Akibat Jalan Berlubang Oleh: Muhammad Syakir Ihsan 2108100703 - PowerPoint PPT Presentation

Analisa Kekuatan Lengan Ayun pada Kendaraan Hybrid Roda Tiga Sapujagad ITS terhadap Beban Kejut Akibat Jalan Berlubang Oleh: Muhammad Syakir Ihsan 2108100703 Pembimbing: Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA

Latar Belakang

Rumusan Masalah • Distribusi tegangan • Kekuatan • Aman / tidak untuk digunakan

Batasan Masalah • Kendaraan HyVi Sapujagad • 2 orang penumpang @ 100 kg • Profil jalan sinusoidal dengan ketinggian 50 mm, 100mm, 150 mm dan 200 mm • Kecepatan kendaraan sebesar 100 km/jam • Ban menapak sempurna pada jalan • CG dan CP berhimpit • Gaya samping dan gaya angkat akibat angin diabaikan • Material yang digunakan bersifat isotropic • Tidak terjadi perubahan temperatur pada lingkungan • Tipe analisa yang digunakan adalah transient structural

Tujuan Penelitian • Mengetahui distribusi tegangan pada lengan ayun akibat jalan berlubang • Mengetahui keamanan dari lengan ayun

Perkembangan Kendaraan Roda Tiga • Konfigurasi Delta : 1 roda depan + 2 roda belakang • Konfigurasi Tadpole/Reverse-trike 2 roda depan + 1 roda belakang

Material Lengan Ayun Aluminium Alloy tipe 6061 – O dengan ketebalan plat 3 mm Sifat fisik material: • Kepadatan : 2,7 g/mm • Kekerasan Brinnel: 30 • UTS : 124 MPa • YTS : 55,2 MPa • Modulus Elastis : 68,9 Gpa • Poissons Ratio : 0,333 • CTE : 23,6 μ m/m. 0 C

Spesifikasi Teknis HyVI Sapujagad Dimensi Panjang 3300 mm Lebar 1700 mm Tinggi 1200 mm Ground Clearance 200 mm Wheel Base 2200 mm Track Width 1400 mm Diameter Roda 560 mm Berat Massa kendaraan 284,358kg Masa penumpang 100kg x 2 orang Massa total 484,358kg Berat total 4751,55N Aerodinamika Luasan Frontal (Af) 1,7 m 2 Massa Jenis Udara 1,23 kg/m 3 Koefisien Drag 0,3

Spesifikasi Teknis HyVI Sapujagad Roda Jumlah roda 3 Jenis ban Radial Jari-jari roda 280 mm Kekakuan ban 172754,1 N/m Suspensi Roll center 0,26 m Suspensi depan 50.722,16 N/m Suspensi belakang 58.525,57 N/m Posisi center of gravity Posisi a 0,9 m Posisi b 1,3 m Posisi h 0,55 m

Penentuan Titik Berat Kendaraan Posisi Longitudinal 𝑿 = 𝑿 𝒈 + 𝑿 𝒔 𝒃 = 𝒃 + 𝒄 𝑿 𝒔 𝑿 𝒈 + 𝑿 𝒔 𝒃 + 𝒄 𝑿 𝒈 𝐜 = 𝑿 𝒈 + 𝑿 𝒔

Gaya Hambat Udara 𝐺 𝑒 = 1 2 . 𝐵 𝑔 2 𝐷 𝑒 .  . 𝑊 𝑏

Lateral Transfer Load Fc cos α Wr z 𝑮 𝒜𝒔 = 𝑿 𝒔 y Fz

Longitudinal Transfer Load 𝑮 𝒕𝒈 = 𝟑𝒍 𝒕𝒈 . 𝒃. 𝒕𝒋𝒐 𝝎 𝑮 𝒕𝒈 = 𝒍 𝒕𝒈 . 𝒄 . 𝝎 𝑮 𝒅 𝐭𝐣𝐨 𝜸 − 𝑮 𝒆 . 𝒔 𝒅 𝝎 = 𝒍 𝒕𝒔 . 𝒄 𝟑 + 𝟑𝒍 𝒕𝒈 . 𝒃 𝟑 − 𝑿. 𝒔 𝒅 𝑮 𝒅 𝐭𝐣𝐨 𝜸 − 𝑮 𝒆 . 𝒔 𝒅 + 𝑿. 𝒔 𝒅 . 𝝎 𝑮 𝒅 . 𝐭𝐣𝐨 𝜸 − 𝑮 𝒆 . 𝒊 𝑮 𝒜𝒔 = − + 𝒃 + 𝒄 𝒃 + 𝒄

Total Gaya Vertikal pada Roda Belakang 𝑮 𝒅 . 𝒕𝒋𝒐 𝜸 − 𝑮 𝒆 . 𝒊 + 𝑮 𝒅 𝒕𝒋𝒐 𝜸 − 𝑮 𝒆 . 𝒔 𝒅 + 𝑿. 𝒔 𝒅 . 𝝎 𝑮 𝒜𝒔 = 𝑿 𝒔 − 𝒃 + 𝒄 𝒃 + 𝒄

Gaya Impact Akibat Lubang 𝐼 𝑝 = 𝐽 𝑞 𝑠 + 𝑛 𝑠 . 𝑠 − 𝑙 . 𝑤 1 ′ = 𝐽 𝑞 𝑠 + 𝑛 𝑠 . 𝑠 . 𝑤 1 ′ 𝐼 𝑝 𝑤 1′ = 𝐽 𝑞 + 𝑛 𝑠 . 𝑠. 𝑠 − 𝑙 𝑤 1 𝐽 𝑝 ′ − 𝑤 1𝑦 𝐺 𝑗𝑛𝑞𝑌 . 𝑢 = 𝑛 𝑠 . 𝑤 1𝑦 ′ − 𝑤 1𝑨 𝐺 𝑗𝑛𝑞𝑎 . 𝑢 = 𝑛 𝑠 . 𝑤 1𝑨

Gaya Impact Akibat Lubang 1 2 . 𝐽 𝑝 . 𝜕 12 = 1 2 . 𝐽 𝑝 . 𝜕 1 ′ 2 + 1 2 . 𝑙 𝑡𝑔 𝑐𝑏𝑜 . 𝑦 2 𝑏 𝑦 = 𝑤 𝑦 ′ 2 − 𝑤 𝑦 2 2. 𝑦. cos 𝛽 𝑢 = 𝑤 𝑦 ′ − 𝑤 𝑦 𝑏 𝑦

Gaya Impact Akibat Lubang

Teori Kegagalan Teori Kegagalan Tegangan Geser Maksimum: 𝑻𝒛𝒕 𝑶 atau 𝝊 𝒏𝒃𝒚 ≤ 𝑻𝒗𝒕 𝝊 𝒏𝒃𝒚 ≤ 𝑶 Teori Kegagalan Maximum Distorsion Energy Theory(Von Misses) 𝑻 𝒛𝒒 ≥ 𝟐 𝟐 𝟑 𝝉 𝟐 − 𝝉 𝟑 𝟑 + 𝝉 𝟑 − 𝝉 𝟒 𝟑 + 𝝉 𝟒 − 𝝉 𝟐 𝟑 𝟑

Prosedur Penelitian • Melakukan studi literature tentang kendaraan roda tiga dan perkembangannya • Membuat permodelan lengan ayun menggunakan CAD Software • Melakukan perhitungan gaya-gaya yang akan diterima oleh lengan ayun • Melakukan simulasi pengujian lengan ayun menggunakan FEA Software • Melakukan plotting hasil simulasi pengujian • Menganalisa hasil simulasi pengujian • Mengambil kesimpulan mengenai hasil analisa yang didapatkan

Flow Chart Penelitian Masukkan model Start Plotting hasil CAD software ke dalam FEA software Studi Literatur Analisa hasil simulasi Perhitungan gaya- gaya yang diterima Data oleh model kendaraan Finish Permodelan rangka lengan ayun menggunakan CAD Software

Flow Chart Perhitungan Gaya Start Menghitung Gaya Reaksi pada Mencari Perubahan Ban Belakang akibat Tambahan Ketinggian Lengan Ayun Beban Impact Data kendaraan Menghitung Gaya Reaksi pada Plot Hasil Ban Belakang Perhitungan Menghitung CG Menghitung Gaya Menghitung Gaya Momen pada Finish Dorong kendaraan (Fc, Mr, Mp, Fd)

Flow Chart Simulasi Start Finish Input Plotting model hasil Material properties Analisa hasil Simulasi transient structural

Contoh Perhitungan • Berat roda depan 𝑋.𝑐 𝑋 𝑔 = 𝑏+𝑐 4751,55𝑂 . 1,3𝑛 𝑋 𝑔 = = 2807,735𝑂 2,2𝑛 • Berat roda belakang 𝑋.𝑏 𝑋 𝑠 = 𝑏+𝑐 𝑠 = 4751,55𝑂 . 0,9𝑛 𝑋 = 1943,817𝑂 2,2𝑛

Contoh Perhitungan • Gaya hambatan angin 𝐺 𝑒 = 1 2 . 𝐵 𝑔 2 𝐷 𝑒 .  . 𝑊 𝑏 2 𝐺 𝑒 = 1 2 . 0,3 . 1,23 𝑙𝑕 𝑛 3 . 27,778 𝑛 . 1,7𝑛 2 𝑡 𝐺 𝑒 = 242,01 𝑂 • Menhitung sudut angguk 𝐺 𝑑 sin 𝛾−𝐺 𝑒 .𝑠 𝑑 sin 𝜔 = 𝑙 𝑡𝑠 .𝑐 2 +2𝑙 𝑡𝑔 .𝑏 2 −𝑋.𝑠 𝑑 0−242,01𝑂 .0,26𝑛 sin 𝜔 = 28.526,57𝑂/𝑛. 1,3𝑛 2 +2.50.722,16𝑂/𝑛. 0,9𝑛 2 −4751,55𝑂.0,26𝑛 sin 𝜔 = −0,00035

Contoh Perhitungan • Gaya reaksi pada ban belakang 𝐺 𝑑 .sin 𝛾−𝐺 𝑒 .ℎ 𝐺 𝑑 sin 𝛾−𝐺 𝑒 .𝑠 𝑑 + 𝑋.𝑠 𝑑 .sin 𝜔 𝐺 𝑨𝑠 = 𝑋 𝑠 − + 𝑏+𝑐 𝑏+𝑐 𝐺 𝑨𝑠 = 1943,81𝑂 − −242,01𝑂 .0,55𝑛+ −242,01𝑂 .0,26𝑛+ 4751,55𝑂.0,26𝑛.−0,00035 2,2𝑛 𝐺 𝑨𝑠 = 2033,38𝑂

Gaya Impact • Momen inersia ban pada titik pusat 1 2 . 𝑛 𝑠 . 𝑠 2 = 1 𝑋 𝑕 . 𝑠 2 𝑠 𝐽 𝑞 = 2 . 2 . 1943,817𝑂 1 9,81𝑛 𝑡 2 . 0,28𝑛 2 𝐽 𝑞 = 𝐽 𝑞 = 7,77𝑂𝑛/𝑡 2 • Momen inersia ban ketika menggelinding 𝐽 𝑝 = 𝐽 𝑞 + 𝑛 𝑠 . 𝑠 2 7,77𝑂𝑛 𝑡 2 + 1943,817𝑂 9,81𝑛 𝑡 2 . 0,28𝑛 2 𝐽 𝑝 = 𝐽 𝑝 = 23,3𝑂𝑛/𝑡 2

Gaya Impact • Kecepatan setelah tumbukan 𝐽𝑞 𝑠 +𝑛 𝑠 . 𝑠−𝑙 𝐽 𝑞 +𝑛 𝑠 .𝑠. 𝑠−𝑙 𝑤 1′ = 𝑤 1 = 𝑤 1 𝐽𝑞 𝐽 𝑝 𝑠 +𝑛 𝑠 .𝑠 7,77𝑂𝑛/𝑡 2 + 1943,817𝑂 9,81𝑛 𝑡2 .0,28𝑛. 0,28𝑛−0,05𝑛 𝑤 1′ = . 27,778𝑛/𝑡 23,3𝑂𝑛/𝑡 2 𝑤 1′ = 24,47𝑛/𝑡 ′ ′ . cos 𝛾 𝑤 1𝑦 = 𝑤 1 = 24,47 𝑛 𝑡 . cos 34,77 0 = 20,1𝑛/𝑡 ′ 𝑤 1𝑦 ′ = 𝑤 1 ′ . sin 𝛾 𝑤 1𝑨 ′ = 24,47 𝑡 . sin 34,77 0 = 13,95𝑛/𝑡 𝑛 𝑤 1𝑨

Gaya Impact • Waktu tumbukan 𝐽 𝑝 .𝜕 12 −𝐽 𝑝 .𝜕 1 ′ 2 ∆𝑦 = 𝑙 𝑡𝑔 𝑐𝑏𝑜 2 2 23,3𝑂𝑛/𝑡 2 . 27,778𝑛/𝑡 −23,3𝑂𝑛/𝑡 2 . 24,47𝑛/𝑡 0,28𝑛 0,28𝑛 ∆𝑦 = = 0,55m 172.754,1𝑂/𝑛 𝑤 𝑦 ′ 2 −𝑤 𝑦2 .cos 𝛽 𝑏 𝑦 = 2.𝑦 27,778𝑛 𝑡 2 .cos 55,23 0 20,1𝑛 𝑡 2 − = −192,23𝑛/𝑡 2 𝑏 𝑦 = 2.𝑦 𝑢 = 𝑤 𝑦 ′−𝑤 𝑦 = 20,1𝑛/𝑡−27,778𝑛/𝑡 = 0,04𝑡 −192,23𝑛/𝑡 2 𝑏 𝑦

Gaya Impact • Gaya impact ′ −𝑤 1𝑦 𝑛 𝑠 . 𝑤 1𝑦 𝐺 𝑗𝑛𝑞𝑌 = 𝑢 1943,817𝑂 9,81𝑛 𝑡2 . 20,1𝑛/𝑡−27,778𝑛/𝑡 𝐺 𝑗𝑛𝑞𝑌 = = −38090,31𝑂 0,04𝑡 ′ −𝑤 1𝑨 𝑛 𝑠 . 𝑤 1𝑨 𝐺 𝑗𝑛𝑞𝑎 = 𝑢 1943,817𝑂 9,81𝑛 𝑡2 . 13,96𝑛/𝑡−0𝑛/𝑡 𝐺 𝑗𝑛𝑞𝑨 = = 69247,31𝑂 0,04

Hasil Perhitungan Kecepatan Kedalama Gaya sebelum Waktu Gaya impact kendaraan n Lubang impact impact F impX F impZ 27,778 m/s 0,05 m 2.033,38 N 0,04 s 38.090,31 N 69.247,31 N 27,778 m/s 2.033,38 N 0,1 m 0,047 s 59.642,28 N 68.223,17 N 27,778 m/s 2.033,38 N 0,15 m 0,055 s 69.882,14 N 56.717,04 N 27,778 m/s 2.033,38 N 0,2 m 0,064 s 72.969,91 N 45.075,74 N

Hasil Perhitungan ketika Defleksi Ban Maksimal Kecepatan Kedalama Gaya sebelum Waktu Gaya impact kendaraan n Lubang impact impact F impX F impZ 5,953 m/s 0,05 m 1947,93 N 0,04 s 8.501,78 N 15.456,05 N 4,35 m/s 1946,01 N 0,1 m 0,045 s 9.725,95 N 11.125,26 N 3,678 m/s 1945,39N 0,15 m 0,053 s 9.635,85 N 7820,55 N 3,307 m/s 1945,09 N 0,2 m 0,062 s 9047,59 N 5340,99 N

Input Model

Input Material Properties • Kepadatan : 2,7 g/mm 3 • Ultimate tensile strength : 124 MPa • Yield tensile strength : 55,2 MPa • Modulus of Elasticity : 68,9 GPa • Poissons ratio : 0,333 • CTE : 23,6 μm /m. o C • Temperatur referensi : 22 o C