JEECAE : Journal of Electrical.
Electronic.
Control and Automotive Engineering Vol.
No.
September Tahun 2025, hal 17-22 p-ISSN : 2541-0288 e-ISSN : 2528-0708 JOURNAL OF ELECTRICAL.
ELECTRONIC.
CONTROL AND
AUTOMOTIVE ENGINEERING (JEECAE)
Homepage jurnal: http://journal.
ANALISA KEKUATAN BEBAN TERHADAP DESAIN STRUKTUR RANGKA BUS
MEDIUM MENGGUNAKAN FINITE ELEMEN METHOD
Andhika Octa Setiawan1.
Imam Basuki2.
Yoga Ahdiat Fakhrudi3
1,2,3
Jurusan Teknik.
Politeknik Negeri Madiun.
Indonesia *Email Responden : andhikaae1945@gmail.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan analisis kekuatan desain struktur rangka bus medium menggunakan metode elemen hingga (FEM).
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil simulasi untuk tegangan von misses stress, defleksi dan safety factor dari pembebanan kondisi vertical dengan variasi berat normal dan maksimal pada desain struktur rangka bus medium.
Metode penelitian yang digunakan adalah metode research and development.
Penelitian ini dilakukan dengan tahapan awal berupa studi pendahuluan untuk memahami penelitian terdahulu dan kondisi lapangan yang relevan.
Selanjutnya, dilakukan perumusan permasalahan, penyusunan metode penelitian, pengumpulan data dan simulasi menggunakan metode elemen hingga, evaluasi dan analisis hasil penelitian, serta penyusunan laporan penelitian.
Hasil penelitian analisa kekuatan beban terhadap von misses stress, defleksi dan safety factor desain struktur rangka bus medium.
pada kedua variasi dikatakan aman dikarenakan hasil berada di atas standar yang berlaku.
Hasil von misses stress berurutan dari variasi berat normal yaitu 215,75 MPa, serta untuk variasi berat maksimal yaitu 228,04 MPa.
Hasil defleksi berurutan dari variasi berat normal yaitu 3,2902 mm dan untuk variasi berat maksimal yaitu 3,4779 mm.
Sedangkan hasil safety factor berurutan dari variasi berat normal yaitu 1,4138, dan untuk variasi berat maksimal yaitu 1,3375.
Hasil tersebut menyimpulkan bahwa struktur rangka bus aman dengan maksimal penumpang yang bisa ditampung oleh rangka bus medium adalah 37 penumpang melebihi penumpang pada berat normal yaitu 32 penumpang atau menambah 5 penumpang.
Kata Kunci : Rangka.
Metode Elemen Hingga.
Pembebanan Vertikal.
Von Misses Stress.
Defleksi.
Safety Factor.
PENDAHULUAN
Transportasi massal merupakan sistem transportasi yang lazim digunakan di kota-kota besar.
Salah satu bentuk transportasi massal yang digunakan dan mudah ditemui pada zaman sekarang yaitu bus.
Melihat fungsi dari bus yang digunakan untuk mengangkut penumpang dalam jumlah banyak, maka sangat penting untuk memperhatikan keselamatan penumpangnya .
Oleh karena itu, bus medium ini dituntut memiliki struktur rangka yang berkemampuan cukup memadai sehingga tidak mengalami kerusakan yang disebabkan oleh beban operasinya.
Banyak penelitian telah dilakukan untuk menganalisis kekuatan struktur rangka pada bus.
Salah satu contoh penelitian yang relevan adalah penelitian yang berjudul AuPemodelan Dan Analisa Uji Pendulum Pada Struktur Rangka Bus Menggunakan Metode Elemen HinggaAy .
Tujuan dari penelitian ini aadalah membahas tegangan dan displacement pada struktur rangka bus ketika terjadi kecelakaan terguling untuk mengukur keamanan bus sesuai dengan standar ECE R Hasil analisa berupa konsentrasi tegangan dan displacement pada bagian sisi samping struktur rangka bus.
Besarnya displacement pada bagian tersebut tidak melebihi ruang batas selamat .
esidual spac.
Oleh karena itu, struktur rangka bus ini aman jika terkena beban pendulum atau kecelakaan terguling .
Namun, dalam penelitian ini tidak melakukan pengujian pembebanan pada rangka bus, mengingat bahwa keselamatan penumpang juga sangat penting.
Berdasarkan hal tersebut perlu dilakukan pengujian dan analisa terhadap struktur rangka bus medium.
Untuk mengetahui bahwa struktur rangka bus tersebut dikatakan layak atau memadai adalah dengan melakukan proses simulasi.
Simulasi yang dilakukan yaitu dengan pembebanan vertikal pada struktur rangka bus menggunakan metode elemen hingga.
Beban vertikal yang diberikan meliputi beban body, beban muatan kendaraan dan beban penumpang.
JEECAE : Journal of Electrical.
Electronic.
Control and Automotive Engineering Vol.
No.
September Tahun 2025, hal 17-22 p-ISSN : 2541-0288 e-ISSN : 2528-0708 II.
METODOLOGI
Penelitian ini menggunakan metode research and Metode riset yang digunakan dalam penelitian ini ada pada proses simulasi pembebanan vertikal yang diberikan dengan dua variasi yaitu berat normal .
serta berat maksimal .
Pada penelitian ini menganalisa tegangan von misses, defleksi dan safety factor dari rangka bus medium.
Gambar 1.
Diagram Alir Penelitian Objek Penelitian Objek dalam penelitian ini berupa rangka bus medium.
Seperti pada gambar 2 di bawah Gambar 2.
Diagram Alir Penelitian JEECAE : Journal of Electrical.
Electronic.
Control and Automotive Engineering Vol.
No.
September Tahun 2025, hal 17-22 Properties Ultimate Tensile Strenght (E).
Mpa Yield Strength (E).
Mpa Modulus Elastisitas (E.
K).
Gpa
Poisson Ratio
Density (A), kg/m3 Nilai 200 - 215
0,29
7800 Ae 7900 Penghitungan Beban Berdasarkan peraturan mentri perhubungan nomor: KM 41 Tahun 2010 Bab i pasal 8 ayat 2 pembebanan yang dilakukan dengan koefisien dinamis sebesar 1,3 karena ketika kendaraan beroprasi gaya dari beban yang bekerja dapat mencapai 1,3 lipat gaya Ketika kendaraan diam.
Berat Normal 5345 kg Beban Vertikal Beban Penumpang dan Komponen Gravitasi Bumi .
/s.
k(P) 1,3 x 5345 6948,5 kg Pv x g 6948,5 x 9,81 Berat Maksimal 5650 kg Beban Vertikal Beban Penumpang dan Komponen Gravitasi Bumi .
/s.
k(P) 1,3 x 5650 7345 kg Pv x g 7345 x 9,81 72504,45 N Hasil perhitungan berat berupa Force nantinya akan dimasukkan pada proses simulasi yang menggunakan metode elemen hingga.
Proses Simulasi Berikut adalah langkah Ae langkah menganalisis dan simulasi rangka bus medium menggunakan metode elemen hingga.
Pemilihan Metode Input Material Input Geometri Meshing dan Konvergensi Mesh Input Fix Suport Input Force Running Solving Analisis Hasil Penelitian dilakukan untuk mengetahui nilai von misses stress, defleksi, dan safety factor akibat pembebanan statis.
Hasil nilai tersebut digunakan untuk menghasilkan desain yang optimal, tetapi memiliki nilai yang sesuai dengan von misses stress, defleksi, dan safety factor.
HASIL DAN ANALISA
Hasil Konvergensi Meshing HASIL UJI KONVERGENSI UKURAN MESH
BERAT NORMAL
TEGANGAN MAKSIMUM (MPA)
Tabel 1.
Spesifikasi Material STKM 13B
MPa
229,18
215,73207,73
175,81
158,98
144,13
133,05137,93122,88
108,18
UKURAN MESH (MM)
Gambar 3.
Pengambilan Data Mesh Berat Normal
HASIL UJI KONVERGENSI UKURAN MESH
BERAT BATAS MAKSIMAL
MPa
TEGANGAN MAKSIMUM (MPA)
Proses Simulasi rangka bus medium menggunakan material standard JIS G345 STKM 13B dengan datasheet yang tertrra pada tabel 1.
p-ISSN : 2541-0288
e-ISSN : 2528-0708
248,69
234,1 225,41
185,84
168,06
152,35
140,64 145,8
114,35
UKURAN MESH (MM)
Gambar 4.
Pengambilan Data Mesh Berat Maksimal0 Berdasarkan hasil data tabel 3 dan 4 uji konvergensi dari variasi pembebanan berat normal dan maksimal serta dilakukan penghitungan nilai error dapat disimpulkan bahwa ukuran meshing yang digunakan untuk proses simulasi pembebanan yaitu 24 mm.
Walaupun beban yang diberikan berbeda namun hasil ilai error dari kedua variasi pembebanan hampir sama yaitu di sekitar 3%.
Hasil Von Misses Stress Pada penelitian ini standarisasi yang digunakan untuk tegangan von misses stress menggunakan acuan menteri perhubungan nomor : KM 41 Tahun 2010 Bab i pasal 8 ayat JEECAE : Journal of Electrical.
Electronic.
Control and Automotive Engineering Vol.
No.
September Tahun 2025, hal 17-22 p-ISSN : 2541-0288 e-ISSN : 2528-0708 3, tegangan yang terjadi pada beban maksimum pada titik kritis konstruksi rangka bus medium, untuk tegangan von misses stress maksimum 75% tegangan luluh bahan.
y 305 = 228,75 Hasil di atas yaitu 228,75 menjadi batas acuan untuk memvalidasi hasil maksimum Tegangan Von Misses bisa dikatakan aman atau tidak untuk struktur rangka.
Berikut hasil simulasi von misses stress menggunakan metode elemen hingga Gambar 8.
Tampak Dekat Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
Gambar 5.
Von Misses Stress Berat Normal 5345kg .
65N) Gambar 5 dan 6 menunjukkan hasil von misses stress berat normal sedangkan gambar 7 dan 8 menunjukkan hasil von misses stress berat maksimal.
Berikut tabel hasil von misses Tabel 2.
Hasil Von Misses Stress Gambar 6.
Tampak Dekat Berat Normal 5345kg .
65N) Gambar 7.
Von Misses Stress Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
Berat Normal 5345kg
Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
215,75 MPa 228,04 MPa Berdasarkan analisa kekuatan beban rangka bus Medium terhadap Von Misses Stress mendapatkan hasil yang berbeda beda karena dipengaruhi jumlah berat atau beban yang Dari kedua hasil von misses stress, hasil pada variasi berat normal didapatkan hasil 215,75 Mpa, sedangkan pada berat maksimal yaitu 228,04 Mpa.
Kedua variasi berat memiliki kesamaan yaitu titik kritis tegangan von misses maksimum berada pada sambungan rangka lantai bus bagian belakang.
Kedua hasil tegangan von misses dinyatakan kategori aman karena tidak melebihi anjuran standart maksimum sebesar 228,75 Mpa sesuai dengan peraturan menteri perhubungan nomor : KM 41 Tahun 2010 Bab i pasal 8 ayat 3, tegangan yang terjadi pada beban maksimum pada titik kritis konstruksi rangka bus medium, untuk tegangan von misses stress maksimum 75% tegangan luluh bahan.
Hal ini berarti struktur rangka bus medium aman untuk digunakan pada angkutan umum dan layak uji pembebanan Hasil Defleksi Berikut ini merupakan standar defleksi maximum menurut Peraturan Departemen Pekerjaan Umum SNI 03 Ae 1729 Ae 2002.
yayceyceycoyceycoycycn ycAycaycuycnycoycyco = ya = 19,29ycoyco JEECAE : Journal of Electrical.
Electronic.
Control and Automotive Engineering Vol.
No.
September Tahun 2025, hal 17-22 p-ISSN : 2541-0288 e-ISSN : 2528-0708 Hasil perhitungan di atas merupakan acuan untuk memvalidasi hasil simulasi defleksi apakah bisa dikatakan aman dan sesuai dengan standar yang diberlakukan.
Berikut hasil simulasi defleksi menggunakan metode elemen hingga Gambar 11.
Safety Factor Berat Normal 5345kg .
65N) Gambar 9.
Defleksi Berat Normal 5345kg .
65N) Gambar 10.
Defleksi Berat Maksimal 5650kg .
54,45N) Gambar 12.
Tampak Dekat Berat Normal 5345kg .
65N) Gambar 9 menunjukkan hasil defleksi berat normal sedangkan gambar 10 menunjukkan hasil defleksi berat Berikut tabel hasil defleksi.
Tabel 3.
Hasil Defleksi
Berat Normal 5345kg
Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
3,2902 mm 3,4779 mm Berdasarkan analisa kekuatan beban rangka bus medium terhadap defleksi menunjukkan hasil yang baik dan bagus.
Simulasi pertama untuk berat/beban normal terjadi fenomena defleksi maksimal sebesar 3,2902 mm.
Defleksi simulasi berat maksimal didapatkan hasil defleksi maksimum sebesar 3,4779 Keduan simulasi mengalami defleksi maksimum di daerah paling belakang rangka lantai bus medium.
Hal ini disebabkan kurangnya penyangga atau penopang di bagian paling belakang rangka bus sehingga menyebabkan defleksi yang cukup besar.
Semua kasus defleksi yang terjadi dikaterogikan aman karena tidak melebihi standart yang ditetapkan oleh Peraturan Departemen Pekerjaan Umum.
SNI 03-1729-2002 yaitu sebesar 19,29 mm.
Hasil Safety Factor Hasil safety factor mengacu buku Dobrovlosky dalam buku AuMachine Elements .
Au nilai faktor keamanan dalam pembebanan statis dapat dikatakan aman apabila nilainya 1,25 < Sf .
Berikut hasil simulasi safety factor menggunakan metode elemen hingga Gambar 13.
Safety Factor Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
Gambar 13.
Tampak Dekat Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
JEECAE : Journal of Electrical.
Electronic.
Control and Automotive Engineering Vol.
No.
September Tahun 2025, hal 17-22 Gambar 10 dan 11 menunjukkan hasil safety factor berat normal sedangkan gambar 12 dan 13 menunjukkan hasil safety Berikut tabel hasil defleksi.
Tabel 3.
Spesifikasi Material STKM 13B
Berat Normal 5345kg
Berat Maksimal 5650kg
54,45N)
1,4138
1,3375
Berdasarkan analisis kekuatan rangka bus medium terhadap safety factor simulasi pertama untuk beban normal memiliki hasil sebesar 1,4138.
Sedangkan untuk simulasi kasus beban berat maksimal .
itambahkan 5 penumpan.
yaitu pada kondisi saat mudik, evakuasi banyak orang, saat posisi urgent mendapatkan hasil safety factor sebesar 1,3375.
Kedua hasil safety factor tersebut terletak pada sambungan rangka lantai bus bagian belakang.
Hal ini bisa menjadi kajian ulang kedepannya bahwa di bagian tersebut bisa diperbaiki rancangan desain ataupun material yang digunakan.
Semua hasil safety factor dinyatakan aman karena melebihi standart beban statis safety factor yaitu 1,25 menurut Dobrovolsky dalam buku AuMachine Elements .
Ay.
IV.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa pengolahan data yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
Von Mises Stress maksimum dari kedua hasil simulasi menunjukkan bahwa tegangan pada kasus berat normal, dan berat maksimal dinyatakan aman yaitu dibawah standart acuan tegangan von misses maksimum yaitu 228,75 sesuai dengan peraturan menteri perhubungan nomor : KM 41 Tahun 2010 Bab i pasal 8 ayat 3 .
p-ISSN : 2541-0288 e-ISSN : 2528-0708 Defleksi maksimum dari kedua hasil variasi simulasi adalah Berat Normal 5345kg .
65N) yaitu 3,2902 mm dan Berat Maksimal 5650kg .
54,45N) yaitu 3,4779 Kedua hasil berada pada batas aman karena tidak melebihi batas maksimal defleksi yaitu 19,29 mm ditetapkan oleh Peraturan Departemen Pekerjaan Umum.
SNI 03-1729-2002.
Safety Factor yang dihasilkan pada ketiga simulasi menunjukkan nilai diatas standart yaitu 1,4138 untuk berat normal, sedangkan 1,3375 untuk hasil berat maksimal.
Hasil ini menunjukkan bahwa struktur rangka bus tersebut bisa dikatakan aman dengan batas maksimal berat yang diterima bus yaitu sebesar 5650kg .
54,45N) dengan penambahan penumpang 5 orang.
DAFTAR PUSTAKA