Jurnal Flywheel September 2024 - Vol.
15 No.
2, hal.
e-ISSN: 2745-7435 p-ISSN: 1979-5858 Analisis Shaft Piston Rod Shock Absorber dengan Material Baja Karbon Menggunakan Finite Element Method Agus Dwi Putra1, *.
Bella Cornelia Tjiptady2.
Dewi Izzatus Tsamroh3.
Yayi Febdia Pradani3.
Dimas Hani Saputra4 Politeknik Negeri Malang Universitas Islam raden Rahmat Malang Universitas Negeri Malang Program Sarjana Teknik Mesin.
Universitas Islam Raden Rahmat Malang
Kata kunci
ABSTRAK
Shock absorber Shaft piston rod Finitie element method Baja karbon Shock merupakan komponen yang berperan dalam sistem kenyamanan berkendara.
Fungsi dari shock itu sendiri adalah untuk meredam segala kejuatan di medan jalan.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengsimulasikan shock kendaraan X yang mengalami patah.
Material yang digunakan dalam pembuatan shock adalah baja karbon sedangkan metode yang digunakan dalam penelitian ini meliputi pembuatan desain model geometri shock absorber dan simulasi dengan finite element method.
Finite element method dimaksudkan utnuk menganalisis von mises stress, strain dan safety Hasil analisis menunjukkan bahwa von mises stress maksimum sebesar 100,7 N/mA dan strain maksimum sebesar 0,0000000003515 mm, serta safety factor yang dihasilkan mencapai 2.
Corresponding author:
Agus Dwi Putra .
mail: agusdput@gmail.
Diterima: 5 Maret 2024 Disetujui: 27 Juli 2024 Dipublikasikan: 30 September 2024 Pendahuluan Persaingan pasar di dunia industri otomotif saat ini sangat ketat, hal ini disebabkan banyaknya industri otomotif di dunia .
Industri otomotif merupakan sektor yang terus berkembang dengan pesat seiring dengan tuntutan akan kinerja dan keamanan kendaraan.
Salah satu komponen kritis dalam sistem suspensi kendaraan yaitu shock absorber atau peredam kejut .
Shaft piston rod pada shock absorber memiliki peran penting dalam menjaga stabilitas dan kenyamanan berkendara.
Oleh karena itu, analisis mendalam terhadap kekuatan struktural komponen ini menjadi esensial untuk memastikan kinerja optimal dan keamanan penggunaan .
Pada penelitian ini terdapat khasus mengenai kendaraan A berjenis roda dua yang mengalami retak bahkan patah pada shaft piston rod akibat medan jalan yang terlalu ekstrem.
Salah satu cara untuk memecahkan masalah ini adalah dengan melakukan analisis simulasi agar didapatkan hsail yang valid mengenai kinerja shaft piston shock absorber.
Pendekatan simulasi yang dapat diterpkan pertama kali yaitu pemodelan gesekan pada peredam kejut, yang bertujuan untuk berkontribusi pada bidang penelitian tentang gesekan yang tidak diinginkan .
Bahan konstruksi pada shaft piston rod memegang peranan krusial dalam menentukan kehandalan dan daya tahan komponen tersebut .
Penggunaan bahan 1023 Carbon steel Sheet (SS) menjadi subjek kajian karena sifat mekanisnya yang unggul, khususnya dalam konteks kekuatan dan ketahanan terhadap beban dinamisi.
Pemilihan bahan ini diharapkan dapat meningkatkan performa dan umur pakai shaft piston rod, sehingga menghasilkan produk shock absorber yang lebih efisien dan handal.
Agus dkk .
berpendapat bahwa Carbon Steel mempunyai tingkat kekuatan yang tinggi dan salah satu komponen material kuat di muka bumi.
Carbon steel juga sering digunakan sebagai bahan kaki-kaki kendaraan besar .
sehingga cocok untuk diterapkan pada shaft piston shock absorber karena shock absorber merupakan komponen kaki-kai kendaraan Journal homepage: https://ejournal.
id/index.
php/flywheel/ Bella Cornelia Tjiptady.
Agus Dwi Putra.
Dewi Izzatus Tsamroh.
Yayi Febdia Pradani.
Dimas Hani Saputra Meskipun berbagai penelitian telah dilakukan terkait analisis kekuatan shaft piston rod, aplikasi bahan 1023 Carbon steel Sheet (SS) pada konteks ini masih relatif baru dan belum sepenuhnya dieksplorasi .
Oleh karena itu, penelitian ini diarahkan untuk memberikan pemahaman yang lebih mendalam mengenai kinerja mekanis shaft piston rod shock absorber yang menggunakan bahan tersebut.
Analisis ini melibatkan pemodelan matematis dan simulasi numerik guna memahami respons struktural shaft piston rod terhadap beban Dalam penelitian ini, memiliki pemahaman yang mendalam terhadap karakteristik kekuatan struktural shaft piston rod dengan menggunakan bahan 1023 Carbon steel Sheet (SS) dapat memberikan kontribusi positif terhadap pengembangan desain produk dalam industri otomotif.
Hasil analisis yang akurat dapat menjadi dasar bagi perancangan produk yang lebih efisien dan andal, serta memperkuat daya saing industri otomotif di pasar global yang semakin kompetitif.
Oleh karena itu, penelitian ini diharapkan dapat menjadi pijakan awal untuk inovasi dan pengembangan lebih lanjut dalam desain komponen suspensi kendaraan.
Tujuan dari penelitia ini meliputi analisis pengaruh pegujian tegangan .
train von mise.
, regangan, dan safety factor pada piston rod shock absorber dengan bahan 1023 Carbon steel Sheet (SS) terhadap kekuatan struktural shaft Metode Penelitian Model Geometri Penyelesaian masalah pada penelitian ini menggunakan teorema metode elemen hingga atau sering dikenal dengan finite element method.
Pemodelan geometri merujuk pada Shock absorber tipe kendaran A yang mana pada khasus ini mengelami retak atau patah.
Langkah awal penelitian ini yaitu studi kasus dan dilanjutkan dengan pembuatan model geometri shaft piston shock absorber.
Model geometri shaft piston shock absorber dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 1 Model shaft piston shock absorber Adapun pembuatan model dengan memanfatkan software SolidWorks Premium 2016 SP 0.
model pada shaft shock absorber ini merujuk pada dimensi nyata shock absorber kendaraan A.
Jurnal Flywheel: September 2024 Material properties Pada bahan material 1023 carbon steel sebagai standar AISI/SAE untuk baja karbon, maka baja tersebut umumnya memiliki sekitar 0.
26% karbon.
Berikut ini sifat material umum untuk baja karbon dalam asumsi memiliki kekuatan tarik (Tensile Strengt.
biasanya berkisar antara 370 - 440 MPa.
Tingkat kekerasan (Hardnes.
bisa berkisar antara 120-170 Brinell dengan kekuatan lendutan (Yield Strengt.
memiliki asumsi sekitar 235 MPa.
Elongasi (Elongatio.
ini biasanya sekitar 25-30%.
Pada tingkat ketangguhan (Toughnes.
baja karbon ini memiliki ketangguhan yang baik, tetapi tidak sebaik baja paduan Dengan densitas yang berkisar 7.
g/cmA dan memiliki titik lebur yang tergantung pada komposisi spesifik, tetapi bisa berkisar antara 1425 1540AC.
Gambar 2.
dibawah ini merupakan material properties untuk bahan 1023 baja karbon.
Gambar 2 Material properties shock absorber Analisis Merujuk pada referensi yang ada maka penetapan besaran beban yang ditangguhkan sebesar 150 N pada shock absorber ini.
Beban 150 N diakumulasikan untuk di analisis dengan luaran berupa analisis statis tegangan, regangan, dan safety factor.
Stress mengacu pada gaya yang bekerja pada suatu area atau objek tertentu.
Secara sistematis, stress (E) didefinisiskan sebagai gaya (F) yang bekerja pada suatu benda dibagi dengan luas penampang (A) dimana gaya tersebut bekerja.
Rumusnya sebagai berikut:
Selanjutnya analisis Strain merupakan perubahan relatif panjang suatu benda akibat beban yang Strain .
dihitung dengan membagi perubahan panjang .
L) oleh panjang aslinya (L.
Rumusnya sebagai berikut:
Serta Safety Factor merupakan rasio antara kekuatan suatu material atau struktur dengan beban yang Merepresentasikan seberapa besar suatu struktur "aman" dari potensi kegagalan.
Rumus Safety Factor sebagai berikut:
Bella Cornelia Tjiptady.
Agus Dwi Putra.
Dewi Izzatus Tsamroh.
Yayi Febdia Pradani.
Dimas Hani Saputra Diagram alir Adapun proses dalam penelitian ini akan dituangkan elbih detail dan terperinci dalam diagram alir gambar 3 berikut.
Gambar 3.
Diagram alir penelitian Hasil dan Pembahasan Hasil dam pembahasan pada penelitian ini disajikan dalam beberapa bagaian yang mana akan diuraikan sebagai berikut.
Static stress von mises Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak solidworks premium 2016 sp04 dimana diperoleh tegangan .
tress von mise.
, regangan.
, perpindahan .
dan faktor keamanan .
actor of safet.
dengan memakai bahan carbon steel sheet (SS) dan dilakukan kekuatan uji beban 150 N terlebih dahulu, supaya digunakan data output untuk software solidworks.
sehingga didapat kekuatan shaft piston rod sebagai Jurnal Flywheel: September 2024 Gambar 4 Hasil simulasi von mises stress Pada gambar 4 diatas perlakuan beban pada shaft piston rod dengan menggunakan material bahan carbon steel sheet .
diketahui bahwa hasil deformasi atau tegangan .
maksimum sebesar 1.
007 x 10A atau sekitar 100,7 N/mA, sedangkan tegangan minimumnya sebesar 0.
01518 N/mA.
hasil tersebut dapat diperoleh dalam teorema matematis dengan menerapkan persamaan stress von mises berikut.
Karena memiliki tegangan maksimum sebesar 100.
7 N/mA, dan tegangan minimum sebesar 0.
N/mA, maka dapat diganti dengan nilai ini kedalam rumus von mises sebagai berikut:
Jadi, hasil tegangan .
tress von mise.
yang diperoleh sekitar 100.
708 N/mA, dari tegangan maksimum (Yield Strengh.
000 N/mA.
Hasil nilai tegangan dari shaft piston rod masih aman digunakan, karena tidak melebihi batas yang diijinkan.
Jika melebihi batas yang diijinkan, maka material bahan akan mengalami deformasi yang permanen.
Kekuatan struktur material bahan 1023 carbon steel sheet .
tergolong mampu dan sangat kuat untuk digunakan pada shaft piston rod shock absorber.
Regangan .
tatic strai.
Hasil analisis strain pada shaft piston rod shock absorber menunjukkan total Strain Equivalent atau Strain Energy (ESTRN) maksimal sebesar 3.
tersebut yang dapat diketahui pada gambar 5 dibawah ini (ESTRN) berwarna merah, diketahui terjadi Equivalent akibat adanya pemberian beban pada struktur Bella Cornelia Tjiptady.
Agus Dwi Putra.
Dewi Izzatus Tsamroh.
Yayi Febdia Pradani.
Dimas Hani Saputra pada shaft piston rod shock absorber .
orce 150 N) yang diberikan.
Sehingga perpindahan nilai minimumnya yaitu 2.
,00000000000002.
Strain Energy.
Dibawah ini merupakan gambar 2 yang menunjukkan pengujian regangan .
pada shaft piston rod dengan beban 150 N.
Gambar 5 Hasil analisis strain Hasil Static Strain Force pada Gambar 5 dengan gaya sebesar 150 N.
Shaft Piston Rod memiliki skala deformasi sebesar 3.
Dengan hasil perhitungan numerik dibawah ini yang menggunakan rumus static strain.
Hasil nilai regangan yang diperoleh sebesar 8.
937 x 10-9 dari regangan maksimum sebesar 3.
515 x 10-10 dan strain minimum sebesar 2.
674 x 10-14 dengan beban 150 Newton yang diujikan pada shaft psiton rod serta dengan skala deformasi sebesar 3.
93387 x 10-8 yang diperoleh dari pengujianstruktur tersebut.
Faktor keamanan Menurut Andoko dkk .
analisis kekuatan struktur yang berupa perhitungan safety factor akan ditampilkan pada setiap analisis yang dilakukan.
Perhitungan safety factor menggunakan persamaan, yaitu Berdasarkan nilai dari factor of safety pada pembebanan 150 N dengan perhitungan numerik pada Jurnal Flywheel: September 2024 simulasi yaitu shaft piston rod memiliki nilai Factor Of Safety (FOS) terbesar 2.
000 dan nilai terkecil 862 x 1010.
Pada gambar 6 yang ditunjukkan dibawah ini safety of factor memiliki FOS distribution 8 x 106.
Perhitungan numerik pada analisis faktor keamanan akan dilakukan dengan menggunakan rumus faktor keamanan yang sudah dibuat.
Hasil nilai FOS akan diketahui, jika perhitungan numerik dilakukan dengan benar.
Gambar 6 Hasil analisis safety factor Dapat diketahui bahwa dari tegangan maksimum (Yield Strengh.
pascal (P.
atau 000 N/mA dan tegangan .
maksimum sebesar 1.
007 x 10A atau sekitar 100,7 N/mA.
Nilai FOS sudah terlihat pada gambar 4.
4 saat pengujian safety of factor dilakukan.
Untuk menghitung safety of factor menggunakan perhitungan numerik dengan rumus sebagai berikut.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan dalam perhitungan numerik diketahui bahwa ketentuan hasil safety of factor tidak melebihi dari nilai yield strenght, sehingga struktur material aman dan bisa digunakan untuk shaft piston rod pada shock absorber.
Kesimpulan Hasil analisis menunjukan bahwa simulasi dengan finite element method menghasilkan von mises stress, maksimum sebesar 100,7 N/mA dan strain maksimum sebesar 0,0000000003515 mm, serta safety factor yang dihasilkan mencapai 2.
Hasil ini menunjukkan bahwa baja karbon dapat dijadikan kandidat sebagai opsi material dalam mebuatan shaft piston shock absorber.
Hasil safety factor juga menunjukkannbahwa material baja karbon sangat aman untuk digunakan dalam bahan pembuatan shaft piston shock absorber.
Bella Cornelia Tjiptady.
Agus Dwi Putra.
Dewi Izzatus Tsamroh.
Yayi Febdia Pradani.
Dimas Hani Saputra
Referensi