Analisa struktur rangka sepeda fixie dengan

SIDANG TUGAS AKHIR:
ANALISA STRUKTUR RANGKA SEPEDA FIXIE
DENGAN MENGGUNAKAN METODE
ELEMEN HINGGA
Andra Berlianto (2107 100 161)
Abstrak




Kekuatan rangka merupakan hal utama yang harus diperhatikan
dalam perancangan sepeda
Penelitian dilakukan dengan membandingkan kontur distribusi
tegangan dan deformed shape pada setiap rangka
Hasil penelitian menunjukkan ada pengaruh perubahan posisi top
tube dan seat tube terhadap distribusi tegangan dan deformed
shape pada setiap rangka
Rangka terbaik (nilai tegangan relatif lebih kecil dan merata)
adalah rangka normal dan rangka modifikasi 5
Latar Belakang



Sepeda merupakan salah satu alat transportasi yang populer, murah,
praktis, dan ramah lingkungan
Sepeda fixie merupakan salah satu jenis sepeda yang populer dan
mendapat perhatian di kalangan masyarakat, terutama anak muda
Kekuatan komponen (terutama rangka) merupakan faktor penentu dari
keberhasilan suatu perancangan (sepeda) selain ergonomi dan estetika
Perumusan Masalah




Titik berat penelitian ini adalah pengaruh perubahan geometri terhadap
distribusi tegangan dan deformed shape pada rangka sepeda akibat
pembebanan yang sama
Perubahan geometri dari rangka akan mempengaruhi kontur distribusi
tegangan dan deformed shape pada rangka
Pengukuran beban dari massa pengendara pada titik kontak menjadi input
pembebanan pada software Finite Element Analysis (FEA)
Geometri normal rangka sepeda (yang dijadikan acuan pengukuran)
menjadi baseline pada penelitian ini
Tujuan Penelitian


Mengetahui pengaruh variasi perubahan geometri
rangka terhadap distribusi tegangan dan deformed
shape yang terjadi pada rangka sepeda
Menghasilkan referensi bagi analis yang tertarik
pada perancangan rangka sepeda dan metode
elemen hingga
Batasan Masalah






Kondisi pembebanan pada rangka adalah pembebanan statis (kondisi elastis)
Postur tubuh pengendara yang digunakan dalam penelitian ini adalah postur
tubuh orang Indonesia yang umum
Posisi pengendara pada penelitian ini adalah posisi pengendaraan normal
dengan asumsi pembebanan yang simetris
Sambungan las setiap joint dianggap sempurna dan satu kesatuan material
yang sama dengan rangka
Jenis rangka sepeda yang digunakan pada pengukuran adalah sepeda fixie
Perangkat lunak FEA yang digunakan dalam penelitian ini adalah
ANSYS/Mechanical APDL Ver 12.0
Tegangan

Tegangan
material
reaksi body
gaya internal per unit luasan
melawan beban yang diaplikasikan
Finite
Element
Method
Displacement
Regangan
Tegangan
Teori kegagalan
MSST (Maximum Shear Stress Theory)
DET (Distorsion Energy Theory)
Tresca
Von Mises
Elemen Shell 8 Node

Elemen khusus untuk model struktur yang relatif tipis

Terdiri dari 8 node untuk setiap elemen

Setiap node memiliki 5 derajat kebebasan
ANSYS Mechanical
Fungsi umum:

Membangun model / import CAD

Mengaplikasikan beban operasional

Mengaplikasikan boundary condition

Mengetahui respon fisik

Optimasi dan perbaikan desain

Melakukan tes prototype
Solution
• Menentukan elemen,
real constant, dan
material
• Modeling
• Meshing
Preprocessor
(PREP7)
•Menentukan
constrain (BC’s)
•Mengaplikasikan
beban
• Evaluasi hasil
analisis
Post-Processor
(POST1)
Titik Pengambilan Data



Batang kemudi (simetri)
Saddle
Pedal (simetri)
Perubahan geometri rangka tidak mengubah lokasi titik pengukuran
Perlengkapan yang digunakan




Satu set meja (disesuaikan dengan geometri sepeda)
Tiga unit timbangan badan
Tiga unit timbangan tepung
Tiga unit luncuran
Perlengkapan yang digunakan
Ilustrasi Pengambilan Data
Bagian-bagian (komponen) dari Rangka Sepeda
Variasi Geometri Rangka
Rangka Normal
Rangka Modifikasi 1
Variasi Geometri Rangka
Rangka Modifikasi 2
Rangka Modifikasi 3
Variasi Geometri Rangka
Rangka Modifikasi 4
Rangka Modifikasi 5
Variasi Geometri Rangka
Rangka Modifikasi 6
Rangka Modifikasi 7
Daerah Pengamatan
Prosedur Penelitian
Mengumpulkan
informasi
tentang sepeda
fixie
Menyusun
perlengkapan
sesuai dengan
geometri sepeda
yang dimodelkan
Mencatat data
dan
menghitung
prosentase
tiap titik
pengukuran
Memodelkan
rangka
sepeda pada
software CAD
Mengukur
data massa
pengendara
Melakukan
analisa pada
software FEA
untuk semua
model
Menyatakan
hasil analisa
dalam
bentuk
grafik
Distribusi massa pengendara
No
Tangan (x)
(kg)
Tangan (y)
(kg)
Badan (x)
(kg)
Badan (y)
(kg)
Kaki (x)
(kg)
Kaki (y)
(kg)
1
-2.09
-6
2.25
-29
0.8
-6
2
-2.2
-6
2.8
-29
1.04
-6
3
-2.1
-6
1.9
-29
1.05
-6
…
…
…
…
…
…
…
12
-2.2
-6
2.75
-30
0.8
-6
Rata²
-2.0792
-6
2.1917
-28.8333
0.9517
6
Std dev
0.1054
0
0.2465
0.7177
0.2018
0
% Total
3.923
11.3208
4.1352
54.4025
1.7956
11.3208
Pembebanan pada Rangka

F1X : komponen gaya horizontal (tangan)

F1Y : komponen gaya vertikal (tangan)

F2X : komponen gaya horizontal (badan)

F2Y : komponen gaya vertikal (badan)

F3X : komponen gaya horizontal (kaki)

F3Y : komponen gaya vertikal (kaki)
Pembebanan pada Rangka
Berat
Pengendara
= 65 kg
Satuan gaya
dalam
Newton
Tangan
Badan
Kaki
F1X
F1Y
F2X
F2Y
F3X
F3Y
25.006
72.162
26.359
346.779
11.446
72.162
Boundary Conditions (Constrain)
•Pada ujung fork:
•Pada drop outs:
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Ekuivalen (Von Mises) Pada Rangka Normal
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Geser XY pada Rangka Normal
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Geser YZ pada Rangka Normal
Contoh Kontur Distribusi Tegangan Geser XZ pada Rangka Normal
Contoh Kontur Displacement pada Rangka Normal
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Seat Stays Pertama)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Seat Stays Kedua)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Pertama)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Kedua)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Ketiga)
Komparasi Tegangan Von Mises (Posisi Top Tube Keempat)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Seat Stays Pertama)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Seat Stays Kedua)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Pertama)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Kedua)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Ketiga)
Komparasi Tegangan Geser XY (Posisi Top Tube Keempat)
Komparasi Displacement (Posisi Seat Stays Pertama)
Komparasi Displacement (Posisi Seat Stays Kedua)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Pertama)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Kedua)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Ketiga)
Komparasi Displacement (Posisi Top Tube Keempat)
Kesimpulan





Untuk σyield = 480 MPa, semua model rangka dapat menerima beban yang
diberikan (aman)
Tegangan tertinggi tercatat pada rangka modifikasi 3 di daerah pengamatan 8
Alternatif desain yang baik adalah rangka normal (σeq-max = 60.941 MPa di
daerah pengamatan 2) dan rangka modifikasi 5 (σeq-max = 64.143 MPa di daerah
pengamatan 2)
Jika model rangka modifikasi 3 dan modifikasi 7 tidak disertakan, Tegangan
ekuivalen tertinggi tercatat pada rangka modifikasi 2 (σeq-max = 136.428 MPa di
daerah pengamatan 5)
Semakin lebar jarak antara joint 5 dan joint 6, semakin besar nilai tegangan dan
displacement yang terjadi serta semakin besar variasinya pada setiap daerah
pengamatan, dan sebaliknya
Saran



Penelitian tentang tegangan yang terjadi pada bentuk
batang kemudi yang bervariasi
Penelitian tentang tegangan yang terjadi untuk
modifikasi desain yang lain (tipe rangka, penampang
batang, lengkungan, dan sebagainya)
Penelitian tentang tegangan yang terjadi untuk posisi
pengendara yang meninggalkan saddle (berdiri)
TERIMA KASIH
Mohon Kritik dan Saran