analisa hasil rancangan space frame super high deck …repository.upnvj.ac.id/3321/1/awal.pdf ·...
TRANSCRIPT
ANALISA HASIL RANCANGAN
SPACE FRAME SUPER HIGH DECK (SHD) PADA CHASSIS
SCANIA K410IB UNTUK KAPASITAS 32 PENUMPANG
SKRIPSI
MUH DHAIFULLAH MUAFA
1310311032
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN
ANALISA HASIL RANCANGAN
SPACE FRAME SUPER HIGH DECK (SHD) PADA CHASSIS
SCANIA K410IB UNTUK KAPASITAS 32 PENUMPANG
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
MUH DHAIFULLAH MUAFA
1310311032
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”
JAKARTA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN
2018
ii
iii
iv
v
ANALISA HASIL RANCANGAN
SPACE FRAME SUPER HIGH DECK (SHD) PADA CHASSIS
SCANIA K410IB UNTUK KAPASITAS 32 PENUMPANG
Muhammad Dhaifullah muafa
ABSTRAK
Body dan chassis bus yang berukuran panjang dan besar dapat terbagi menjadi tiga
bagian antar chassis depan, tengah dan belakang yang secara terpisah, kemudian dirakit
kebali dengan las dan penguat tambahan di bagian yang terpasang. Kekuatan struktur
chassis, space frame dan body frame bus memegang peranan yang sangat vital untuk
menjamin keselamatan saat bus operasi. pada chassis Scania K410IB disematkan
teknologi space frame berguna untuk menghubungkan chassis utama bagian depan dan
belakang, dapat meminimalkan deformasi lentur yang mungkin disebabkan oleh beban
berat yang dikenakan pada stuktur body frame. Penelitian melakukan analisa dengan
memberikan beban statis pada chassis space frame menggunakan metode finite element
(FEA) dengan bantuan Software computer aided design (CAD). Tujuan dalam
penelitian ini adalah mendapatkan tegangan maksimum dan regangan maksimum yang
terjadi pada konstruksi space frame bertipe body Super High Deck (SHD) chassis
Scania K 410 IB dalam menampung beban penumpang dan barang. Pada struktur
konstruksi space frame yang telah di analisa mendapatkan tegangan maksimum yang
didapat dari analisa beban statis terjadi pada bahan stainless steel yaitu pada
3.125e+009N/m^2 dan defleksi yang terjadi 3.884 mm. Tegangan maksimum terjadi
pada dua material carbon steel yaitu DIN1.0116St37-3U dan DIN1.0070St70-2 dengan
tegangan yang didapat 3.131e+009N/m^2 dan defleksi yang terjadi pada bahan tersebut
sebesar 4.058 mm. maka dapat disimpulkan hasil design space frame dari karoseri
dapat lebih baik menggunakan material stainless steel DIN 1.4105. struktur kontruksi
space frame dan penerapan ketiga bahan material tersebut, ini masih didapat pada batas
yang ditentukan oleh karoseri yaitu 5 mm untuk defleksi terbesar.
Kata kunci : analisa, chassis space frame, metode finite element
vi
ANALYSIS DESIGNED SPACE FRAME SUPER HIGH DECK
(SHD) OF CHASSIS SCANIA K410IB TO 32 PASSENGER
CAPACITY
Muhammad Dhaifullah muafa
ABSTRACT
Body and the chassis of a bus in length and large may be divided into three parts
between the chassis of a front, central and back which separately, then assembled back
with las and amplifier additional in the part attached.The chassis of a power structure,
space frame and body frame bus has a role to play a very vital to ensure the safety of
when the bus operation. In the chassis scania k410ib a miter technology space frame
useful to connect the chassis of a main the front and back, to minimize deformation
flexible may be caused by a heavy load imposed on roads structure body
frame.Research do analysis with deliver a load static at the chassis space frame in of
Finite Element Method (FEM) with the help of software Computer Aided Design
(CAD). The purpose of in this research is get maximum stress and strain could be a
maximum of that occurs on construction space frame are the type body super of the
high decks ( shd ) the chassis of a scania k 410 ib in accommodating the financial mass
on the passenger and cargo boat hit .On the structure of construction space of the frames
to be have been at analysis support for new get maximum stress glory if it is found
from analysis the financial mass on the static happened on the material of stainless steel
it will be on a 3.125e + 009n / m ^ 2 and deflection that occurs 3.884 mm. maximum
stress occur on three days before two material one and did not carbon steel pt pgn
promised to supply din1.0116st37-3u and din1.0070st70-2 to strength it is 3.131e +
009n / m ^ 2 and deflection that occurs on the material have been as great as 4.058 mm.
So can be concluded the results of design space frame of karoseri will be better use
material stainless steel din 1.4105. Construction structure space frame and the
application of the third materials, is still acquired at a prescribed limit by caroseri
vehicle is 5 mm to deflection largest.
Keywords : Analysis, chassis space frame, finite element method
vii
KATA PENGANTAR
Pertama – tama penyusunan memanjatkan puji serta syukur kehadirat Allah
subhanahu wa ta‟ala yang telah memberikan nikmat, rahmat, dan hidayah-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat serta
salam semoga tetap tercurahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW.
Didalam kurikulum kependidikan dijurusan Teknik Mesin Strata satu, fakultas
Teknik Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta. Terdapat mata kuliah
yang wajib ditempuh oleh mahasiswa . Dari materi kuliah yang sudah didapat pada
masa perkuliahan banyak sekali yang bermanfaat dan digunakan dalam penyusunan
skripsi ini. Untuk itu diperkenankanlah penyusun mengucapkan terima kasih pada
semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini yaitu :
1. Bapak jooned Hendrarsakti,Phd selaku Dekan Fakultas Teknik UPN”Veteran”
Jakarta.
2. Bapak Ir. M. Rusdy Hatuwe, selaku Kaprog Jurusan Teknik Mesin
UPN”Veteran”Jakarta sekaligus Pembimbing Akademik 2013. yang telah
memberikan pengarahannya kepada saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Saut Siagian MT, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan
bimbingan serta pengarahannya kepada saya dalam penyusunan Tugas Akhir ini,
4. Bapak Santoso W, selaku pembimbing lapangan, Di PT Mekar Armada Jaya yang
telah membantu dan memberikan pengarahannya kepada saya dalam penyusunan
Tugas Akhir ini,
5. Sigit Pradana ST.MT, selaku Dosen mata kuliah CAD/CAM yang telah banyak
memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini.
6. Teristimewa kepada Ayah, Ibu, Keluarga dan semua yang telah memberikan
dukungan materil dan moril secara langsung maupun tidak langsung.
7. Seluruh Mahasiswa Program Studi S-1 Teknik Mesin, dan khususnya angkatan
2013 yang telah menemani perkuliahan dengan memberikan bantuan dan
dukungan. Serta semangat dan kesolidan dan Loyalitas Saya menyadari dalam
viii
penyusunan tugas akhir ini banyak sekali kekurangannya dan semoga tugas akhir
ini dapat bermanfaat terutama bagi diri saya pribadi dan umumnya
bagi civitas akademik Fakultas Teknik jurusan Teknik Mesin Strata Satu
UPN”Veteran”Jakarta.
Jakarta, November 2017
(Muhammad Dhaifullah muafa)
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................
PERNYATAAN ORISINALITAS .......................................................... ii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ................................... iii
PENGESAHAN ...................................................................................... iv
ABSTRAK ................................................................................................ v
ABSTRACT ............................................................................................ vi
KATA PENGANTAR ........................................................................... vii
DAFTAR ISI ........................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xi
DAFTAR TABEL ................................................................................. xiii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................... xiv
DAFTAR NOTASI ................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang .............................................................................. 1
I.2 Rumusan Masalah ........................................................................ 2
I.3 Batasan masalah ........................................................................... 2
I.4 Tujuan Penelitian .......................................................................... 3
I.5 Manfaat dair penelitian ................................................................. 3
I.6 Sistematika Penulisan .................................................................. 3
BAB II TINJAUANPUSTAKA
II.1 Kajian Pustaka ............................................................................. 5
II.2 Chassis ....................................................................................... 14
II.3 Jenis Desain Chassis ................................................................. 15
II.4 Konsep Tegangan Statis ............................................................ 16
II.5Teori-Teori Kegagalan Dalam Perancangan .............................. 17
II.5.1 Tegangan Prinsipal ................................................................. 17
II.5.2 Maximum Shear Stress Theory (MSST) ................................ 19
II.5.3 Maximum Normal Stress Theory (MSST) ............................. 20
II.5.4 Maksimum Von Mises Stress Kriteria ................................... 20
II.5.5 Hukum Hooke ........................................................................ 21
II.5.6 Defleksi .................................................................................. 22
II.6 Momen Inersia .......................................................................... 23
II.6.1 Momen Inersia Penampang Hollow Segiempat ..................... 23
II.7 Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga ................................ 24
II.7.1 Elemen Truss Tiga Dimensi ................................................... 25
II.7.2 Software Analisa FEA ............................................................ 26
II.8.2Cara Kerja Software CAD (Computer Aided Design) ............ 27
x
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
III.1 Flowchard Penelitian ............................................................. 29
III.2 Studi Literatur ........................................................................ 30
III.3 Data Teknis Dan Geometri .................................................... 30
III.3.1 Data Teknis Design ............................................................ 30
III.3.2 Data Teknis Analysis .......................................................... 31
III.3.3 Profil Geometri Chassis ...................................................... 32
III.3.4 Boundry Condition ............................................................. 33
III.4 Pemodelan Finite Element ..................................................... 34
BAB IV PEMBAHASAN
IV.1 Analisa Statis Pada Chassis space frame .............................. 38
IV.2 Overview Dimensi dan Spesifikasi Chassis Bus ................... 38
IV.2 Proses Analisa Statis Pada Chassis Space Frame ................ 43
IV.3 Hasil Dari Uji Baban Statis Yang Dilakukan ........................ 43
IV.3.1 Hasil Analisa Material DIN 1.0116 St37-3U ..................... 44
IV.3.2 Hasil Analisa Material DIN 1.0070 St70-2 ........................ 44
IV.3.3 Hasil Analisa Material DIN Steel stainless 1.4105 ............ 45
IV.4 Perbandingan dari Hasil Analisa ........................................... 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan ............................................................................ 48
V.2 Saran ........................................................................................ 48
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................. 49
LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangka Bus Tingkat ............................................................................ 6
Gambar 2.2 (a) Batasan yang diberikan; (b) Pembagian Segmen yang ada di struktur
rangka ...................................................................................................................... 6
Gambar 2.3 (a) Gambar hasil simulasi secara utuh. (b) Gamba struktur bagian bawah
yang mengalami tegangan maksimum. (c) Lokasi tegangan maksimum yang terjadi
.................................................................................................................................. 7
Gambar 2.4 Defleksi maksimum pada rancangan beban operasional ..................... 7
Gambar 2.5 (a) Gambar hasil simulasi secara utuh. (b) Gambar struktur bagian bawah
yang mengalami tegangan maksimum. (c) Lokasi tegangan maksimum yang terjadi
.................................................................................................................................. 8
Gambar 2.6 Defleksi maksimum pada rancangan beban operasional ..................... 9 Gambar 2.7 Modifikasi Rangka Optimasi 1 ........................................................... 9
Gambar 2.8 (a) Gambar hasil simulasi secara utuh. (b) Gambar struktur bagian bawah
yang mengalami tegangan maksimum. (c) Lokasi tegangan maksimum yang terjadi
................................................................................................................................ 10
Gambar 2.9 Defleksi maksimum pada rancangan modifikasi 1 ........................... 10
Gambar 2.10 (a) Modifikasi Rangka Optimasi 2 (b) Titik Penguat Pada Optimasi 2 ....................................................................................................................................
Gambar 2.11 (a) Gambar hasil simulasi secara utuh. (b) Gambar struktur bagian bawah
yang mengalami tegangan maksimum. (c) Lokasi tegangan maksimum yang terjadi
................................................................................................................................ 11
Gambar 2.12 Defleksi maksimum pada rancangan beban penuh ......................... 11
Gambar 2.14 Penambahan Clamp pada Optimasi 3. (a) Profil Clamp Circle Hollow
Beam (b) Profil U Channel Beam (c) Gambar 3D Struktur Rangka (d) Penambahan
Penguat .................................................................................................................. 12
Gambar 2.15 (a) Gambar hasil simulasi secara utuh. (b) Gambar struktur bagian bawah
yang mengalami tegangan maksimum. (c) Lokasi tegangan maksimum yang terjadi
................................................................................................................................ 13
Gambar 2.16 Defleksi maksimum pada rancangan beban penuh ......................... 13
Gambar 2.17 Tegangan (a) normal (b) geser ........................................................ 16
Gambar 2.18 Tegangan prinsipal pada (a) bidang datar (b) diputar sebesar ........ 17
Gambar 2.19 Komponen-komponen gaya ............................................................ 18
Gambar 2.20 Segitiga Bayangan ........................................................................... 19 Gambar 2.21 Diagram momen defleksi pada bidang 3 dimensi ........................... 22 Gambar 2.22 Penampang rangka utama ................................................................ 23 Gambar 2.23 Material yang disusun dengan node ................................................ 27
Gambar 3.1 Geomatri design space frame “top view” ......................................... 33
Gambar 3.2 Geometri design space frame “side view” ........................................ 33
Gambar 3.3 Design Modeller pada space frame“Isometric View” ...................... 35 Gambar 3.9 Apply Material DIN 1.0116 St37-3U ................................................. 35
xii
Gambar 3.9 Apply Material DIN 1.0070 St70-2 ................................................... 36 Gambar 3.9 Apply Material DIN Steel .................................................................. 36 Gambar 3.10 Menentukan Fixed Figure ............................................................... 37 Gambar 3.10 Menentukan Load Force ................................................................. 37 Gambar 4.1 dimensi chassis dari ATPM .............................................................. 39
Gambar 4.2 grafik performa bus ........................................................................... 39
Gambar 4.3 Space Frame ...................................................................................... 42
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 tabel boundary condition space frame .................................................. 30
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Hasil analisa space frame material DIN 1.0116 (St37-3U)
Lampiran II Hasil analisa space frame material DIN 1.0070 (St70-2)
Lampiran III Hasil analisa space frame material stainless steel DIN 1.4105
xv
DAFTAR NOTASI
𝐹𝑥 = Gaya yang bekerja pada arah sumbu x (N)
𝐹𝑦 = Gaya yang bekerja pada arah sumbu y (N)
𝑉𝑥 = Gaya geser sepanjang x (N)
𝑀𝑥 = Momen sepanjang x (Nm)
𝜎 = Tegangan (N/m²)
𝜖 = Regangan (m/m)
E = Modulus Elastisitas (N/m²)
𝜎𝑥 = Tegangan normal pada arah sumbu x (N)
𝜎𝑦 = Tegangan normal pada arah sumbu y (N)
𝜎𝑥′ = Tegangan normal pada arah sumbu x’ (N/m²)
∆𝐴 = Luas Bidang (m²)
𝜏𝑥𝑦 = Tegangan geser pada bidang x-y (N/m²)
𝜏𝑥′𝑦′ = Tegangan geser pada bidang x’-y’ (N/m²)
𝜖𝑥 = Regangan normal pada arah sumbu x
𝜖𝑦 = Regangan normal pada arah sumbu y
𝛾𝑥𝑦 = Regangan geser pada bidang x-y
𝛾𝑥′𝑦′ = Regangan geser pada bidang x’-y’
I = Momen inersia luas (𝑚4)
𝐼𝑥′ = Momen inersia luas pada arah sumbu x’ (𝑚4)
v = Besar lendutan