1.1. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan
teknologi yang sangat cepat memberi dampak yang baik serta manfaat yang besar
bagi manusia dalam berbagai bidang kehidupan. Hal ini dapat dilihat dengan
semakin banyaknya peralatan yang telah diciptakan oleh manusia dengan berbagai
model, bentuk serta kemampuan dari segi pemakaian yang relatif lebih unggul
dibandingkan dengan peralatan-peralatan konvensional. Keunggulan tersebut tidak
lepas dari hasil penelitian dan percobaan oleh para ahli science, yang
selalu mencari terobosan dan temuan baru untuk menciptakan sesuatu yang baru
bermanfaat dan berguna bagi kehidupan manusia.
Salah satu tujuan diciptakannya teknologi adalah untuk
mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup. Hal ini dapat dirasakan dan
dibuktikan dengan semakin mudahnya manusia melakukan sesuatu untuk memenuhi
kebutuhan hidup.
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.
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.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun
tujuan dalam penelitian tugas akhir ini adalah :
1.
Menghitung distribusi tegangan yang terjadi pada batang penghubung, baik tegangan
maksimal maupun daerah-daerah kritis akibat pembebanan statis dengan Metode
Elemen Hingga menggunakan software Solidworks.
2.
Mengetahui perbandingan yield strength maksimal dari baja yang digunakan
pada batang penghubung sehingga dapat dikategorikan aman atau tidak.
1.3. Metodologi Penelitian
Dalam
penelitian ini, peneliti Untuk analisis batang penghubung kami telah merancang model
kami di Solidworks 12,0 dan kemudian menyimpannya sebagai IGES format untuk
mengekspor bagian dalam ANSYS 14.5 lingkungan Workbench.
1
Meshing
Solidworks dan perangkat lunak meja kerja ANSYS digunakan untuk Elemen Hingga
Analisis batang penghubung. Pada
awalnya batang penghubung dirancang di Solidworks perangkat lunak dan kemudian file
tersebut disimpan
sebagai format IGES.
2 kondisi Memuat dan kendala.
Kami sedang mempertimbangkan bahwa kondisi pembebanan statis.
Berikut satu kasus dianalisis mana gaya bertindak atas akhir besar dan ujung
lainnya yaitu sisa-sisa akhir kecil tetap. Untuk semua tujuan praktis, gaya
yang bekerja pada connecting
rod diambil harus sama dengan maksimal gaya yang bekerja pada piston akibat
tekanan
3. Metode
Elemen Hingga (FEM)
Unsur Finite metode (FEM) adalah numeric teknik untuk menemukan solusi
perkiraan untuk masalah
nilai batas untuk diferensial parsial persamaan.
1.4.
Hasil
1. Analisa Distribusi Tegangan Dan Defleksi Connecting
Rod Sepeda Motor
100 Cc Menggunakan
Metode Elemen Hingga
Gambar
1.1 Simulasi connecting rod menggunakan Solidworks 2007
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.
Pada Solidworks dimasukkan
data-data batang penghubung sesuai dengan kondisi yang mendekati sebenarnya
sehingga dapat dilakukan analisis statik pada struktur tersebut. Setelah sampai
pada langkah ini, dapat diketahui apakah ada kesalahan pada langkah-langkah
analisis. Jika ada kesalahan, maka perlu dilakukan editing sampai benar. Dalam
analisis ini struktur batang penghubung didiskritisasi menjadi 20667 titik
nodal dan 11937 elemen tetrahedron. Translation displacement (perpindahan
translasi) pada struktur dapat dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 1.2 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.
Gambar 1.3 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.
Sedangkan tegangan minimalnya adalah sebesar 7,544+002 N/m2 yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 1.5 Tegangan minimal
connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C
Dari analisis yang telah dilakukan,
diketahui tegangan-tegangan antara daerah yang mempunyai tegangan terendah
sampai tegangan yang tertinggi.
Safety Factor = 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑𝜎𝑣𝑜𝑛 𝑚𝑖𝑠𝑒𝑠
= 5,3 𝑥 10 ⁸4,911𝑥 10⁸ =
1,0792099 ≈ 1,079
Konstruksi suatu model atau desain
JURNAL REKAYASA MESIN Vol. 15 No. 1 Februari 2015 39 dikatakan gagal jika
Safety Factor < 1
Gambar 1.6
Equivalent Stres pada batang penghubung
Gambar
1.7 Regangan Setara dari batang penghubung
Gambar
1.8 stres Normal (sumbu X) pada batang yang menghubungkan
Gambar
1.9 Stres Normal (Y-axis) pada batang yang menghubungkan
Gambar
1.11 Tegangan geser (XY Pesawat) pada batang yang menghubungkan
Gambar
1.13 Tegangan geser (ZX Pesawat) pada batang yang menghubungkan
Gambar
1.14 Jumlah Deformasi batang penghubung
DAFTAR PUSTAKA
[1] Logan, Daryl L, 1986, A
First Course In The Finite Element Methode, Pws-Kent Publishing Company,
Boston.
[2] Shigley Joseph E, Mitchell
Larry D, Harahap Gandhi., 1984, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi ke
empat, Jilid 1, Erlangga. Jakarta.
[3] Weaver .W.Jr., Johnston,
P.R., 1993, Elemen Hingga Untuk Analisis Struktur, Edisi kedua, Eresco,
Bandung.
[4] Popov,
E.P., 1993, Mechanics of Material, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta.
[5] Uthami,
A.Z., 2010, Solidworks Alat Bantu Merancang Komponen dengan Mudah,
Modula, Bandung.
[6] Swapnil B. Ikhar and Saifullah Khan
“modeling and
analysis
of connecting rod of two wheeler”. Discovery,
volume
24, Number 83, October 4, 2014.
[7] Leela Krishna Vegi and Venu Gopal Vegi
“Design and
analysis
of connecting rod using forged steel" (IJSER)
Volume
4, Issue 6, June-2013
[8] Maraging Steel, Wikipedia
[9] K. Sudershan Kumar, Dr. K. Tirupathi Reddy
and Syed
Altaf
Hussain “Modeling and Analysis of Two Wheeler
Connecting
Rod”. (IJMER) Vol.2. Issue.5, sep-oct 2012 pp-
3367-3371,
ISSN: 2249-6645
[10] Cho Mar Aye and Chit Oo Maung “Design and
stress
Analysis
of Connecting Rod for Light Truck Engine”.
(IJSETR),
Vol.03, Issue 11, june-2014, Pages: 2542-2547
[11] Sasi Kiran Prabhala and K. Sunil Ratna Kumar
“Design
and
Weight Optimization OF IC Engine”. IJAERS, EISSN2249-
8974
Research paper.
[12] Pravardhan S. Shenoy, “Dynamic load analysis
and
optimization
of connecting rod”. 2004, Master’s thesis,
University
of Toledo.
and optimization of connecting rod”. (ICETET-09)
