Analisa Coefisient Drag Kendaraan

PRE-PROCESSING

Pada kali ini akan dilakukan penganalisaan Coefisient Drag Kendaraan dengan menggunakan Flow Simulation Analisis. Flow Simulation Analysis adalah model analisis yang digunakan untuk mengetahui laju aliran fluida. Dengan flow simulation analysis kita dapat mengetahui preassure, velocity, density, dan temperature dari aliran fluida dengan kecepatan tertentu dan jenis fluida yang digunakan.

				Kecepatan		Flow Type		Fluid
	EXT 2
				30m/s		Laminar & Turbulent		Udara (Air)

Langkah – Langkah :

1.      Membuka file gambar yang telah dibuat dengan nama EXT 2 yang ada pada folder Solidwork Analysis Tutorial.

2.      Kemudian pilih tab Flow Simulation lalu pilih Wizard.

maka akan muncul sebuah form wizard yaitu Project Configuration dimana suatu proses menentukan nama dari project yang akan dibuat. Lalu pilih Create New dan mengisi Configuratin Name dengan memberi nama Ahmadwidodo kemudian klik Next.

3.      Langkah selanjutnya adalah Unit System yaitu langkah pemilihan satuan yang akan digunakan. Pilih SI pada baris Ke-5 dikolom Unit System, lalu ganti temperature menjadi ^oC.

4.      Kemudian menentukan Analysis Type yang digunakan untuk menentukan laju aliran yang akan di analysis apakah aliran dalam internal flow/aliran luar external

pada benda kerja. Untuk pengujian ini digunakan external flow, kemudian pilih

Reference Axis pada Sumbu X. Lalu klik Next.

5.      Langkah berikutnya adalah Default Field yaitu menentukan fluida apa yang akan digunakan dalam simulasi dan juga menentukan jenis aliran yang akan digunakan. Pada liquids pilih Air (Gasses) kemudian Add. Dan pada Flow Caracteristic pilih type flow yaitu Laminar & Turbulent.

6.      Langkah selanjutnya ialah Wall Condition dimana digunakan untuk menentukan keadaan sekitar. Pada langkah ini langsung saja pilih Next karena menggunakan settingan default.

 7.      Langkah berikutnya ialah Initial Condition dimana pada langkah ini dilakukan untuk menentukan kondisi yang dibutuhkan dalam proses flow simulation. Pada

langkah ini kita dapat merubah temperature yang akan digunakan ialah 32^oC lalu untuk Velocity parameter, pada Velocity in X direction masukan -30m/s. kemudian pilih Next.

8.      Langkah berikutnya ialah Result and Geometry Resolution adalah langkah untuk menentukan seberapa detail hasil yang ingin diperoleh. Lalu pilih Finish.

9.      Kemudian pada Flow Simulation Analysis Tree klik kanan pada Computational Domain pilih Insert Computatiol Domain

Pada Computatiol Domain ini berguna untuk menyesuaikan ukuran kotak yang akan digunakan (menyetting) sesuai yang diinginkan. Kotak tersebut berguna

untuk pengujian external. kemudian Pilih ceklis yang berarti OK.

     10.  Langkah selanjutnya ialah menentukan Goals, klik kanan pada Goals kemudian pilih Insert      Surface Goals.

    Maka akan muncul form Surface Goals. Pada form fluid domains, isi kotak biru pada bagian selection dengan face benda kerja pada bagian yang akan terkena aliran fluida, lalu pada bagian parameters pilih Total Pressure, Velocit dan Velocity X dengan masing – masing ketentuan menggunakan Av, kemudian Pilih Ceklis

 yang berarti OK.

SOLVER SOLUTION

Setelah semua pengaturan awal flow simulation analysis dilakukan, langkah selanjutnya kita jalankan program. Klik Run lalu tunggu hingga proses selesai.

Koefisien hambatan (Drag Coefficient) adalah besaran dimensi yang digunakan untuk mengukur drag atau hambatan dari obyek dalam lingkungan fluida seperti udara atau air. Hal ini digunakan dalam persamaan drag, di mana koefisien drag yang lebih rendah menunjukkan objek memiliki hambatan aerodinamis atau hidrodinamik lebih kecil. Koefisien hambatan selalu dikaitkan dengan luas permukaan tertentu.

Hambatan udara kendaraan (D) diungkapkan dengan persamaan (Clancy,1975).

Keterangan :

Fd : the drag force, yaitu gaya yang bekerja searah aliran fluida

P    : massa jenis fluida

V   : kecepatan fluida

A   : luas area dari benda

Untuk menghitung drag coefficient, dapat dilakukan dengan dua tahap, yaitu secara teoritis dan dengan simulasi. Adapun simulasi dapat dilakukan dengan simulasi CFD menggunakan CFDSOF.

1. Perhitungan dengan pendekatan teoritis

Untuk melakukan perhitungan dengan teoritis, dilakukan dengan rumus

dengan asumsi nilai Fd, , v, dan A diketahui. Untuk lebih praktisnya, sudah adal nilai drag coefficient untuk beberapa benda yaitu :

2. Perhitungan drag coefficient dengan simulasi CFD

Untuk melakukan simulasi CFD, maka akan dibagi ke dalam 3 kategori ukuran

benda, yaitu

a / b = 1 a / b < 1 a / b > 1

dengan gambar benda adalah sebagai berikut :

Perhitungan a / b = 1

POST-PROCESSING

Setelah proses solver selesai langkah selanjutnya adalah melihat hasil dari aliran fluida tersebut dimana hasil yang akan kita lihat adalah pressure, velocity, temperature dan density pada aliran fluida yang dapat ditampilkan melalui Cut Plot dan Flow Trajectories.

^Ø   Hasil Flow Simulation Analysis Cut Plot dan Flow Trajectories Velocity

Dari hasil analisis dapat diketahui besar velocity maksimum yang didapatkan adalah sebesar 33.642 m/s dengan posisi velocity maksimum terdapat di bagian atas dan bawah mobil setelah bagian filet atas dari depan mobil. Hal ini disebabkan pada bagian tersebut fluida mengalami pressure dan tabrakan langsung depan bagian depan body mobil sehingga aliran fluida melesat ke bagian atas dan berkumpul di bagian tersebut. Sehingga fluida mengalami kecepatan yang maksimum di bagian tersebut.

^Ø  Hasil Flow Simulation Analysis Cut Plot dan Flow Trajectories Temperature

Dari analisis di atas, dihasilkan Temperature maksimum 32.42ºC terletak pada daerah bagian belakang mobil. Hal tersebut disebabkan karena aliran dengan kecepatan 19 m/s dengan temperature yang diberikan 32ºC dan nilai temperature minimum 31.85ºC. Hal tersebut dikarenakan temperature pada keadaan kecepatan maksimum, temperature daerah tersebut akan mendapatkan temperature yang minimum.

^Ø   Hasil Flow Simulation Analysis Cut Plot dan Flow Trajectories Density

Dari hasil analisis dapat diketahui besar density terletak pada daerah depan

Mobil yaitu sebesar 1.16 , dikarenakan pada bagian tersebut mengalami pressure yang tinggi.

^Ø   Hasil Flow Simulation Analysis Cut Plot dan Flow Trajectories Pressure

Dari hasil analisis dapat diketahui besar tekanan maksimum yang didapatkan adalah sebesar 101901.89 Pa. Pressure maksimum terjadi pada tepat bagian depan mobil karena laju aliran 30 m/s pertama kali menabrak bagian depan mobil sehingga fluida akan terbentur langsung pada bagian tersebut.

ANALISA TEGANGAN , DEFLEKSI DAN FAKTOR KEAMANAN PADA CONNECTING ROD DAN FOOTSTEP HOLDER MENGGUNAKAN APLIKASI SOLIDWORK DAN INVENTOR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1            LATAR BELAKANG

Kemajuan teknologi sekarang ini telah menghasilkan berbagai kreasi dalam segala hal yang bertujuan memudahkan segala aktifitas manusia. Ada berbagai sarana transportasi tersedia, mulai dari darat, udara, dan laut. Kendaraan yang diproduksi massal di negara kita umumnya kendaraan darat, salah satunya sepeda motor.

Agar sepeda motor kita memiliki umur yang lebih panjang maka selain komponen sepeda motor didesain dengan efektif dan efisien, juga tergantung dari material dari komponen tersebut.

Pada saat proses pembakaran terjadi di dalam silinder, tenaga yang dihasilkan oleh gas pembakaran sangatlah tinggi. Jika piston dan kelengkapannya tidak mampu menahan daya ledak dari proses pembakaran tersebut, dapat dipastikan kalau piston dan connecting rod (batang penghubung) dapat mengalami kerusakan.

Untuk itu agar tidak terjadi kejadian tersebut maka kita diharuskan mengetahui kekuatan dari batang penghubung tersebut dalam meneruskan tenaga dari proses pembakaran menuju poros engkol agar diubah dari gerak tranlasi menjadi gerak putar dan dari energy panas menjadi energy mekanik. Jika kita mengetahui kekuatan batang penghubung tersebut tidak mampu menahan daya dari tenaga hasil pembakaran, maka kita perlu merubah material atau desain dari batang penghubung tersebut.

Sama hal nya dengan footstep holder . Untuk itu diperlukan komponen-komponen sepeda motor yang aman digunakan pengendara. Secara visual komponen ini mempunyai bentuk yang menarik, tatapi bentuk tersebut belum menjamin mempunyai kekuatan struktural yang baik. Bahkan beberapa kasus ada footstep holder yang patah

Berbagai metode analisa telah banyak tersedia, namun Metode Elemen Hingga (MEH) telah membuktikan kehandalannya dalam memecahkan persoalan-persoalan dibidang mekanika kontinyu. Bahkan dalam perkembangan yang terakhir, masalah-masalah perpindahan panas, mekanika fluida, maupun getaran dapat dengan mudah diselesaikan dengan menggunakan MEH.

Dengan perangkat komputer, khususnya perangkat lunak Solidworks ini, desain untuk pembuatan suatu produk dapat dikontrol dengan baik sehingga diharapkan kualitas hasil produk akan lebih baik. Pengujian karakteristik statik secara eksperimental di laboratorium memerlukan biaya yang tidak sedikit. Untuk itu diperlukan bantuan perangkat lunak (software) yang mampu menganalisa karakterisitik statik suatu model seperti Solidworks. Oleh karena itu peneliti memilih simulasi dengan menggunakansoftware yang berbasis Metode Elemen Hingga (Finite Element Analysis Program), yaitu dengan software Solidworks 2007 dan Autodesk Inventor Professional 2013.

1.2            TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dalam penelitian tugas akhir ini adalah :

1. Menghitung distribusi tegangan yang terjadi pada batang penghubung dan footstep holder, baik  tegangan maksimal maupun daerah-daerah kritis akibat pembebanan statis dengan Metode Elemen Hingga menggunakan software Solidworks dan inventor

2. Mengetahui yield strength maksimal dari baja yang digunakan pada batang penghubung sehingga dapat dikategorikan aman atau tidak.

BAB II

METODOLOGI PENELITIAN

Dalam penelitian ini, peneliti melakukan analisa berbagai pembebanan padafootstep holder dengan metode elemen hingga supaya diperoleh tegangan, defleksi, dan faktor keamanan dengan maenggunakan bahan material paduan Alumunium 6061 yang tersedia pada software Komponen sepeda motor yang akan diteliti adalah footstep holder. Dalam penelitian ini, peneliti melakukan analisa distribusi tegangan dari struktur batang penghubung dengan material baja AISI 1045 cold drawn pada keadaan temperatur ruangan 27 °C. Geometri batang penghubung sepeda motor yang dianalisis berdasarkan pada pengukuran secara manual/langsung. Selanjutnya geometri tersebut digambarkan di software Solidworks 2007. Pada connecting rod perhitungan selesai, peneliti memasukkan kondisi-kondisi batas dan beban-beban yang bekerja untuk setiap analisa yang dilakukan. Kemudian proses analisa dijalankan dan software akan menghitung sendiri output yang dibutuhkan sesuai jenis analisa yang dilakukan. Setelah output distribusi tegangan pada frame yang berupa kontur warna pada geometri framedan/atau angka-angka yang menunjukkan besarnya tegangan pada tiap-tiap elemen didapatkan, kemudian dapat diperbandingkan apakah tegangan-tegangan yang terjadi pada tiap elemen telah melampaui tegangan maksimal yang diijinkan/yield point atau belum.

BAB III

HASIL PENELITIAN

3.1       FOOTSTEP HOLDER

Hasil simulasi dari berbagai pembebanan pada footstep holder dapat dilihat pada Tabel dibawah

Tabel 1.Hasil simulasi No	Kondisi pembebanan	Beban (N)	Teganganvon mises(MPa)	Defleksi (mm)	Faktor keamanan
1	Pengendara duduk dengan kaki bertumpu padafootstep	98,1	9,298	0,00829	>15
2	Pengendara berdiri kaki bertumpu padafootstep	343,35	32,54	0,02905	8,45
3	Motor jatuh kesamping	1265,49	233,7	0,6159	1,18
4	Footsteptertabrak dari belakang	2638,89	246,022	0,616	1,12
5	Footsteptertabrak dari depan	2638,89	203	0,592	1,35
6	Motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara	2638,89	468,9	1,32	0,59

Pada Tabel  memperlihatkan perbedaan berbagai hasil simulasi yang meliputi perbedaan tegangan von mises, defleksi dan faktor keamanan. Untuk hasil tegangan von mises maksimal yang paling tinggi pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara seperti terlihat pada Gambar berikut. Kondisi ini beresiko menyebabkan terjadinya patah pada bagian daerah lengan footstep holder.

Tegangan von mises maksimum pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara

Resiko yang dimaksud berdasarkan dari tegangan desain yang dihasilkan dari simulasi pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara (468,9MPa) dimana tegangan tersebut melampaui tegangan titik luluh pada material paduan aluminium 6061 (276MPa).

Defleksi maksimum pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara

Gambar di atas memperlihatkan defleksi maksimum yang paling tinggi pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara (1,32mm). Titik defleksi berada pada bagian ujung penjepit footstep. Titik defleksi ini terjadi didasarkan pada daerah yang diberi beban dan jarak beban pada daerah yang dijepit

Faktor keamanan minimum pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara

Gambar diatas memperlihatkan faktor keamanan minimum pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara (0,59) dimana titik kritis minimum berada didaerah penjepit dan lengan footstep holder. Hasil simulasi pada kondisi motor jatuh kesamping dengan dinaiki dua pengendara menunjukan antara tegangan von mises, defleksi dan faktor keamanan berbanding lurus. Ketika tegangan von mises dan defleksi menghasilkan nilai yang tinggi secara langsung faktor keamanannya juga menjadi kecil. Argumen tersebut didasarkan pada beberapa beberapa hasil simualasi yang telah dilakukan.

3.2       CONNECTING ROD

Setelah proses perhitungan dengan software Solidworks 2007 telah selesai sampai akhir, maka hasil analisis dan simulasi dapat diketahui yaitu nilai-nilai maksimum dan minimum yang dapat dilihat secara langsung pada tampilan Solidworks 2007. Sedangkan untuk hasil yang lebih detail dapat dilihat dalam stress analysis reportyang telah peneliti susun tersendiri dalam lampiran. Dari hasil analisa statik dengansoftware Solidworks 2007 dapat diketahui tegangan maksimal dan minimal yang terjadi pada struktur obyek yang dianalisa tersebut. 

Kondisi batang penghubung berada pada temperatur ruangan dimana motor dalam keadaan mati. Kondisi ini juga dapat digunakan untuk menguji kekuatan batang penghubung dalam keadaan normal sehingga dapat diketahui kekuatan batang penghubung tersebut menggunakan alat uji tarik. Diasumsikan batang penghubung mendapatkan tenaga dari hasil pembakaran motor sebesar 6 HP/Horse Power sehingga di konversikan menjadi 1325 Newton dan temperatur analisa batang penghubung adalah 27 °C.

Translation displacement

Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa besarnya perpindahan translasi maksimal pada deformasi gambar tersebut adalah 5,918-001 m. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan bentuk maksimal yang terjadi pada struktur batang penghubung baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C adalah sebesar 5,918-001 m dari bentuk awalnya yang ditunjukkan pada daerah yang berwarna merah.

Pada kondisi temperatur 27 °C dapat kita ketahui besarnya tegangan-tegangan yang terjadi pada setiap nodal (titik) seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Von Mises Stress connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Dari analisis tersebut dapat diketahui bahwa batang penghubung tersebut mengalami tegangan maksimal sebesar 4,911e+008 N/m2 yang berada pada daerah yang ditunjukkan pada gambar analisis dibawah ini.

Tegangan maksimal connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Tegangan minimal connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

BAB IV

KESIMPULAN

4.1       KESIMPULAN  CONNECTING ROD

Dengan menggunakan perangkat lunak dalam menganalisa, khususnya software Solidworks 2007 yang berbasis MEH, mempermudah dan menghemat waktu dalam menganalisa permasalahan struktur elemen.

Berdasarkan penelitian dan analisis yang penulis susun, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Hasil analisis menunjukkan bahwa tegangan maksimum yang terjadi masih berada dibawah harga dari yield strength.

2. Semakin besar harga yield strength terhadap tegangan maksimal maka struktur itu akan lebih aman digunakan.

4.2       KESIMPULAN FOOTSTEP HOLDER

            Berdasarkan analisa simulasi Autodesk Inventor Professional 2013 dihasilkan kesimpulan sebagai berikut:

1. Tegangan maksimum berada pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dua pengendara dan tegangan maksimum itu adalah 468,9MPa.

2. Defleksi maksimum terjadi pada kondisi pembebanan motor tertabrak dari belakang dengan hasil defleksi sebesar 1,32mm.

3. Faktor keamanan minimum terjadi pada kondisi pembebanan motor jatuh kesamping dengan dua pengendara dengan nilai 0,59.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Deni, 2013, Biker Rocker, https://www.campurtumpah.wordpress.com/footstep-honda-cb150r-patah/. Diakses : 5 Januari 2016, 13:22.

[2] Tawancy H.M., Hamid A. U., and Abbas N. M., 2004, Practical Engineering Failure Analisys, Marcel Dekker, Inc., 270 Madison Avenue, New York.

[3] Sambas A., 2011, Desain dan Pembuatan Coran Footstep Holder Sepeda Motor Honda Grand Astrea dengan Bahan AC12, Seminar Nasional Teknoin, Yogyakarta.

[4] Saidi R. 2006, Tegangan Maksimum Dudukan Stang Sepeda: Analisis dan Modifikasi Perancangan, Seminar Ilmiah Nasional Komputer dan Sistem Intelijen, Universitas Gunadarma, Depok.

[5] Abidin Z., dan Rama B. R., 2015, Analisa Distribusi Tegangan dan Defleksi Connecting Rod Sepeda Motor 100 CC Mengguanakan Metode Elemen Hingga, Jurnal Rekayasa Mesin, Universitas Sriwijaya.

[6] Waguespack C., 2014, Mastering Autodesk Inventor 2014 and Autodesk LT 2014, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030.

[7] Hurst S. K., 2006, Prinsip-Prinsip Perancangan Teknik, Erlangga, Jakarta.

[8] Logan, Daryl L, 1986, A First Course In The Finite Element Methode, Pws-Kent Publishing Company, Boston.

[9] Shigley Joseph E, Mitchell Larry D, Harahap Gandhi., 1984, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi ke empat, Jilid 1, Erlangga. Jakarta.

[10] ______, Material Property Data, www.efunda.com., Accessed April 2011

[11] _____, Material Property Data, www.matweb.com., Accessed April 2011

[12] Weaver .W.Jr., Johnston, P.R., 1993, Elemen Hingga Untuk Analisis Struktur, Edisi kedua, Eresco, Bandung.

[13] Popov, E.P., 1993, Mechanics of Material, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta.

[7] Uthami, A.Z., 2010, Solidworks Alat Bantu Merancang Komponen dengan Mudah, Modula, Bandung.