Infotekmesin Vol.
No.
Juli 2025 p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 DOI: 10.
35970/infotekmesin.
2807, pp.
Analisa Tegangan dan Deformasi Pada Desain Kursi Menggunakan Finite Element Method Dengan Variasi Pembebanan Didik Sugiono1*.
Suprapto2.
Yopan Rahmad Aldori3.
Supardi4 1.
Program Studi Teknik Mesin.
Universitas Qomaruddin 2.
Program Studi Teknik Mesin.
Universitas Negeri Medan 3.
Program Studi Teknik Mesin.
Universitas Medan Area 4Program Studi Teknik Mesin.
Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya 1Jln.
Raya Bungah No.
Kabupaten Gresik, 61152.
Indonesia 2Jl.
William Iskandar Ps.
Kenangan Baru.
Kabupaten Deli Serdang,20221.
Indonesia 3Jl.
Agus Salim Siregar.
Kenangan Baru.
Kabupaten Deli Serdang 20223.
Indonesia 4Jl.
Jl.
Semolowaru No.
Surabaya 60118.
Indonesia E-mail: didik@uqgresik.
id1, suprapto@unimed.
id 2, yopanrahmadaldori@staff.
supardi@untag-sby.
Abstrak Info Naskah:
Naskah masuk: 9 Juni 2025 Direvisi: 27 Juni 2025 Diterima: 11 Juli 2025 Proses manufaktur merupakan suatu kegiatan pengelolahan bahan baku menjadi produk guna meningkatkan nilai tambah.
Salah satu produk tersebut adalah furnitur kursi, untuk mengurangi kesalahan dan kegagalan dalam pembuatannya, maka perlu melakulakan eksperimen model prototipe terlebih dahulu.
Penelitian ini melakukan studi simulasi dan analisis pada desain kursi terhadap tegangan,deformasi dan safety factor menggunakan pendekatan metode Finite Element Method dengan bantuan software static structural ANSYS ADPL 18.
0 dimana desain kursi berbahan stainless steel 304, alumunium-T6.
HCP 30 polymer foam dalam satu struktur kursi dengan simulasi beberapa skenario pembebanan beban statis, kondisi batas, dan distribusi merata pada permukaan kursi.
Hasil simulasi menunjukkan distribusi tegangan maksimum .
on misses stre.
tertinggi adalah 3,5 Mpa pada tekanan 175 kg.
f, untuk nilai terendah 1,5 Mpa pada tekanan 5 Kg.
dan deformasi .
145x10O4 mm terjadi pada tekanan 175 Kg.
sedangkan nilai deformasi terendah yaitu 0.
621x10O5 terjadi pada tekanan 75 Kg.
Hal ini akibat pembebanan semakin meningkat seiring dengan gaya tekanan yang diberikan, akan tetapi masih berada posisi standar minimum safety factor untuk beban statis sehingga tidak merusak struktur geometri.
Abstract Keywords:
chair design.
finite element method.
von mises stress.
safety factor.
The manufacturing process is an activity of processing raw materials into products to increase added value.
One of these products is chair furniture.
to reduce errors and failures in its manufacture, it is necessary to do prototype model experiments first.
This research conducts a simulation study and analysis of the chair design on stress, deformation and safety factor using the Finite Element Method approach with the help of ANSYS ADPL 18.
0 static structural software where the chair design is made of 304 stainless steel, aluminum-T6.
HCP 30 polymer foam in one chair structure by simulating several static load loading scenarios, boundary conditions, and even distribution on the surface of the chair.
The simulation results show that the highest maximum stress distribution .
on misses stres.
5 Mpa at a pressure of 175 kg.
f, for the lowest value 5 Mpa at a pressure of 5 Kg.
f and a deformation .
145x10O4 mm occurs at a pressure of 175 Kg.
f, while the lowest deformation value of 0.
621x10O5 occurs at a pressure of 75 Kg.
This is due to the loading increasing along with the applied pressure force, but still in the minimum safety factor standard position for static loads, so as not to damage the geometric structure.
*Penulis korespondensi:
Didik Sugiono E-mail: didik@uqgresik.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pendahuluan Perkembangan teknologi desain dan manufaktur menciptakan peluang besar dalam menghasilakn produkproduk furnitur yang nyaman, aman dan tahan lama.
Produk kursi merupakan elemen furnitur yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, sehingga desain dan kualitas menjadi perhatian utama dalam industri manufaktur furnitur.
Pada fase ini pengembangan produk perlu langkah pengujian dan penyempurnaan menetapkan design seperti bentuk, demensi, dan karateristik produk sehingga mampu menahan beban pengguna secara terus-menerus .
Pengujian ini memerlukan produk sampel atau prototipe sehingga dapat memperkiraan produk dalam satu atau lebih dimensi yang sesuai standar .
Dalam proses ini, designer memiliki spesifikasi terhadap fungsi penggunaan, ergonomi, dan kekuatan produk yang telah ditetapkan menurut standartnya,kegagalan struktur kursi tidak hanya merugikan secara ekonomis, tetapi juga membahayakan keselamatan pengguna .
Para designer berusaha merancang dan menciptakan produk dengan menggunakan simulasi software perangkat lunak CAE guna mengetahui sifat pembebanan .
, tegangan .
, dan deformasi .
Salah satu metode yang terbukti efektif dalam menganalisis dan mengoptimalkan desain kursi adalah Finite Element Analysis (FEA).
FEA adalah teknik numerik yang digunakan untuk memodelkan dan menganalisis perilaku struktur dan komponen dalam berbagai kondisi, dengan membagi struktur menjadi elemen-elemen kecil yang saling terhubung.
FEA memungkinkan designer untuk mensimulasikan dan memprediksi bagaimana suatu struktur akan merespons berbagai beban, suhu, dan faktor lingkungan lainnya .
Dalam kontek desain kursi.
FEA dapat digunakan untuk menganalisis distribusi tegangan, deformasi, dan faktor keamanan dari berbagai desain kursi.
Sebagai contoh, penelitian yang dilakukan oleh Saputra dan Romahadi membandingkan dan menganalisis kekuatan desain kursi plastik dengan dan tanpa rusuk penguat menggunakan metode FEA, dimana model rusuk kotak memliki distribusi tegangan merata dan sefety factor yang lebih baik .
Penelitian yang mengevaluasi kinerja kursi kayu berbahan pohon pinus Scotch dan beech Oriental menggunakan metode FEM, hasil analisis menunjukkan bahwa kursi memenuhi standar beban desain yang diizinkan pada depan ke belakang, belakang ke depan, dan sandaran .
Studi ekperimen yang lain merancang kursi plastik dan menganalisis sifat mekaniknya melalui uji beban tinggi dengan metode FEM, hasil menunjukkan peningkatan ketebalan parameter struktural utama meningkatkan sifat keamanan kursi di bawah berbagai kondisi beban .
Sedangkan Studi lain mengeksplorasi desain kursi baja dengan simulasi berbagai skenario menggunakan FEA untuk memastikan bahwa kursi memenuhi standar ergonomis yang ketat, memberikan keselamatan dan kenyamanan pengguna dalam konfigurasi duduk dan meja .
Berdasarkan tinjuan penelitian sebelumnya, maka Peniliti melakukan studi pengujian simulasi dan analisis pada desain kursi menggunakan pendekatan metode Finite Element Method dengan bantuan pada software static structural ANSYS ADPL 18.
0 dimana desain kursi terbuat dari bahan stainless steel 304, alumunium-T6.
HCP 30 polymer foam dalam satu struktur kursi dengan simulasi beberapa skenario pembebanan beban statis, kondisi batas, dan distribusi merata pada permukaan kursi.
Hasil dari studi untuk mengetahui distribusi tegangan, deformasi, dan faktor keamanan produk sebelum diproduksi, sehingga memberikan rekomendasi desain yang lebih aman dan efisien secara struktural.
Metode Metode penelitian ini terdiri dari perancangan geometri kursi, penentuan parameter material, pembebanan kondisi batas, dan simulasi fenite element method sebagai proses pengambilan data.
1 Perancangan geometri kursi Desain kursi dirancang dengan mengunakan perangkat lunak solidworks yang demensi disesuaikan antropometri Kursi terdiri dari dudukan, tiang penyangga, dan lima penyangga kaki sebagai tumpuan tiang.
Material digunakan adalah stainless steel 304 untuk rangka dudukan sampai tiang penyangga, aluminium _T6 untuk kaki penyangga tiang menyatu, sedangkan HCP 30 polymer foam sebagai dudukan dalam satu struktur serta demensi ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1.
Desain geometri kursi 2 Penentuan parameter material Jenis material yang digunakan adalah stainless steel 304, aluminium _T6, dan HCP 30 polymer foam dengan kondisi karateristik parameter material yang tertera pada tabel 1, dimana parameter-parameter mekanik ini akan digunakan untuk mendefinisikan perilaku material dalam analisis structural, sehingga dapat menghitung respons struktur terhadap berbagai jenis beban, termasuk beban statis, dinamis, dan termal serta untuk memastikan bahwa semua parameter material di input dengan benar untuk mendapatkan hasil simulasi yang akurat.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Tabel 1.
Jenis dan parameter Material Jenis Material Sifat Mekanik
Stainless
Allumunium
HCP 30
_T6
PolymerFoam Densitas.
/c.
Position Ratio Modulus YoungAos (Gp.
Yeild Strength (Mp.
Tensile Strength (Mp.
Shear Modulus (Gp.
3 Pembebanan dan Kondisi batas Pembebanan yang digunakan dalam simulasi adalah beban statis merata pada permukaan dudukan dengan variasi pembebanan dan kondisi batas yang mencakup gaya tekanan dan titik tumpuan yang ditunjukkan pada tabel 2.
pembebanan yang diterapkan pada struktur dalam simulasi ini, yaitu gaya massa .
ass-forc.
dalam satuan kilogram gaya .
, akan tetapi tekanan yang diterapkan dalam satuan Pascal (P.
Pembebanan ini penting untuk menganalisis respons struktur terhadap berbagai kondisi Tabel 2.
Pembebanan yang Digunakan No Mass-force .
Applied Pressure (P.
Pre - Processing Stage Pre-Processing Stage merupakan proses persiapan simulasi guna membuat element data prototipe kursi spesifik pada Gambar 3, tujuannya untuk mengoptimalkan desain guna meningkatkan kinerja struktural dan kegunaan.
Gambar 3.
Desain Kursi Prototipe Simulasi .
Select Struktural dan Material Properties Selanjutnya membuka software Ansys APDL 18.
dengan prosedur antara lain.
Pendefinisian struktur dan material propertis pada toolbar untuk menentukan proses model analisa, kondisi material dan memasukkan parameter tiga macam jenis material yang tertera pada tabel 1.
Create Geometri Design Model To ANSYS Pembuatan permodelan geometri benda uji dibuat dalam modeling ANSYS, pertama membuat bentuk persegi empat, lalu membuat titik kunci dengan membagi garis NAoLn di tengah area dan di tengah area ditepatkan silinder.
Kemudian buat blok untuk membentuk kaki dan roda kursi.
Selanjutnya rekatkan volume untuk kesimetrian bentuk geometrinya seperti yang ditunjukkan pada gambar 4a, 4b, 4c, 4d, 4e dan 4f.
4 Pengambilan data Pengambilan data menggunakan simulasi dan analisis pada desain kursi menggunakan pendekatan metode Finite Element Method dengan bantuan software static structural ANSYS ADPL 18.
Berikut adalah langkah yang harus dilakukan untuk simulasi seperti yang ditunjukkan gambar Create the key points with divide the Lines N LnAos Create The block to built for feet on the chair .
Create the key points at the middle of the area .
create The feet on the chair .
Gambar 2.
Prosedur toolbar simulasi .
Berikut merupakan langkah yang harus dilakukan untuk simulasi:
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 regangan dan deformasi dengan persamaan tegangan didefinisikan sebagai berikut.
Create the key points at the middle of area the cylinde .
Glue the all volumes .
Gambar 4.
Desain Model geometri Benda Uji Select Fine Element Size Of Mesh Analysis Tipe elemen yang dipilih sesuai dengan model kursi dari segi material dan geometri yaitu element type solid Quadratic 10-node 187and dengan memilih free mesh with using global element size 0.
02 mm with Smart mesh pada software untuk membagi struktur menjadi elemen-elemen berhingga yang digunakan untuk perhitungan seperti tampak pada gambar 5.
Berikut:
( .
Keterangan.
E adalah tegangan (N/ mA).
F adalah gaya (N), m adalah massa .
, g adalah gravitasi .
/sA) A merupakan luas satuan permukaan yang mengalami pembebanan .
A), serta adalah tegangan Von Mises, merupakan Tensile Yield Strength (MP.
, dan safety Factor persamaan untuk regangan sebagai berikut.
Dimana.
A adalah nilai regangan, pertambahan panjang .
, dan L adalah Panjang benda mula-mula.
Untuk mengetahui nilai safety factor mengunakan persamaan sebagai berikut, serta nilai safety factor di atas 1.
ntuk beban Statis safety factor antara 1,25 Ae .
akan terhindar dari suatu kegagalan struktur.
Gambar 5.
Meshing Geometri Benda Uji Dimana, .
Applay Load and Boundry Condition Penerapan kondisi batas tekanan atau pembebanan dipermukaan dudukan dan tumpuan yang terletak pada kaki kursi, untuk, variasi pembebenan tercantum tabel 2, untuk memperoleh tegangan kursi yang diizinkan kemudian memploting hasil akhir yang ditetapkan seperti pada gambar 6a dan 6b.
adalah safety Factor s.
Tensile Yield Strength (Mp.
, dan adalah tegangan Von Mise.
Berdasarkan diskripsi diatas penelitian ini bertujuan menganalisa Deplacement dan Von Misses Stress dan kegagalan desain setiap pembebanan untuk tahap proses Post Ae Processing Stage Sedangkan tahap ketiga post-processing merupakan hasil perhitungan dan analisa setelah tahap processing stage dengan data kualitatif yang menampilkan parameter analisis von misses stress, displacement, dan safety factor .
Set the displacement on the area of chair .
Applied the pressure on the area .
Gambar 6.
Applay Load and .
Boundary condition .
Prosecessing Tahap kedua Prosecesing stage merupakan simulasi numerik .
dalam running simulation pada setiap tahapan yang mengunakan software ansys.
Menurut ShigleyAos, secara teori perumusan dan menganalisa geometri struktur material memperhatikan nilai tegangan.
Hasil dan Pembahasan Hasil simulasi menunjukan beberapa hasil antara lain von misses stress, pergeseran .
serta safety factor terhadap variasi pembebanan statis pada desain kursi dengan menggambarkan secara keseluruhan tegangan yang terjadi dan bagaimana tegangan itu terdistribusikan .
, data hasil simulasi sebagai berikut.
Von-Mises Stress Hasil simulasi pengujian von mises stress dari variasi pembebenan dijabarkan dengan gambar 7,8,9,10,11, dan 12 serta pada tabel 3.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 13.
Grafik Pembebanan vs Von Mises Stress Gambar 7.
Hasil Von Mises Stress Beban 75 kg.
Gambar 9.
Hasil Von Mises Stress Beban 115 kg.
Gambar 11.
Hasil Von Mises Stress Beban 155 kg.
No.
Gambar 8.
Hasil Von Mises Stress Beban 95 kg.
Gambar 10.
Hasil Von Mises Stress Beban 135 kg.
Gambar 12.
Hasil Von Mises Stress Beban 175 kg.
Dari hasil analisis metode elemen hingga pada tabel 3 dan gambar 13 secara jelas menunjukkan hasil distribusi tegangan maksimum .
on misses stre.
yang terjadi akibat pembebanan yang diberikan pada desain kursi meningkat dengan bertambahnya gaya tekanan yang diberikan dan nilainya dapat dilihat pada tabel 3 hingga gambar grafik Tegangan sebesar 3,5 MPa terjadi pada gaya tekanan 175 Kg.
f, sedangkan nilai tegangan maksimun terendah yaitu 1,5 MPa terjadi pada tekanan 75 Kg.
Hasil kondisi variasi gaya tekanan pada simulasi pengujian ini masih di bawah batas kekuatan luluh .
ield strengt.
sehingga memilki sifat elastis dan kondisi material tidak terjadi retakan .
di daerah tiang penyangga dan tumpuan kaki .
Displacemat Displacement atau deformasi hasil simulasi dari analisa struktur dengan menggunakan metode elemen hingga ditunjukkan dengan gambar 14,15,16,17,18 dan 19 serta pada tabel 4.
Gambar 14.
Hasil Displacement Beban 75 kg.
Gambar 15.
Hasil Displacemant Beban 95 kg.
Tabel 3.
Hasil simulasi Von Mises Stress Massa Force Applied presure Von Mises (Kg.
(P.
Stress (Mp.
Gambar 16.
Hasil Displacement Beban 115 kg.
Gambar 17.
Hasil Displacement Beban 135 kg.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 18.
Hasil displacement Beban 155 kg.
Gambar 19.
Hasil Displacement Beban 175 kg.
Selanjutnya, analisis faktor keamanan dilakukan untuk menentukan kelayakan dan tingkat keamanan rangka Analisis menunjukkan bahwa tegangan maksimum yang dihasilkan masih di bawah tegangan luluh dan deformasi pada material masih kecil dalam kondisi elastis sehingga kegagalan struktur tidak akan terjadi.
Hal ini sejalan dengan penelitian sebelunya dimana safety factor dipengaruhi oleh tegangan luluh, jika semakin besar nilai tegangan luluh material maka nilai safety factor yang didapat akan semakin besar yang berarti keadaan aman, dan sebaliknya semakin kecil nilai tegangan luluh material maka nilai safety factor juga akan semakin kecil yang mengakibatkan kegagalan struktur .
No.
Tabel 4.
Hasil simulasi Displacement Massa Applied Displacement Force(Kg.
presure (P.
621x10OAA 787x10OAA 869x10OAA 112x10OA 128x10OA 145x10OA Kesimpulan Hasil penelitian yang telah melalui proses analisis Finite Element method (FEM) menunjukkan distribusi tegangan maksimum .
on misses stre.
yang terjadi akibat pembebanan pada desain kursi semakin meningkat seiring dengan gaya tekanan yang diberikan.
Nilai tegangan maksimum tertinggi adalah 3,5 MPa pada tekanan 175 Kg.
f, sedangkan nilai tegangan maksimum terendah adalah 1,5 MPa pada tekanan 75 Kg.
serta nilai deformasi sebesar 145x10OA mm terjadi pada tekanan 175 Kg.
f, sedangkan nilai deformasi terendah yaitu 0.
621x10OAA terjadi pada tekanan 75 Kg.
Analisis kelayakan dan tingkat keamanan rangka kursi terjaga, disebabkan tegangan maksimum yang dihasilkan masih di bawah tegangan luluh dan deformasi pada material masih kecil dalam kondisi elastis dan masih berada posisi standar minimum safety factor untuk jenis beban statis sehingga kegagalan struktur geometri tidak akan terjadi.
Ucapan Terimakasih Dengan terselesainya penelitian ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Member of the Precision Engineering Laboratory.
Department of Mechanical Engineering,Chung Yuan Cristian University (CYCU).
Taiwan, dan temanteman sejawat .
atas dukungan serta bantuannya selama proses pengambilan data.
Gambar 20.
Pembebanan vs Displacement Sementara hasil data pergeseran .
desain kursi dapat dilihat pada tabel 4 dan gambar 20, hasil simulasi menunjukkan meningkatnya pembebanan yang diterapkan berdampak meningkatnya deformasi yang terjadi pada desain kursi, akan tetapi hasil deformasi bernilai kecil dan masih berada posisi standar minimum safety factor untuk jenis beban statis sehingga tidak merusak struktur geometri .
Disamping itu nilai deformasi akan dipengaruhi oleh modulus elastisitas material.
Jika nilai modulus elastisitas material tinggi akan menyebabkan deformasi yang lebih kecil, sebaliknya nilai modulus elastisitas material rendah akan menyebabkan deformasi yang lebih besar .
Dari tabel 4 dan gambar 20 menunjukkan nilai deformasi sebesar 0.
145x10OA mm terjadi pada tekanan 175 Kg.
f, sedangkan nilai deformasi terendah yaitu 0.
621x10OAA terjadi pada tekanan 75 Kg.
Safety Faktor
Daftar Pustaka