah body atasyaitu pada penumpu kaca bagian belakang dan bagian depanserta hampir diseluruh bodi bagian tengah dan belakang.Dikarenakan hasil deformasi yang masih cukup besar pada bagiantersebut, maka untuk mengurangi deformasi yang terjadi perludiberi tambahan penguat berupa rangka tubular chassis padabagian body atas dan penumpu kaca belakang. Sedangkandidaerah lainnya yaitu pada body bagian depan yang dekat denganbumper mengalami deformasi yang sangat kecil sekali. Tetapi

82

bila ditinjau dengan teori beam deflection nilai deformasi yangdiizinkan adalah kurang dari 17,073 mm yang berasal dariperkalian panjang beam (body) sebesar 4065 mm dan defleksiindeks untuk chassis kendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasilsimulasi akibat pembebanan vertikal diketahui nilai deformasitotal sebesar 7,0728 mm. Nilai deformasi total tersebut tidakmelebihi nilai deformasi yang diizinkan serta nilai deformasi padamaterial carbon fiber lebih kecil bila dibandingkan denganmaterial aluminium EN AW-6060-T4, jadi body masih amandalam menerima pembebanan vertikal.


(a)

(b)Gambar 4.7 Hasil simulasi deformasi pada chassis aluminium EN

AW-6082-T6 akibat vetikal bending, (a) Deformasi total, (b)Detail deformasi total.

83

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalalan 2 mm diketahui bahwa deformasi totalmaksimal yang terjadi sebesar 2,6836 mm pada daerah chassisbagian bawah kursi pengemudi dan penumpang. Sedangkandidaerah lainnya yaitu pada chassis bagian depan dan belakangyang terdekat dengan fix support dalam hal ini arm roda depandan belakang mengalami deformasi yang sangat kecil sekali. Biladitinjau dengan teori beam deflection nilai deformasi yangdiizinkan adalah kurang dari 17,073 mm yang berasal dariperkalian panjang beam (chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksiindeks untuk chassis kendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasilsimulasi akibat pembebanan vertikal diketahui nilai deformasitotal sebesar 2,6836 mm. Nilai deformasi total tersebut masihjauh dari deformasi maksimum yang diizinkan tidak melebihinilai deformasi yang diizinkan, jadi chassis masih aman dalammenerima pembebanan vertikal.


(a)

84

(b)Gambar 4.8 Hasil simulasi deformasi pada chassis carbon fibersandwich akibat vetikal bending, (a) Deformasi total, (b) Detail

deformasi total.

Dari hasil simulasi vertikal bending terhadap chassiskendaraan dengan material carbon fiber sandwich yang memilikijumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbon wovenprepregs dan 1 layer aluminium honeycomb serta ketebalan total14 mm diketahui bahwa deformasi total maksimal yang terjadisebesar 2,399 mm pada daerah chassis bagian bawah kursipengemudi dan penumpang. Sedangkan didaerah lainnya yaitupada chassis bagian depan dan belakang yang terdekat dengan fixsupport dalam hal ini arm roda depan dan belakang mengalamideformasi yang sangat kecil sekali. Bila ditinjau dengan teoribeam deflection nilai deformasi yang diizinkan adalah kurang dari17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam (chassis)sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassis kendaraansebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibat pembebananvertikal diketahui nilai deformasi total sebesar 2,399 mm. Nilaideformasi total tersebut masih jauh dari deformasi maksimumyang diizinkan dan tidak melebihi nilai deformasi yang diizinkanserta nilai deformasi pada material carbon fiber sandwich lebihkecil bila dibandingkan dengan material aluminium EN AW-6082-T6, jadi chassis masih aman dalam menerima pembebananvertikal.

85

4.3 Analisa Gambar Hasil Simulasi Lateral Bending4.3.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises4.3.1.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan

(a)

(b) (c)Gambar 4.9 Hasil simulasi tegangan pada body aluminium akibat

lateral bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail TeganganVon-Mises, (c) Safety Factor.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap bodykendaraan dengan material aluminium EN AW-6060-T4 yangmemiliki ketebalan 0,93 mm diketahui bahwa persebarantegangan pada body berada pada daerah penumpu kaca dandaerah sekitar pintu kendaraan, sedangkan pada daerah bodybagian bawah persebaran tegangannya lebih sedikit dan lebihkecil nilainya. Hal ini dikarenakan pembebanan lateral akibatbelok diasumsikan kendaraan berbelok ke arah kanan dengankecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s dengan radius 5,6 m dan beratdari kaca itu sendiri sebesar 41 kg serta berat dari aksesoris bodyseperti peredam pada body kendaraan (firewall, plafon,trimboard, road noise, dan lain-lain) sebesar 20 kg.

86

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 34,13 Mpa padabody yang berada pada bagian sekitar pintu kendaraan bagiankanan, hal ini dikarenakan faktor geometri dari desain bodykendaraan itu sendiri. Tegangan maksimal tersebut masih beradadibawah tegangan yield material aluminium EN AW-6060-T4yang besarnya 60 Mpa dan safety factornya sebesar 1,758,sehingga menunjukkan bahwa desain body kendaraan denganmaterial aluminium EN AW-6060-T4 memiliki kekuatan yangcukup baik dan minimum safety factor terletak pada rangkapenguat body bagian depan yaitu pada penumpu kaca bagiandepan.


(a)

(b)Gambar 4.10 Hasil simulasi tegangan pada body komposit carbonfiber akibat lateral bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail

Tegangan Von-Mises.

87

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap bodykendaraan dengan material komposit carbon fiber yang memilikijumlah layer 2 serta tebal 2 mm diketahui bahwa persebarantegangan pada body berada pada hampir diseluruh daerah padabody bagian tengah dan belakang, sedangkan pada daerah bodybagian depan terdekat dengan bumper persebaran tegangannyalebih sedikit dan lebih kecil nilainya. Hal ini dikarenakanpembebanan lateral akibat belok diasumsikan kendaraan berbelokke arah kanan dengan kecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s denganradius 5,6 m dan berat dari kaca sebesar 41 kg serta berat dariaksesoris yang menempel pada body seperti peredam pada bodykendaraan (firewall, plafon, trimboard, road noise, dan lain-lain)sebesar 20 kg.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 22,967 Mpapada body yang berada pada bagian bawah body dekat denganroda bagian belakang. Tegangan maksimal tersebut masih beradadibawah tegangan izin material dan juga lebih kecil biladibandingkan dengan tegangan maksimal pada body yang terbuatdari material aluminium EN AW-6060-T4 yang besarnya 34,13Mpa, sehingga menunjukkan bahwa desain body kendaraandengan material komposit carbon fiber memiliki kekuatan yangcukup baik dan lebih baik dari pada material aluminium EN AW-6060-T4.


(a)

88

(b)Gambar 4.11 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminium

akibat lateral bending, (a)Tegangan Von-Mises, (b)DetailTegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalan 2 mm diketahui bahwa persebaran teganganpada chassis berada pada daerah chassis bagian depan dekatdengan arm roda bagian depan dan pada daerah chassis bagianbelakang penumpu motor, sedangkan pada daerah bumper bagiandepan dan belakang persebaran tegangannya cenderung lebihsedikit dan lebih kecil nilainya. Hal ini dikarenakan pembebananlateral akibat belok diasumsikan kendaraan berbelok ke arahkanan dengan kecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s dengan radius5,6 m serta berat dari body, motor, baterai, drivetrain, pengemudidan penumpang yang total beratnya sebesar 622 kg.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 109,87 Mpapada chassis yang berada pada bagian belakang penumpu motor.Tegangan maksimal tersebut masih berada dibawah teganganyield material aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 250Mpa dan safety factornya sebesar 2,275, sehingga menunjukkanbahwa desain chassis kendaraan dengan material aluminium ENAW-6082-T6 memiliki kekuatan yang cukup baik dan desainchassis cukup aman serta minimum safety factor terletak padachassis bagian belakang yaitu pada penumpu motor.

89


(a)


carbon fiber sandwich akibat lateral bending, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap chassiskendaraan dengan material komposit carbon fiber sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa persebaran tegangan padachassis berada pada hampir diseluruh daerah chassis bagiandepan dekat dengan arm roda depan, bagian tengah dibawahruang kemudi dan kursi dan pada daerah chassis bagian belakang,sedangkan pada daerah bumper bagian depan dan belakangpersebaran tegangannya cenderung lebih sedikit dan lebih kecilnilainya. Hal ini dikarenakan pembebanan lateral akibat belokdiasumsikan kendaraan berbelok ke arah kanan dengan kecepatan30 km/jam atau 8,33 m/s dengan radius 5,6 m berat dari body,motor, baterai, drivetrain, pengemudi dan penumpang yang totalberatnya sebesar 622 kg.

90

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 93,858 Mpapada chassis yang berada pada bagian belakang, yaitu padasambungan antar chassis. Karena chassis menggunakan materialkomposit maka sambungan menggunakan lem epoxy. Teganganmaksimal tersebut masih berada dibawah tegangan izin materialdan juga lebih kecil bila dibandingkan dengan tegangan maksimalpada chassis yang terbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 109,87 Mpa, sehingga menunjukkan bahwadesain chassis kendaraan dengan material carbon fiber sandwichmemiliki kekuatan yang cukup baik dan desain chassis lebih baikbila dibandingkan dengan material aluminium EN AW-6082-T6.

4.3.2 Analisa Gambar Deformasi Arah Horizontal4.3.2.1 Body Aluminium EN AW-6060-T4 Kendaraan

Gambar 4.13 Hasil simulasi deformasi arah horizontal pada bodyaluminium EN AW-6060-T4 akibat lateral bending.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap bodykendaraan dengan material aluminium EN AW-6060-T4 yangmemiliki ketebalan 0,93 mm diketahui bahwa deformasi arahhorizontal maksimal yang terjadi sebesar 1,391 mm pada daerahbody samping kiri yaitu daerah sekitar pintu sebelah kiri.Sedangkan didaerah lainnya hampir semua bagian bodymengalami deformasi arah horizontal yang nilai deformasinyakecil. Bila ditinjau dengan teori beam deflection nilai deformasiyang diizinkan adalah kurang dari 17,073 mm yang berasal dariperkalian panjang beam (body) sebesar 4065 mm, dan defleksi

91

indeks untuk chassis kendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasilsimulasi akibat pembebanan lateral diketahui nilai deformasi arahhorizontal sebesar 1,391 mm. Nilai deformasi arah horizontaltersebut tidak melebihi nilai deformasi yang diizinkan, jadi bodymasih aman dalam menerima pembebanan lateral.


Gambar 4.14 Hasil simulasi deformasi arah horizontal pada bodyKomposit Carbon Fiber akibat lateral bending.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap bodykendaraan dengan material Carbon Fiber yang memiliki jumlahlayer 2 serta ketebalan 2 mm diketahui bahwa deformasi arahhorizontal maksimal yang terjadi sebesar 3,1462 mm pada daerahbody samping kiri yaitu daerah sekitar pintu sebelah kiri sertahampir diseluruh body mengalami deformasi arah horizontal yangnilai deformasinya kecil. Bila ditinjau dengan teori beamdeflection nilai deformasi yang diizinkan adalah kurang dari17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam (body)sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassis kendaraansebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibat pembebananlateral diketahui nilai deformasi arah horizontal sebesar 3,1462mm. Nilai deformasi tersebut tidak melebihi nilai deformasi yangdiizinkan tetapi nilai deformasi pada material carbon fiber lebihbesar bila dibandingkan dengan material aluminium EN AW-6060-T4, jadi body masih aman dalam menerima pembebananlateral tetapi lebih lemah menerima beban lateral biladibandingkan body aluminium EN AW-6060-T4.

92


(a)

(b)Gambar 4.15 Hasil simulasi deformasi pada chassis aluminium

EN AW-6082-T6 akibat lateral bending, (a) Deformasihorizontal, (b) Detail deformasi horizontal.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalalan 2 mm diketahui bahwa deformasi totalmaksimal yang terjadi sebesar 2,1093 mm pada daerah chassisbagian bawah kursi pengemudi dan penumpang. Sedangkandidaerah lainnya yaitu pada chassis bagian depan dan belakangyang terdekat dengan fix support dalam hal ini arm roda depandan belakang mengalami deformasi yang sangat kecil sekali. Biladitinjau dengan teori beam deflection nilai deformasi yangdiizinkan adalah kurang dari 17,073 mm yang berasal dariperkalian panjang beam (chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksiindeks untuk chassis kendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasilsimulasi akibat pembebanan lateral diketahui nilai deformasi arahhorizontal sebesar 2,1093 mm. Nilai deformasi tersebut masihjauh dari deformasi maksimum yang diizinkan tidak melebihinilai deformasi yang diizinkan, jadi chassis masih aman dalammenerima pembebanan lateral.

93


(a)

(b)Gambar 4.16 Hasil simulasi deformasi pada chassis Carbon Fiber

Sandwich akibat lateral bending, (a) Deformasi horizontal, (b)Detail deformasi horizontal.

Dari hasil simulasi lateral bending terhadap chassiskendaraan dengan material Carbon Fiber Sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa deformasi total maksimalyang terjadi sebesar 6,2078 mm pada daerah chassis bagianbawah kursi pengemudi dan penumpang. Sedangkan didaerahlainnya yaitu pada chassis bagian depan dan belakang yangterdekat dengan fix support dalam hal ini arm roda depan danbelakang mengalami deformasi yang sangat kecil sekali. Biladitinjau dengan teori beam deflection nilai deformasi yangdiizinkan adalah kurang dari 17,073 mm yang berasal dariperkalian panjang beam (chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksiindeks untuk chassis kendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasil

94

simulasi akibat pembebanan lateral diketahui nilai deformasi totalsebesar 6,2078 mm. Nilai deformasi tersebut masih jauh darideformasi maksimum yang diizinkan dan tidak melebihi nilaideformasi yang diizinkan serta nilai deformasi pada materialcarbon fiber sandwich lebih besar bila dibandingkan denganmaterial aluminium EN AW-6082-T6, jadi chassis masih amandalam menerima pembebanan lateral tetapi lebih lemah menerimabeban lateral bila dibandingkan chassis aluminium EN AW-6082-T6.

4.4 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional Bending4.4.1 Analisa Gambar Hasil Simulasi TorsionalBending Depan4.4.1.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises4.4.1.1.1 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6 Kendaraan

(a)

(b) (c)Gambar 4.17 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminiumakibat torsional bending depan, (a) Tegangan Von-Mises, (b)

Safety Factor, (c) Detail Tegangan Von-Mises.

95

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalan 2 mm diketahui bahwa persebaran teganganpada chassis berada hampir diseluruh bagian chassis, tetapitegangan maksimum berada dibagian depan chassis yaitu padasambungan antara chassis depan dan bumper depan. Sedangkantegangan minimum berada pada chassis belakang yaitu pada fixsupport dan bumper belakang. Hal ini dikarenakan pembebanantorsional dengan gaya torsi depan sebesar 1371.5 N, nilai gaya inidihasilkan dari gaya reaksi pembebanan pada dasar teori bab IIyang nilainya 1055 yang kemudian dikalikan faktor dinamisbeban torsional sebesar 1,3.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 129,96 Mpapada chassis yang berada pada bagian depan yaitu sambunganantara chassis depan dan bumper depan. Tegangan maksimaltersebut masih berada dibawah tegangan yield material aluminiumEN AW-6082-T6 yang besarnya 250 Mpa dan safety factornyasebesar 1,9236, sehingga menunjukkan bahwa desain chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 memilikikekuatan yang cukup baik dan desain chassis cukup aman sertaminimum safety factor terletak pada chassis bagian depan.

4.4.1.1.2 Chassis Komposit Carbon Fiber Sandwich Kendaraan

(a)

96


carbon fiber sandwich akibat torsional bending depan, (a)Tegangan Von-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material komposit carbon fiber sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa persebaran tegangan padachassis berada hampir diseluruh bagian chassis, tetapi teganganmaksimum berada dibagian depan chassis yaitu pada sambunganantar chassis depan dibawah ruang kemudi dan penumpang.Sedangkan tegangan minimum berada pada chassis belakangyaitu pada fix support dan bumper belakang. Hal ini dikarenakanpembebanan torsional dengan gaya torsi depan sebesar 1371.5 N,nilai gaya ini dihasilkan dari gaya reaksi pembebanan pada dasarteori bab II yang nilainya 1055 yang kemudian dikalikan faktordinamis beban torsional sebesar 1,3.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 139,3 Mpa padachassis yang berada pada bagian depan, yaitu pada sambunganantar chassis. Karena chassis menggunakan material kompositmaka sambungan menggunakan lem epoxy. Nilai teganganmaksimal tersebut masih berada dibawah tegangan izin materialtetapi lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan maksimalpada chassis yang terbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 129,96 Mpa, hal ini dikarenakan faktor desain

97

geometri dari chassis itu sendiri. Sehingga dapat disimpulkanbahwa desain chassis kendaraan dengan material carbon fibersandwich memiliki kekuatan yang cukup baik dan desain chassiskurang baik bila dibandingkan dengan material aluminium ENAW-6082-T6 dalam menerima beban torsional.

4.4.1.2 Analisa Gambar Deformasi Arah Vertikal4.4.1.2.1 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6 Kendaraan

Gambar 4.19 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisaluminium EN AW-6082-T6 akibat torsional bending depan.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalalan 2 mm diketahui bahwa deformasi vertikalyang terjadi sebesar 25,171 mm dan -25,011 mm pada daerahchassis bagian depan dan bumper depan. Sedangkan didaerahlainnya yaitu pada chassis bagian tengah dan belakang nilaideformasinya lebih kecil. Bila ditinjau dengan teori beamdeflection nilai deformasi yang diizinkan adalah kurang dari17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam (chassis)sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassis kendaraansebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibat pembebanantorsional diketahui nilai deformasi arah vertikal sebesar 25,171mm dan -25,011 mm. Nilai deformasi tersebut lebih darideformasi maksimum yang diizinkan, jadi chassis kurang amandalam menerima pembebanan torsional depan.

98


Gambar 4.20 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassiscarbon fiber sandwich akibat torsional bending depan.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material Carbon Fiber Sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa deformasi vertikal yangterjadi sebesar 13,171 mm dan -24,659 mm pada daerah chassisbagian depan dan bumper depan. Sedangkan didaerah lainnyayaitu pada chassis bagian belakang nilai deformasinya lebihkecil. Bila ditinjau dengan teori beam deflection nilai deformasiyang diizinkan adalah kurang dari 17,073 mm yang berasal dariperkalian panjang beam (chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksiindeks untuk chassis kendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasilsimulasi akibat pembebanan torsional diketahui nilai deformasiarah vertikal sebesar 13,171 mm dan -24,659 mm. Nilaideformasi tersebut lebih dari deformasi maksimum yangdiizinkan, jadi chassis kurang aman dalam menerimapembebanan torsional depan tetapi lebih baik dalam menerimabeban torsional bila dibandingkan chassis aluminium EN AW-6082-T6 yang nilai deformasinya 25,171 mm dan -25,011 mm.

99

4.4.2 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional BendingBelakang

4.4.2.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises4.4.2.1.1 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6 Kendaraan

(a)

(b) (c)Gambar 4.21 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminium

akibat torsional bending belakang, (a)Tegangan Von-Mises, (b)Safety Factor, (c)Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalan 2 mm diketahui bahwa persebaran teganganpada chassis berada hampir diseluruh bagian chassis, tetapitegangan maksimum berada dibagian depan chassis yaitu padachassis depan dibawah ruang kemudi dan penumpang. Sedangkantegangan minimum berada pada chassis depan terdekat denganbumper depan dan fix support depan. Hal ini dikarenakanpembebanan torsional dengan gaya torsi belakang sebesar 1816.1N, nilai gaya ini dihasilkan dari gaya reaksi pembebanan padadasar teori bab II yang nilainya 1397 yang kemudian dikalikanfaktor dinamis beban torsional sebesar 1,3.

100

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 135,82 Mpapada chassis yang berada pada bagian depan yaitu sambunganantara chassis depan dan bumper depan. Tegangan maksimaltersebut masih berada dibawah tegangan yield material aluminiumEN AW-6082-T6 yang besarnya 250 Mpa dan safety factornyasebesar 1,8407, sehingga menunjukkan bahwa desain chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 memilikikekuatan yang cukup baik dan desain chassis cukup aman sertaminimum safety factor terletak pada chassis bagian depandibawah ruang kemudi dan penumpang.


(a)

(b)Gambar 4.22 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositcarbon fiber sandwich akibat torsional bending belakang, (a)

Tegangan Von-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises.

101

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material komposit carbon fiber sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa persebaran tegangan padachassis berada pada bagian belakang chassis dan teganganmaksimum berada dibagian belakang chassis yaitu padasambungan antar chassis belakang dan bumper belakang.Sedangkan tegangan minimum berada pada chassis bagian depandan pada fix support serta bumper depan. Hal ini dikarenakanpembebanan torsional dengan gaya torsi depan sebesar 1816.1 N,nilai gaya ini dihasilkan dari gaya reaksi pembebanan pada dasarteori bab II yang nilainya 1055 yang kemudian dikalikan faktordinamis beban torsional sebesar 1,3.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 135,22 Mpapada chassis yang berada pada bagian belakang, yaitu padasambungan antara chassis dan bumper belakang. Karena chassismenggunakan material komposit maka sambungan menggunakanlem epoxy. Nilai tegangan maksimal tersebut masih beradadibawah tegangan izin material dan hampir sama biladibandingkan dengan tegangan maksimal pada chassis yangterbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya135,82 Mpa, hanya selisih nilai dibelakng koma. Sehingga dapatdisimpulkan bahwa desain chassis kendaraan dengan materialcarbon fiber sandwich memiliki kekuatan yang cukup baik dandesain chassis memiliki kekuatan yang sama bila dibandingkandengan material aluminium EN AW-6082-T6 dalam menerimabeban torsional.

102


Gambar 4.23 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisaluminium EN AW-6082-T6 akibat torsional bending belakang.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalalan 2 mm diketahui bahwa deformasi vertikalyang terjadi sebesar 9,953 mm dan -9,9493 mm pada daerahchassis bagian belakang dan bumper belakang. Sedangkandidaerah lainnya yaitu pada chassis bagian tengah dan belakangnilai deformasinya lebih kecil. Bila ditinjau dengan teori beamdeflection nilai deformasi yang diizinkan adalah kurang dari17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam (chassis)sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassis kendaraansebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibat pembebanantorsional diketahui nilai deformasi arah vertikal sebesar 9,953 mmdan -9,9493 mm. Nilai deformasi tersebut masih dibawahdeformasi maksimum yang diizinkan, jadi chassis cukup amandalam menerima pembebanan torsional belakang.

103


(a) (b)Gambar 4.24 Hasil simulasi deformasi pada chassis carbon fiber

sandwich akibat torsional bending belakang, (a) Deformasivertikal, (b) Detail deformasi vertikal.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material carbon fiber sandwich yang memilikijumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbon wovenprepregs dan 1 layer aluminium honeycomb serta ketebalan total14 mm diketahui bahwa deformasi vertikal yang terjadi sebesar5,8988 mm dan -5,6106 mm pada daerah chassis bagian belakangyaitu pada sambungan antara chassis bagian belakang dan chassisbagian tengah. Sedangkan didaerah lainnya yaitu pada chassisbagian depan nilai deformasinya lebih kecil. Bila ditinjau denganteori beam deflection nilai deformasi yang diizinkan adalahkurang dari 17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam(chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassiskendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibatpembebanan torsional diketahui nilai deformasi arah vertikalsebesar 5,8988 mm dan -5,6106 mm. Nilai deformasi tersebutmasih dibawah deformasi maksimum yang diizinkan, jadi chassiscukup aman dalam menerima pembebanan torsional belakang danjuga lebih baik dalam menerima beban torsional biladibandingkan chassis aluminium EN AW-6082-T6 yang nilaideformasinya 9,953 mm dan -9,9493 mm.

104

4.4.3 Analisa Gambar Hasil Simulasi Torsional BendingDepan dan Belakang

4.4.3.1 Analisa Gambar Tegangan Von-Mises4.4.3.1.1 Chassis Aluminium EN AW-6082-T6 Kendaraan

(a) (b)Gambar 4.25 Hasil simulasi tegangan pada chassis aluminium

akibat torsional bending depan dan belakang, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalan 2 mm diketahui bahwa persebaran teganganpada chassis berada hampir diseluruh bagian chassis, tetapitegangan maksimum berada dibagian depan chassis yaitu padachassis depan penumpu drivetrain. Sedangkan teganganminimum berada pada chassis terdekat dengan fix support depankanan dan belakang kiri. Hal ini dikarenakan pembebanantorsional dengan gaya torsi sebesar 1371.5N untuk depan dan1816.1N untuk torsi belakang, nilai gaya ini dihasilkan dari gayareaksi pembebanan pada dasar teori bab II yang nilainya 1055 Ndan 1397 N yang kemudian dikalikan faktor dinamis bebantorsional sebesar 1,3.

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 161,35 Mpapada chassis yang berada pada bagian depan yaitu sambunganantara chassis depan dan chassis penumpu drivetrain. Teganganmaksimal tersebut masih berada dibawah tegangan yield materialaluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 250 Mpa dan safetyfactornya sebesar 1,549, sehingga menunjukkan bahwa desain

105

chassis kendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6memiliki kekuatan yang cukup baik dan desain chassis cukupaman serta minimum safety factor terletak pada chassis bagiandepan penumpu drivetrain.


(a) (b)Gambar 4.26 Hasil simulasi tegangan pada chassis kompositcarbon fiber sandwich akibat torsional bending depan dan

belakang, (a) Tegangan Von-Mises, (b) Detail Tegangan Von-Mises.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material komposit carbon fiber sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa persebaran tegangan padachassis berada pada bagian depan dan belakang chassis dantegangan maksimum berada dibagian belakang chassis yaitu padasambungan antar chassis belakang dan bumper belakang.Sedangkan tegangan minimum berada pada chassis terdekatdengan fix support depan kanan dan belakang kiri. Hal inidikarenakan pembebanan torsional dengan gaya torsi depansebesar 1371.5 N untuk depan dan 1816.1 N untuk torsi belakang,nilai gaya ini dihasilkan dari gaya reaksi pembebanan pada dasarteori bab II yang nilainya 1055 N dan 1397 N yang kemudiandikalikan faktor dinamis beban torsional sebesar 1,3.

106

Tegangan maksimal yang terjadi sebesar 117,71 Mpapada chassis yang berada pada bagian belakang, yaitu padasambungan antara chassis dan bumper belakang. Karena chassismenggunakan material komposit maka sambungan menggunakanlem epoxy. Nilai tegangan maksimal tersebut masih beradadibawah tegangan izin material dan lebih kecil bila dibandingkandengan tegangan maksimal pada chassis yang terbuat darimaterial aluminium EN AW-6082-T6 yang besarnya 161,35 Mpa.Sehingga dapat disimpulkan bahwa desain chassis kendaraandengan material carbon fiber sandwich memiliki kekuatan yangcukup baik dan desain chassis memiliki kekuatan yang lebih baikbila dibandingkan dengan material aluminium EN AW-6082-T6dalam menerima beban torsional depan dan belakang.


Gambar 4.27 Hasil simulasi deformasi arah vertikal pada chassisaluminium EN AW-6082-T6 akibat torsional bending depan dan

belakang.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material aluminium EN AW-6082-T6 yangmemiliki ketebalalan 2 mm diketahui bahwa deformasi vertikalyang terjadi sebesar 7,6706 mm dan -4,899 mm pada daerahchassis bagian depan dan belakang. Sedangkan didaerah lainnyayaitu pada chassis bagian fix support depan kanan dan belakang

107

kiri nilai deformasinya relatif lebih kecil. Bila ditinjau denganteori beam deflection nilai deformasi yang diizinkan adalahkurang dari 17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam(chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassiskendaraan sebesar 0.0042. Berdasarkan hasil simulasi akibatpembebanan torsional diketahui nilai deformasi arah vertikalsebesar 7,6706 mm dan -4,899 mm. Nilai deformasi tersebutmasih dibawah deformasi maksimum yang diizinkan, jadi chassiscukup aman dalam menerima pembebanan torsional depan danbelakang.


(a) (b)Gambar 4.28 Hasil simulasi deformasi pada chassis Carbon Fiber

Sandwich akibat torsional bending depan dan belakang, (a)Deformasi vertikal, (b) Detail deformasi vertikal.

Dari hasil simulasi torsional bending terhadap chassiskendaraan dengan material Carbon Fiber Sandwich yangmemiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layer epoxy carbonwoven prepregs dan 1 layer aluminium honeycomb sertaketebalan total 14 mm diketahui bahwa deformasi vertikal yangterjadi sebesar 5,8988 mm dan -2,5014 mm pada daerah chassisbagian belakang yaitu pada sambungan antara chassis bagianbelakang dan chassis bagian tengah. Sedangkan didaerah lainnyayaitu pada chassis bagian fix support depan kanan dan belakangkiri nilai deformasinya relatif lebih kecil. Bila ditinjau denganteori beam deflection nilai deformasi yang diizinkan adalah

108

kurang dari 17,073 mm yang berasal dari perkalian panjang beam(chassis) sebesar 4065 mm, dan defleksi indeks untuk chassiskendaraan sebesar 0,0042. Berdasarkan hasil simulasi akibatpembebanan torsional diketahui nilai deformasi arah vertikalsebesar 5,8988 mm dan -2,5014 mm. Nilai deformasi tersebutmasih dibawah deformasi maksimum yang diizinkan, jadi chassiscukup aman dalam menerima pembebanan torsional depan danbelakang dan juga lebih baik dalam menerima beban torsionalbila dibandingkan chassis aluminium EN AW-6082-T6 yang nilaideformasinya 7,6706 mm dan -4,899 mm.

4.5 Analisa Kriteria Aman Pada Material Komposit

(a) (b)Gambar 4.29 Hasil simulasi shear stress pada material CarbonFiber Sandwich akibat vertikal bending, (a) Chassis, (b) Body.

Selain menggunakan Von-Mises equivalent stress untukmembandingkan kekuatan material komposit dan aluminium, jugadicari shear stress dan failure criteria untuk material komposit.Hal ini dikarenakan komposit yang digunakan berupa layer-layerdari skin(carbon fiber) dan core(aluminium honeycomb).Didapatkan nilai shear stress pada chassis 19,378 Mpa dan padabody 12,303 Mpa, tegangan akibat shear stress tersebut masihdibawah batas aman dari material komposit yang digunakansehingga desain chassis dan body aman untuk digunakan. Untukfailure criteria yang digunakan dalam simulasi ini adalahberdasarkan teori Tsai-Hill, karena Tsai-Hill merupakan

109

modifikasi dari teori kegagalan sebelumnya yaitu teori kegagalanVon-Mises. Berikut hasil simulasi Tsai-Hill failure criteria:

(a) (b)Gambar 4.30 Hasil simulasi Tsai-Hill failure criteria pada

material Carbon Fiber Sandwich akibat vertikal bending, (a)Chassis, (b) Body.

Kriterian aman untuk Tsai-Hill failure criteria adalahkurang dari 1. Dari simulasi Tsai-Hill failure criteria yang telahdilakukan, pada chassis didapatkan nilai 0,625 dan pada body0,75. Sehingga dapat disimpulkan bahwa desain chassis dan bodyyang terbuat dari material komposit carbon fiber sandwich layakatau aman untuk digunakan.

110

4.6 Analisa Data Grafik4.6.1 Analisa Berat Body dan Chassis Kendaraan

Gambar 4.31 Grafik perbandingan berat body dan chassiskendaraan yang terbuat dari material EN AW-6060-T4/EN AW-

6082-T6 dan carbon fiber sandwich.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa chassis dan bodyyang terbuat dari material aluminium EN AW-6060-T4/EN AW-6082-T6 memiliki berat sebesar 193,99 kg yang terdiri dari beratbody aluminium EN AW-6060-T4 sebesar 45,46 kg, aksesorisyang menempel pada body seperti peredam (firewall, plafon,trimboard dan road noise) sebesar 20 kg, kabin (dashboard,doortrim dan kursi) sebesar 50 kg dan berat kaca sebesar 40.345kg. Sedangkan chassis dan body yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich memiliki berat sebesar 193,99 kgyang terdiri dari berat body carbon fiber sandwich sebesar 39,38kg, aksesoris yang menempel pada body seperti peredam(firewall, plafon, trimboard dan road noise) sebesar 20 kg, kabin(dashboard, doortrim dan kursi) sebesar 50 kg dan berat kacasebesar 40.345 kg. Pada chassis dan body yang terbuat dari

155.81 149.71

38.19 35.12

0

50

100

150

200

250

EN AW-6060-T4/ENAW-6082-T6

Fiber CarbonSandwich

Bera

t (Kg

)

Material

Berat Total Body dan Chassis

chassis

Body &Aksesoris

193.99 184.83

111

material aluminium EN AW-6060-T4/EN AW-6082-T6 memilikitebal 2 mm. Sedangkan pada body yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich memiliki tebal 2 mm dan 2 layerepoxy carbon woven prepregs serta pada pada chassis yangterbuat dari material komposit carbon fiber sandwich memilikitebal 14 mm yang terdiri 4 layer epoxy carbon woven prepregsdan 1 layer aluminium honeycomb.

4.6.2 Analisa Data Hasil Simulasi Vertikal Bending

Gambar 4.32 Grafik perbandingan simulasi vertikal bending padabody kendaraan yang terbuat dari material EN AW-6060-T4 dan

Carbon fiber Sandwich.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasivertikal bending pada body yang terbuat dari material aluminiumEN AW-6060-T4 yang memiliki ketebalalan 2 mm diketahuideformasi sebesar 8,7911 mm, tegangan yang dihasilkan 30,034Mpa dan berat body tanpa aksesoris mencapai 45,46 kg.Sedangkan pada body yang terbuat dari material komposit carbonfiber sandwich yang memiliki jumlah layer 2 dan terdiri dari 2layer epoxy carbon woven prepregs ketebalan total 2 mmdiketahui deformasi sebesar 7,1361 mm, tegangan yang

8.7911 7.1361

30.03425.613

45.4639.38

0

10

20

30

40

50

EN AW-6060-T4 Fiber carbon

Hasil Simulasi Vetikal Bending Pada Body

Deformasi Total (mm) Tegangan (Mpa) Berat (Kg)

112

dihasilkan 25,613 Mpa dan berat body tanpa aksesoris mencapai39,38 kg. Sehingga dapat disimpulkan bahwa desain bodykendaraan yang terbuat dari material komposit carbon fibersandwich lebih baik dalam menerima pembebanan vertikal akibatberat dari kaca itu sendiri sebesar 41 kg dan berat dari aksesorisbody seperti peredam pada body kendaraan (firewall, plafon,trimboard, road noise, dan lain-lain) sebesar 20 kg serta akibatgaya gravitasi sebesar 9,81 m/s2.

Gambar 4.33 Grafik perbandingan simulasi vertikal bending padachassis kendaraan yang terbuat dari material EN AW-6082-T6

dan carbon fiber sandwich.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasivertikal bending pada chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 yang memiliki ketebalan 2 mmdiketahui deformasi sebesar 2,6836 mm, tegangan yangdihasilkan 101,86 Mpa dan berat chassis mencapai 38,194 kg.Sedangkan pada chassis yang terbuat dari material kompositcarbon fiber sandwich yang memiliki jumlah layer 5 dan terdiridari 4 layer epoxy carbon woven prepregs dan 1 layer aluminiumhoneycomb serta ketebalan total 14 mm diketahui deformasisebesar 2,399 mm, tegangan yang dihasilkan 39,508 Mpa danberat chassis mencapai 35,117 kg. Sehingga dapat disimpulkan

2.6836 2.399

101.86

39.50838.194 35.117

020406080

100120

EN AW-6082-T6 Fiber Carbon sandwich

Hasil Simulasi Vertikal Bending Pada Chassis

Deformasi Total (mm) Tegangan (Mpa) Berat (Kg)

113

bahwa desain chassis kendaraan yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich lebih baik dalam menerimapembebanan vertikal akibat berat dari body, motor, baterai,drivetrain, pengemudi dan penumpang yang total beratnyasebesar 622 kg dan juga akibat gaya gravitasi sebesar 9,81 m/s2.

4.6.3 Analisa Data Hasil Simulasi Lateral Bending

Gambar 4.34 Grafik perbandingan simulasi lateral bending padabody kendaraan yang terbuat dari material EN AW-6060-T4 dan

carbon fiber.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasilateral bending pada body yang terbuat dari material aluminiumEN AW-6060-T4 yang memiliki ketebalalan 2 mm diketahuideformasi sebesar 1,391 mm, tegangan yang dihasilkan 34,13Mpa dan berat body tanpa aksesoris mencapai 45,46 kg.Sedangkan pada body yang terbuat dari material komposit carbonfiber yang memiliki jumlah layer 2 dan terdiri dari 2 layer epoxycarbon woven prepregs ketebalan total 2 mm diketahui deformasisebesar 3,1462 mm, tegangan yang dihasilkan 22,967 Mpa danberat body tanpa aksesoris mencapai 39,38 kg. Sehingga dapat

1.391 3.1462

34.13

22.967

45.4639.38

0

10

20

30

40

50

EN AW-6060-T4 Fiber carbon

Hasil Simulasi Lateral Bending Pada Body

Deformasi Horizontal (mm) Tegangan (Mpa) Berat (Kg)

114

disimpulkan bahwa desain body kendaraan yang terbuat darimaterial komposit carbon fiber kurang baik dalam menerimapembebanan lateral akibat belok diasumsikan kendaraan berbelokke arah kanan dengan kecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s denganradius 5,6 m dan berat dari kaca itu sendiri sebesar 41 kg sertaberat dari aksesoris body seperti peredam pada body kendaraan(firewall, plafon, trimboard, road noise, dan lain-lain) sebesar 20kg yang nilai deformasinya lebih besar dari pada body yangterbuat dari material aluminium EN AW-6060-T4 tetapi nilaitegangannya lebih rendah.

Gambar 4.35 Grafik perbandingan simulasi lateral bending padachassis kendaraan yang terbuat dari material EN AW-6082-T6

dan carbon fiber sandwich.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasilateral bending pada chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 yang memiliki ketebalan 2 mmdiketahui deformasi sebesar 2,1093 mm, tegangan yangdihasilkan 109,87 Mpa dan berat chassis mencapai 38,194 kg.Sedangkan pada chassis yang terbuat dari material kompositcarbon fiber sandwich yang memiliki jumlah layer 5 dan terdiridari 4 layer epoxy carbon woven prepregs dan 1 layer aluminium

2.1093 6.2078

109.8793.858

38.194 35.117

020406080

100120

EN AW-6082-T6 Fiber Carbon sandwich

Hasil Simulasi Lateral Bending Pada Chassis

Deformasi Horizontal (mm) Tegangan (Mpa) Berat (Kg)

115

honeycomb serta ketebalan total 14 mm diketahui deformasisebesar 6,2078 mm, tegangan yang dihasilkan 93,858 Mpa danberat chassis mencapai 35,117 kg. Sehingga dapat disimpulkanbahwa desain chassis kendaraan yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich kurang baik dalam menerimapembebanan lateral akibat belok diasumsikan kendaraan berbelokke arah kanan dengan kecepatan 30 km/jam atau 8,33 m/s denganradius 5,6 m serta berat dari body, motor, baterai, drivetrain,pengemudi dan penumpang yang total beratnya sebesar 622 kgyang nilai deformasinya lebih besar dari pada body yang terbuatdari material aluminium EN AW-6082-T6 tetapi nilaitegangannya lebih rendah.

4.6.4 Analisa Data Hasil Simulasi Torsional Bending

Gambar 4.36 Grafik perbandingan simulasi torsional bendingdepan pada chassis kendaraan yang terbuat dari material EN AW-

6082-T6 dan carbon fiber sandwich.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasitorsional bending pada chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 yang memiliki ketebalan 2 mmdiketahui deformasi sebesar 25,645 mm, tegangan yang

25.645 24.681

129.96 139.3

38.194 35.117

0

50

100

150

EN AW-6082T6 Sandwich(5 layer)

Hasil Simulasi Torsional Bending Depan Pada Chassis

Deformasi Total (mm) Tegangan von mises (Mpa) berat (kg)

116

dihasilkan 129,96 Mpa dan berat chassis mencapai 38,194 kg.Sedangkan pada chassis yang terbuat dari material kompositcarbon fiber sandwich yang memiliki jumlah layer 5 dan terdiridari 4 layer epoxy carbon woven prepregs dan 1 layer aluminiumhoneycomb serta ketebalan total 14 mm diketahui deformasisebesar 24,681 mm, tegangan yang dihasilkan 139,3 Mpa danberat chassis mencapai 35,117 kg. Sehingga dapat disimpulkanbahwa desain chassis kendaraan yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich lebih baik dalam menerimapembebanan torsional dengan gaya torsi depan sebesar 1371.5 N,nilai gaya ini dihasilkan dari gaya reaksi pembebanan pada dasarteori bab II yang nilainya 1055 yang kemudian dikalikan faktordinamis beban torsional sebesar 1,3. Nilai deformasi pada chassisyang terbuat dari material komposit carbon fiber sandwich lebihkecil dari pada chassis yang terbuat dari material aluminium ENAW-6082-T6 tetapi nilai tegangannya lebih tinggi.

Gambar 4.37 Grafik perbandingan simulasi torsional bendingbelakang pada chassis kendaraan yang terbuat dari material EN

AW-6082-T6 dan carbon fiber sandwich.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasitorsional bending pada chassis yang terbuat dari material

10.166 6.1309

135.82 135.22

38.194 35.117

0

50

100

150


Hasil Simulasi Torsional Bending Belakang Pada Chassis


117

aluminium EN AW-6082-T6 yang memiliki ketebalan 2 mmdiketahui deformasi sebesar 10,166 mm, tegangan yangdihasilkan 135,82 Mpa dan berat chassis mencapai 38,194 kg.Sedangkan pada chassis yang terbuat dari material kompositcarbon fiber sandwich yang memiliki jumlah layer 5 dan terdiridari 4 layer epoxy carbon woven prepregs dan 1 layer aluminiumhoneycomb serta ketebalan total 14 mm diketahui deformasisebesar 6,1309 mm, tegangan yang dihasilkan 135,22 Mpa danberat chassis mencapai 35,117 kg. Sehingga dapat disimpulkanbahwa desain chassis kendaraan yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich lebih baik dalam menerimapembebanan torsional dengan gaya torsi belakang sebesar 1816.1N, nilai gaya ini dihasilkan dari gaya reaksi pembebanan padadasar teori bab II yang nilainya 1397 yang kemudian dikalikanfaktor dinamis beban torsional sebesar 1,3. Nilai deformasi padachassis yang terbuat dari material komposit carbon fibersandwich lebih kecil dari pada chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 sedangkan nilai tegangannya hampirsama hanya berbeda angka dibelakang koma.

Gambar 4.38 Grafik perbandingan simulasi torsional bendingdepan dan belakang pada chassis kendaraan yang terbuat dari

material EN AW-6082-T6 dan carbon fiber sandwich.

7.6706 6.1309

161.35

117.71

38.194 35.117

0

50

100

150

200


Hasil Simulasi Torsional Bending Depan dan Belakang PadaChassis


118

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa hasil simulasitorsional bending pada chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 yang memiliki ketebalan 2 mmdiketahui deformasi sebesar 7,6706 mm, tegangan yangdihasilkan 161,35 Mpa dan berat chassis mencapai 38,194 kg.Sedangkan pada chassis yang terbuat dari material kompositcarbon fiber sandwich yang memiliki jumlah layer 5 dan terdiridari 4 layer epoxy carbon woven prepregs dan 1 layer aluminiumhoneycomb serta ketebalan total 14 mm diketahui deformasisebesar 6,1309 mm, tegangan yang dihasilkan 117,71 Mpa danberat chassis mencapai 35,117 kg. Sehingga dapat disimpulkanbahwa desain chassis kendaraan yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber sandwich lebih baik dalam menerimapembebanan torsional dengan gaya torsi sebesar 1371.5 N untuktorsi depan dan 1816.1 N untuk torsi belakang, nilai gaya inidihasilkan dari gaya reaksi pembebanan pada dasar teori bab IIyang nilainya 1055 N dan 1397 N yang kemudian dikalikanfaktor dinamis beban torsional sebesar 1,3. Nilai deformasi padachassis yang terbuat dari material komposit carbon fibersandwich lebih kecil dari pada chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 dan juga nilai tegangannya lebihrendah.

119

Gambar 4.39 Grafik perbandingan torsi pada pembebanan depanchassis kendaraan yang terbuat dari material EN AW-6082-T6

dan carbon fiber sandwich dengan sudut puntir.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar nilaitorsi maka sudut puntirnya juga akan mengalami peningkatan.Dari grafik diatas diketahui bahwa pada chassis kendaraan yangterbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 dengan torsisebesar 2187,54 Nm akan menghasilkan defleksi sudut sebesar0,90º. Sedangkan pada chassis kendaraan yang terbuat darimaterial komposit carbon fiber sandwich dengan torsi yang samasebesar 2187,54 Nm akan menghasilkan defleksi sudut sebesar0,59º. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dengan bertambahnyanilai torsi maka akan bertambah besar pula defleksi sudut puntiryang terjadi dan pada pada material komposit carbon fibersandwich dengan torsi yang sama menghasilkan defleksi sudutpuntir yang lebih kecil bila dibandingkan material aluminium ENAW-6082-T6, jadi dengan menggunakan material kompositcarbon fiber sandwich desain chassis akan lebih kaku dalammenerima beban torsional depan.

0.180.36

0.540.72

0.90

0.120.24

0.350.47

0.59

0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00

Sudu

t Pun

tir (d

eg)

Torsi (Nm)

Torsi Vs Sudut Puntir Pada Pembebanan Depan

EN AW-6082-T6 Fiber Carbon Sandwich

120

Gambar 4.40 Grafik perbandingan torsi pada pembebananbelakang chassis kendaraan yang terbuat dari material EN AW-

6082-T6 dan carbon fiber sandwich dengan sudut puntir.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar nilai torsimaka sudut puntirnya juga akan mengalami peningkatan. Darigrafik diatas diketahui bahwa pada chassis kendaraan yangterbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 dengan torsisebesar 2896,68 Nm akan menghasilkan defleksi sudut sebesar1,12º. Sedangkan pada chassis kendaraan yang terbuat darimaterial komposit carbon fiber sandwich dengan torsi yang samasebesar 2896,68 Nm akan menghasilkan defleksi sudut sebesar0,76º. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dengan bertambahnyanilai torsi maka akan bertambah besar pula defleksi sudut puntiryang terjadi dan pada pada material komposit carbon fibersandwich dengan torsi yang sama menghasilkan defleksi sudutpuntir yang lebih kecil bila dibandingkan material aluminium ENAW-6082-T6, jadi dengan menggunakan material kompositcarbon fiber sandwich desain chassis akan lebih kaku dalammenerima beban torsional belakang.

0.220.45

0.670.90

1.12

0.150.30

0.450.61

0.76

0.000.200.400.600.801.001.20

Sudu

t Pun

tir (d

eg)

Torsi (Nm)

Torsi Vs Sudut Puntir Pada Pembebanan Belakang


121

Gambar 4.41 Grafik perbandingan torsi pada pembebanan depandan belakang chassis kendaraan yang terbuat dari material ENAW-6082-T6 dan carbon fiber sandwich dengan sudut puntir.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar nilai torsimaka sudut puntirnya juga akan mengalami peningkatan. Darigrafik diatas diketahui bahwa pada chassis kendaraan yangterbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 dengan torsisebesar 4859,32 Nm akan menghasilkan defleksi sudut sebesar0,20º. Sedangkan pada chassis kendaraan yang terbuat darimaterial komposit carbon fiber sandwich dengan torsi yang samasebesar 4859,32 Nm akan menghasilkan defleksi sudut sebesar0,10º. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dengan bertambahnyanilai torsi maka akan bertambah besar pula defleksi sudut puntiryang terjadi dan pada pada material komposit carbon fibersandwich dengan torsi yang sama menghasilkan defleksi sudutpuntir yang lebih kecil bila dibandingkan material aluminium ENAW-6082-T6, jadi dengan menggunakan material kompositcarbon fiber sandwich desain chassis akan lebih kaku dalammenerima beban torsional depan dan belakang.

0.040.08

0.120.16

0.20

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

0.000.050.100.150.200.25

Sudu

t Pun

tir (d

eg)

Torsi (Nm)

Torsi Vs Sudut Puntir Pada Pembebanan Depandan Belakang


122

Gambar 4.42 Grafik perbandingan torsional stiffness padapembebanan depan, pembebanan belakang, pembebanan depan

dan belakang terhadap chassis kendaraan yang terbuat darimaterial EN AW-6082-T6 dan carbon fiber sandwich

Dari grafik diatas dapat dilihat pada chassis kendaraanyang terbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 denganpembebanan depan menghasilkan torsional stiffness sebesar2429,09 Nm/deg, pembebanan belakang menghasilkan torsionalstiffness sebesar 2585,37 Nm/deg dan dengan pembebanan depandan belakang menghasilkan torsional stiffness sebesar 23717,89Nm/deg. Sedangkan pada chassis kendaraan yang terbuat darimaterial komposit carbon fiber sandwich dengan pembebanandepan menghasilkan torsional stiffness sebesar 3723,98 Nm/deg,pembebanan belakang menghasilkan torsional stiffness sebesar3822,38 Nm/deg dan dengan pembebanan depan dan belakangmenghasilkan torsional stiffness sebesar 50877,61 Nm/deg.Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada chassis dengan materialkomposit carbon fiber sandwich dengan pembebanan depan,pembebanan belakang, pembebanan depan dan belakang nilaitorsional stiffness lebih tinggi dibandingkan chassis kendaraanyang terbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6.

2429.09 3723.982585.37 3822.38

23717.89

50877.61

0.00

10000.00

20000.00

30000.00

40000.00

50000.00

60000.00

EN AW-6082-T6 Fiber CarbonSandwich

Tors

iona

l Stif

fnes

s (Nm

/deg

)

Material

Torsional Stiffness Pada Chassis

PembebananDepan

PembebananBelakang

PembebananDepan &Belakang

123

Gambar 4.43 Grafik perbandingan torsional stiffness/berat chassispada pembebanan depan, pembebanan belakang, pembebanan

depan dan belakang terhadap chassis kendaraan yang terbuat darimaterial EN AW-6082-T6 dan carbon fiber sandwich

Dari grafik diatas dapat dilihat pada chassis kendaraan yangterbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6 denganpembebanan depan menghasilkan torsional stiffness/berat sebesar12,52 Nm/(deg.kg), pembebanan belakang menghasilkantorsional stiffness/berat sebesar 13,33 Nm/(deg.kg) dan denganpembebanan depan dan belakang menghasilkan torsionalstiffness/berat sebesar 122,26 Nm/(deg.kg). Sedangkan padachassis kendaraan yang terbuat dari material komposit carbonfiber sandwich dengan pembebanan depan menghasilkantorsional stiffness/berat sebesar 20,15 Nm/(deg.kg), pembebananbelakang menghasilkan torsional stiffness/berat sebesar 20,68Nm/(deg.kg) dan dengan pembebanan depan dan belakangmenghasilkan torsional stiffness/berat sebesar 275,27Nm/(deg.kg). Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada chassisdengan material komposit carbon fiber sandwich denganpembebanan depan, pembebanan belakang, pembebanan depandan belakang nilai torsional stiffness/berat lebih tinggi karenaberat chassis yang lebih ringan dibandingkan chassis kendaraanyang terbuat dari material aluminium EN AW-6082-T6.

12.52 20.1513.33 20.68

122.26

275.27

0.0050.00

100.00150.00200.00250.00300.00

EN AW-6082-T6 Fiber CarbonSandwich

Tors

iona

l Stif

fnes

s/Be

rat

[Nm

/(de

g*Kg

)]

Material

Torsional Stiffness / Berat Body dan ChassisPembebananDepan

PembebananBelakang

PembebananDepan &Belakang

124


125

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanDari penelitian yang telah dilakukan didapatkan

kesimpulan sebagai berikut:1. Pada desain body yang terbuat dari material aluminium EN

AW-6060-T4 dengan ketebalan 0,93 mm memiliki kekuatanyang baik karena nilai tegangan von-mises akibat vertikalbending yang terjadi sebesar 30,034 Mpa dan masih beradadibawah tegangan izin material aluminium EN AW-6060-T4yang besarnya 60 Mpa dengan safety factor sebesar 1,99 sertadeformasi maksimal yang terjadi 8,7911 mm. Nilai teganganvon-mises akibat lateral bending yang terjadi sebesar 34,13Mpa dengan safety factor sebesar 1,758 dan deformasihorizontal sebesar 1,391 mm. Sedangkan pada body kendaraanyang terbuat dari material komposit carbon fiber yangmemiliki jumlah layer 2 serta tebal 2 mm memiliki kekuatanyang baik karena nilai tegangan von-mises dan shear stressakibat vertikal bending yang terjadi sebesar 25,613 Mpa dan12,303 Mpa yang masih berada dibawah tegangan izinmaterial carbon fiber serta deformasi maksimal yang terjadi7,0728 mm. Nilai tegangan von-mises akibat lateral bendingyang terjadi sebesar 22,967 Mpa dan deformasi horizontalsebesar 3,1462 mm. Dan juga nilai Tsai-Hill failurenya adalah0,75 sehingga desain aman digunakan. Jadi dapat disimpulkanbahwa desain body kendaraan yang terbuat dari materialkomposit carbon fiber memiliki kekuatan yang lebih baikdalam menerima beban vertikal tetapi kurang baik dalambeban lateral bila dibandingkan desain body yang terbuat darimaterial aluminium EN AW-6060-T4.

2. Pada desain chassis yang terbuat dari material aluminium ENAW-6082-T6 dengan ketebalan 2 mm memiliki kekuatan yangbaik karena nilai tegangan von-mises akibat vertikal bendingyang terjadi sebesar 101,86 Mpa dan masih berada dibawah

126

tegangan izin material aluminium EN AW-6060-T4 yangbesarnya 250 Mpa dengan safety factor sebesar 2,37 sertadeformasi maksimal yang terjadi 2,6836 mm. Nilai teganganvon-mises akibat lateral bending yang terjadi sebesar 109,87Mpa dengan safety factor sebesar 2,275 dan deformasihorizontal sebesar 2,1093 mm. Torsional stiffness terbesaryaitu pada pembebanan depan dan belakang yang dimilikichassis aluminium EN AW-6082-T6 sebesar 23717,89Nm/deg, hasil tersebut menunjukkan kekakuan yang baik padachassis aluminium EN AW-6082-T6. Sedangkan pada chassiskendaraan yang terbuat dari material komposit carbon fibersandwich yang memiliki jumlah layer 5 dan terdiri dari 4 layerepoxy carbon woven prepregs dan 1 layer aluminiumhoneycomb serta ketebalan total 14 mm memiliki kekuatanyang baik karena nilai tegangan von-mises dan shear stressakibat vertikal bending yang terjadi sebesar 39,508 Mpa dan19,378 Mpa yang masih berada dibawah tegangan izinmaterial carbon fiber serta deformasi maksimal yang terjadi2,399 mm. Nilai tegangan von-mises akibat lateral bendingyang terjadi sebesar 93,858 Mpa dan deformasi horizontalsebesar 6,2078 mm. Dan juga nilai Tsai-Hill failurenya adalah0,625 sehingga desain aman digunakan. Torsional stiffnessterbesar yaitu pada pembebanan depan dan belakang yangdimiliki body carbon fiber sebesar 50877,61 Nm/deg, hasiltersebut menunjukkan kekakuan yang baik pada body carbonfiber. Jadi dapat disimpulkan bahwa desain chassis kendaraanyang terbuat dari material komposit carbon fiber sandwichmemiliki kekuatan yang lebih baik dalam menerima bebanvertikal tetapi kurang baik dalam beban lateral biladibandingkan desain chassis yang terbuat dari materialaluminium EN AW-6082-T6 dan kekakuan chassis carbonfiber sandwich lebih baik bila dibandingkan chassisaluminium EN AW-6082-T6.

3. Berat desain body aluminium EN AW-6060-T4 sebesar 45,46kg dan berat desain chassis aluminium EN AW-6082-T6

127

sebesar 38,194 kg. Berat total desain body dan chassisaluminium serta aksesoris mencapai 193,99 kg. Sedangkanberat desain body komposit carbon fiber sebesar 39,38 kg danberat desain chassis komposit carbon fiber sandwich sebesar35,117 kg. Berat total desain body dan chassis kompositcarbon fiber mencapai 184,83 kg. Jadi dapat disimpulkanbahwa desain body dan chassis komposit carbon fiber lebihringan bila dibandingkan desain body dan chassis aluminium.

5.2 SaranAdapun saran yang penulis berikan pada penelitian ini

adalah :1. Penggunaan material komposit sandwich pada body dan

chassis kendaraan, perlu diperhatikan arah susunanlamina karena mempengaruhi bentuk polar stackingsequences dari material komposit yang digunakantersebut.

128


127

DAFTAR PUSTAKA

[1] I Nyoman Sutantra. 2009. Teknologi Otomotif : Teori danAplikasinya. Surabaya: Guna Widya.

[2] Alief Wikarta. 2015. Penelitian & Pengembangan MobilListrik ITS: Seminar Mobil Listrik. Politeknik NegeriSriwijaya, Palembang.

[3] Salvi Gauri Sanjay, Kulkarni Abhijeet, Gandhi PratikPradeep dan Baskar P, Finite Element Analysis of Fire TruckChassis for Steel and Carbon Fiber Materials, Int. Journalof Engineering Research and Applications, ISSN : 2248-9622, Vol. 4, Issue 7 (Version 2), July 2014, pp.69-74.

[4] Jürgen HIRSCH. 2014. Recent development in aluminium forautomotive applications. Trans. Nonferrous Met. Soc. China24(2014) 1995−2002.

[5] Eurenius, C.A. dkk. 2013. Analysis of Composite Chassis.Goteborg: Chalmers University of Technology.

[6] David R. Cramer, David F. Taggart dan Hypercar, Inc. 2002.Design and Manufacture of an Affordable Advanced-Composite Automotive Body Structure. Reprinted withpermission from the Proceedings of The 19th InternationalBattery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium &Exhibition. Copyright 2002 EVS-19.

[7] MatWeb, Material Property Data. <URL: http://matweb.com/index.aspx/>

[8] ASM Handbook. 1990. Volume 2 Properties and Selection:Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials. USA:ASM International.

[9] LadderFrame.<URL:http://www.curbsideclassic.com/automotive-histories/automotive-history-an-x-ray-look-at-gms-x-frame-1957-1970/>

[10] Ladder frame dengan palang X. <URL:http://www.quickiwiki.com/en/Vehicle_frame>

[11] <URL: http://Repository.usu.ac.id>

128

[12] Tubular Space Frame. <URL: http://Formula-dictionary.net>[13] Monocoque.<URL:http://www.auto.cz/lamborghini-

karbonovy-monokok-pro-byka-54482/>[14] Backbonechassis. <URL:

http://www.initialdave.com/cars/tech/chassisbasics01.htm>[15] ChassismobilMercedes tahun

1901.<URL:http://www.curbsideclassic.com/automotive-histories/automotive-history-an-x-ray- look-at-gms-x-frame-1957-1970/>

[16] Chassis dari truk heavy duty. <URL: http://car-illustration.com/illustrations/>

[17] Chung, Deborah D.L.2010. Composite Materials, Scienceand Applications. Springer: United Kingdom.

[18] Mazumdar, Sanjay K. Composites Manufacturing. CRCPress: United Kingdom.

[19] P.C Pandey.Composite Materials, Web BasedCourse.Dept.of Civil Engineering IISc Bangalore:India.

[20] Callister, Jr.William.D. 2007. Material Sciene AndEngineering An Introduction. John Wiley & Sons Inc:United States of America.

[21] <URL:http://www.nedalextrusion.com/files/4013/0678/5548/Data_6060.pdf/>

[22] Woven fiber triaxial. <URL:http://En.wikipedia.org/wiki/3D_composites/>

[23] Lamina dan Laminate. <URL: http:// Composite.ugent/>[24] Laminate Unidirectional dan Crossplied quasi-isotropic.

<URL: http://Quartus.com/resources/white-papers/composites-101/>

[25] Hexcel Corporation. 1987. The Base on Bonded SandwichConstruction TSB 124. USA: Hexcel Trademark.

[26] <URL: http://En.wikipedia.org/wiki/Carbon-fiber-reinforced_polymer/>

[27] Morgan, P. 2005. Carbon Fibers and their Composites. NewYork: Taylor & Francis Group.

129

[28] Hexcel Composite. 1999. HexWeb Honeycomb Attribut andProperties. California: Recycled Paper.

[29] <URL: http://Easycomposites.co.uk/Category/Core-Materials.aspx/>

[30] David A. Crolla. 2009. Powertrain, Chassis System AndVehicle Body. United States of America: Elsevier.

[31] Annual Book of Sandwich Panel Flexure ASTM C 393-94.1984. Standard Test Method for Flexural and ReinforcedPlastics and Electrical Insulating Materials (Metric). USA:ASTM International.

[32] Hariyanto Agus. 2007. Peningkatan Ketahanan BendingKomposit Hibrid Sandwich Serat Kenaf Dan Serat GelasBermatrik Polyester Dengan Core Kayu Sengon Laut.MEDIA MESIN, Vol.8 No.1, Januari 2007, 1 – 9, ISSN1411-4348.

[33] Engineering Data Resource. Software Finite Element(ANSYS 15.0).

[34] COSMOS Aluminium. 2014. STANDARD PROFILESCATALOGUE. Cosmos Aluminium Industry: Yunani.

[35] <URL: http://articles.sae.org/14161/>[36] <URL: http://articles.sae.org/10391/>[37] <URL: http://articles.sae.org/11131/>[38] <URL: http://www.lantor.com/lantor-soric/>[39] <URL: http://En.wikipedia.org/wiki/Polycarbonate/>[40] ASME Y14.32.1 M. 1995. Chassis Frames-Passenger and

light Truck-Ground Vehicle Practices. New York: ASME &Departement of Defense(DoD) U.S Army.

[41] Lackie, Frederick A. dan Bello, Dominie J.Dal. (2009).Stregth and Stiffness of Engineering System. United States ofAmerica: Springer.

[42] <URL: http://www.germancarforum.com/threads/the-list-torsional-rigidity.12334/>

130


131

BIODATA PENULIS

Penulis dilahirkan di Patipada tanggal 07 November 1992dengan nama Mohammad SyifaulKhoiron. Penulis merupakan anakkedua dari dua bersaudara.Pendidikan formal yang telahditempuh yaitu MI Nabaul ‘UlumWonorejo (1999-2005), SMPN 5Pati (2005-2008), SMAN 2 Pati(2008-2011). Selepas SMA penulismelanjutkan studinya di JurusanS1 Teknik Mesin FTI-ITSSurabaya.

Penulis pernah melakukan kerja praktek di PT.Indomarine Malang bagian manufaktur boiler selama 1 bulan danPT. PAL Indonesia(Persero) Surabaya bagian manufakturRIG(platform) lepas pantai selama 1 bulan.

Penulis aktif di berbagai kegiatan dalam kampus. Padasaat kuliah ia pernah mendapatkan juara III dalam lomba rancangbangun mesin yang diadakan BKSTM(Badan Kerjasama TeknikMesin) se-Indonesia pada tahun 2013. Dan juga aktif sebagaipengurus di LDJ(Lembaga Dakwah Jurusan) Ash-Shaff TeknikMesin ITS 2012/2013. Selain itu banyak pelatihan dan kegiatanyang diikutinya, baik kegiatan akademis maupun non-akademisselama menjadi mahasiswa aktif di lingkungan ITS.

Email : [email protected]

perbandingan kekakuan dan kekuatanrepository.its.ac.id/1319/1/2111100038-undergraduate...

Documents