TESIS - eprints.ums.ac.ideprints.ums.ac.id/60789/13/HALAMAN DEPAN Edit.pdfsidang ujian tesis pada...

i

DESAIN DAN OPTIMISASI SISTEM SUSPENSI PEGAS

DAUN PADA KENDARAAN RODA 3 DENGAN

MENGGUNAKAN CATIA V5

TESIS

Diajukan kepada

Program Studi Magister Teknik Mesin

Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta

untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh

Gelar Magister Teknik Mesin

Oleh :

L u k m a n

NIM. U100160010

MEGISTER TEKNIK MESIN

SEKOLAH PASCA SARJANA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

i

NOTA PEMBIMBING I

Agus Dwi Anggono, ST., M.Eng., Ph.D


Sekolah Pascasarjana

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nota Dinas

Hal: Tesis Saudara Lukman

Kepada Yth.

Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin



Assalamu `alaikum wr. wb.

Setelah membaca, meneliti, mengoreksi dan mengadakan perbaikan terhadap tesis

saudara:

Nama : Lukman

NIM : U 100160010 Konsentrasi : Teknik Mesin

Judul : Desain dan Optimisasi Sistem Suspensi Pegas Daun

Pada Kendaraan Roda 3 Dengan Menggunakan

CATIA V5.

Dengan ini kami menilai tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam

sidang ujian tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin, Sekolah

Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Wassalamu ‘alaikum wr. wb.

Surakarta, 09 Februari 2018

Pembimbing,

Agus Dwi Anggono, ST., M.Eng., Ph.D

ii

NOTA PEMBIMBING II

Ir. Sarjito, M.T, Ph.D




Nota Dinas

Hal: Tesis Saudara Lukman

Kepada Yth.

Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin



Assalamu `alaikum wr. wb.

Setelah membaca, meneliti, mengoreksi dan mengadakan perbaikan terhadap tesis

saudara:

Nama : Lukman

NIM : U 100160010 Konsentrasi : Teknik Mesin

Judul : Desain dan Optimisasi Sistem Suspensi Pegas Daun

Pada Kendaraan Roda 3 Dengan Menggunakan

CATIA V5.

Dengan ini kami menilai tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam

sidang ujian tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin, Sekolah


Wassalamu ‘alaikum wr. wb.

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

DESAIN DAN OPTIMISASI SISTEM SUSPENSI PEGAS DAUN PADA

KENDARAAN RODA 3 DENGAN MENGGUNAKAN CATIA V5

TESIS

Oleh :

L U K M A N

NIM. U100160010

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :

v

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS

Saya yang bertanda tangan di bawah ini,

Nama : Lukman

NIM : U100160010

Konsentrasi : Teknik Mesin

Judul : Desain dan Optimisasi Sistem Suspensi Pegas Daun Pada

Kendaraan Roda 3 Dengan Menggunakan CATIA V5.

menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya serahkan benar-benar hasil

karya saya sendiri, kecuali kutipan-kutipan dan ringkasan-ringkasan yang telah

saya jelaskan sumbernya.

Apabila di kemudian hari terbukti tesis ini jiplakan dan terdapat plagiasi, gelar

yang diberikan oleh Universitas Muhammadiyah Surakarta batal saya terima.


Yang membuat pernyataan,

L u k m a n

NIM. U100160010

vi

DESAIN DAN OPTIMISASI SISTEM SUSPENSI PEGAS DAUN PADA

KENDARAAN RODA 3 DENGAN MENGGUNAKAN CATIA V5

Lukman1, Agus Dwi Anggono

2, Sarjito

3,

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jln. A. Yani Pabelan-Kartasura, Tromol Pos 1, Kartasura Indonesia

[email protected]

Abstrak

Pengurangan berat bahan pada komponen kendaraan merupakan satu isu yang ada

di dunia industri otomotif. Suspensi pegas daun merupakan salah satu item

potensial untuk menurunkan berat kendaraan karena menyumbang 10% - 20%

dari berat unsprung weight. Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan

optimisasi desain pegas daun dan analisis statik pegas daun pada kendaraan roda

3. Optimisasi desain dilakukan dengan Design of Experiment (DOE) pada pegas

daun Original dengan tiga variasi desain masing-masing yaitu modifikasi 1,

modifikasi 2 dan modifikasi 3. Modifikasi 1 dilakukan dengan pengubahan desain

tanpa menggunakan alur/slot, Modifikasi 2 dilakukan dengan pengubahan desain

dengan menggunakan 3 alur/slot , dan Modifikasi 3 dilakukan dengan pengubahan

desain dengan menggunakan 1 alur/slot. Metode penelitian ini dilakukan dengan

menggunakan konsep reverse engineering yang diawali dengan mengumpulkan

data-data geometri pegas daun pada kendaraan roda 3. Data-data tersebut dipakai

sebagai acuan dalam mendesain komponen mengunakan software CATIA

V5. Assembly komponen menjadi kesatuan dilakukan setelah semua bagian sistem

pegas daun selesai digambar. Setelah gambar desain dihasilkan pada CATIA V5

tersebut, dilakukan analisa tegangan Von Mises dan displacement yang terjadi

pada 3 variasi mesh dan variasi beban 2550, 2648, 2746, 2844, 2942, 3040, 3138,

3236, 3334, dan 3432 N. Hasil analisis tegangan Von Mises dan displacement

pada 3 modifikasi pegas daun dengan variasi 3 mesh dapat disimpulkan bahwa

perbandingan antara tegangan von mises dan variasi beban adalah linier yaitu

semakin berat beban maka tegangan von mises akan semakin besar dan semakin

banyak elemen maka tegangannya juga semakin besar. Pada 3 modifikasi pegas

daun yang telah dibuat bahwa pegas dengan tanpa alur pada modifikasi 1

memiliki tegangan von mises paling tinggi dibandingkan dengan pegas daun yang

dibuat beralur/slot. Pegas daun modifikasi 3 yang menggunakan 1 alur/slot

menghasilkan tegangan von mises dan displacement yang lebih rendah dari

modifikasi 1. Pegas daun modifikasi 2 yang menggunakan 3 alur/slot

menghasilkan tegangan von mises dan displacement yang lebih rendah dari

modifikasi 3.

Kata Kunci : Pegas Daun, Metode Elemen Hingga, Simulasi, Analisis Statik,

Von Mises, CATIA

1. Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 3. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

mailto:[email protected]

vii

DESIGN AND OPTIMIZATION OF LEAF SPRING SUSPENSION ON

3-WHEELED VEHICLE USING CATIA V5

Lukman1, Agus Dwi Anggono

2, Sarjito

3,

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jln. A. Yani Pabelan-Kartasura, Tromol Pos 1, Kartasura Indonesia

[email protected]

Abstract.

Material weight reduction on vehicle component is to be one of an interesting in

automobile industry with leaf spring suspension as the potential item used to

reduce the vehicle’s weight since it contributes on 10% - 20 % of the unsprung

weight. This research was conducted to optimize the leaf spring design and to

analyze static leaf spring in three wheeled vehicle. The optimization was made by

conducting Design of Experiment (DOE) on the original leaf spring with 3

different variations, namely modification 1, modification 2, and modification 3.

Modification 1 was made by making slot-less design. In modification 2 the design

was made using 3 slots. And one slot design was made in modification 3. This

research method was conducted by using engineering reverse concept started by

collecting geometrical data of the leaf spring on 3 wheeled vehicle. Those data

used as a reference in designing the components using CATIA V5 software. The

component assembling then performed after all part of the leaf spring system was

completely drawn. A von mises stress and displacement analysis on 3 mesh

variations and load variation of 2550, 2648, 2746, 2844, 2942, 3040, 3138, 3236,

3334, and 3432 N were performed after the blue print of the design using CATIA

V5 software was ready. The result of the analysis of von mises stress and

displacement on the 3 leaf spring modifications with 3 mesh variations showed

that the comparison between von mises stress and load variation was linear. It was

found that the more weight the load the higher the von mises stress, and the more

elements used the higher stress occured. Slot-less leaf spring in modification 1

had the highest von mises stress compared to slotted leaf spring in modification 2

and 3. While 1 slotted leaf spring in modification 3 resulted lower von mises

stress and displacement compared to those in modification 1. In modification 2

using 3 slots leaf spring the von mises and displacement resulted was lower than

in modification 3.

Keywords: Leaf spring, Finite Element Method, Simulation, Static Analysis, Von

Mises, CATIA.

1. Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 2. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta 3. Dosen Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

mailto:[email protected]

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas berkah dan rahmat-Nya, sehingga

Penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Maksud dan tujuan dari penulisan tesis ini

adalah untuk memenuhi persyaratan kelulusan di Program Magister Teknik Mesin

Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak,

selama masa perkuliahan sampai pada penyusunan laporan tesis ini, sangatlah

sulit bagi penulis untuk menyelesaikan laporan ini. Maka pada kesempatan ini

penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Bambang Sumardjoko, M.Pd selaku Direktur Sekolah


2. Bapak Tri Besar Riyadi, ST., M.Sc., Ph.D selaku Ketua Program Studi

Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah

Surakarta, yang sekaligus sebagai Pembimbing Akademik.

3. Bapak Agus Dwi Anggono, ST., M.Eng., Ph.D selaku pembimbing utama

tesis.

4. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D selaku pembimbing 2 tesis.

5. Seluruh Staf pengajar Program Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

6. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada istri dan anak-anak yang telah

mendukung penulis dalam pembuatan tesis.

7. Para Sahabatku Mahasiswa Program Magister Teknik Mesin Sekolah

Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta Angkatan 4 tahun 2016,

yang telah menyumbangkan ide kreatif serta bantuan dalam pengerjaan tesis

ini.

Akhir kata, Penulis berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan

semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini membawa manfaat

bagi pengembangan ilmu Teknik Mesin.


Lukman

ix

DAFTAR ISI

NOTA PEMBIMBING I ....................................................................................... i

NOTA PEMBIMBING II ..................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS ................................................................... v

ABSTRAK ........................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................................ 1

1.2. Rumusan Masalah ......................................................................................... 4

1.3. Batasan Masalah............................................................................................ 4

1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................................... 5

1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................................ 5

1.6. Sistematika Penulisan ................................................................................... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 7

2.1. Studi Pustaka ................................................................................................. 7

2.2. Landasan Teori ............................................................................................ 28

2.2.1. Sistem Suspensi ................................................................................ 28

2.2.2. Tegangan .......................................................................................... 37

2.2.3. Regangan .......................................................................................... 43

2.2.4. Teori Kegagalan Statis dan Tegangan Von Mises ............................ 44

2.2.5. Teori Umum Metode Elemen Hingga .............................................. 53

2.2.6. CATIA ............................................................................................. 60

BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 66

3.1. Rencana Penelitian ...................................................................................... 66

3.2. Flowchart Rencana Penelitian .................................................................... 66

3.3. Proses Desain .............................................................................................. 67

3.4. Proses Assembly .......................................................................................... 70

3.5. Prosedur Analisa Statik ............................................................................... 71

3.6. Menampilkan Hasil Simulasi ...................................................................... 72

3.6.1. Menampilkan Von Mises Stress ........................................................ 72

3.6.2. Menampilkan Displacement .......... ... . 72

BAB IY HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.......... ...-..73

4.1. Deskripsi dan Analisis Data Penelitian............ .......................73

4.2. Ternuan Penelitian ..........83

4.3. Pembahasaa Hasil Penelitian .........."..95

BAB V PENUTUP ............ .......98

DAFTAR PUSTAKA ..,.....,...,100

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Tingkatan Baja menurut AISI......... ................34

T abel 2 "2. Spesifikasi Dimensi Pegas Daun lndian Standart I 1 35- t 966.............. 3 5

Tabel 3.1 . Ukuran Pegas. ... .. . ...67

Tabel4.l. Spesifikasipernodifikasianpegasdaun.. ..........75

Tabel 4.2.lviaterial properties . ....................75

Tabel4.3. Datamesh.. ................76

Tabel4.4. Hasil analisis pegas daun asli.... ..."..................83

Tabel 4.5. Hasil analisis pegas daun modifikasi 1 ......... ................."...85

Tabel 4.6. Hasil analisis pegas daun modifikasi 2 ..........,87

Tabel4.7. Hasil analisis pegas dauu modifikasi 3 ...........89

Tabel5.l. Parameteroptimisasi. ........98

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Kendaraanroda 3................ ...... .-.................2

Gambar2.l. PegasDaurKomposit... ............7

Garnbar 2.2. Graf:dr^ Tegangan Von lvlises . . . ..................8

Gambar 2.3. grafik Defomasi/Defleksi........ .................,...9

Gambar 2.4. Modifikasi Pegas DaunMulti-P|ate......... . . . . ............9

Gambar 2.5. Tegangan l,bn Mise,v ......... .......10

Gambar 2.6. Defleksi Pegas Daun.......... ......10

Gambar 2.7. Besar Deformasi.. . ..................11

Gambar 2.8. Tegangan \''on lvlises . . .. . . .12

Gambar 2.9. Besar Deformasi.. .. ................".12

Gambar 2.10. Besar Tegangan Von N4ises . . . .............12

Gambar 2.1i. Modifikasi Geometri Pegas Daun.......... ......................21

Gambar 2.12. Modifikasi Pegas Daun.......... ...................22

Gambar 2. i3. Meshing Pegas Daun.......... .....................22

Garnbar 2.14. Displacement Pegas Daun....^..... ....".........22

Gambar 2.15. Tegangan Von L,{ises ..............23

Gambar 2.16. Tegangan Maksimum rurtuk setiap elemen Pegas Datur................"23

Gambar 2.17. Displacernent Nlaksimum untuk setiap elemen Pegas Daun ..........23

Garnbar2.18. Tipesuspensiindependent................. .......29

Gambar 2.19. Poros rigit depan jenis I Beam ..................30

Gambar 2.20. Suspensi poros rigid belakang dengat pegas daun.........................30

Gambar 2.21. Suspensi pegas daun........... .......................31

Gambar 2.22. h,luhi Leaf Springs ..................32

Gambar 2.23. Mono Lea/'spring ...................32

Garnbar 2.24. Composite Leaf 5pring............ .............33

Gambar 2.25. KonstruksiMulri Leaf Springs ..................35

Gambar 2.26 Distribusi Beban pada Pegas Datur.......... .....................36

Gambar 2.27. Suspensi pegas koil.......,.... .......................37

Gambar 2.28. Jenis -Jenis Reaksi Dtrkungan.. ................38

Gambar2.2g.Kondisiteganganpadabidangr-.t'............. ..................39

Gambar 2.30 Kondisi tegangan pada bidang x"-y" ......... ...................39

Garnbar 2.31. Bidang menerima tegangan (a) segmen yang dipotong; (b) potongan

segmen. ... . .. .... ..39

xlt

Gambar 2.32. Diagraxrbendabebas potongan segmen...... ...............40

Garnbar 2.33. Diaprarn benda trebas bidang x"-y" .,....... ....................41

Gambar 2.34.Segitiga trignometri tegangan utama .........41

Gamlrar 2.35. Segitiga trignometri tegangan geser....... .....................42

Gambar 2 36. Regangan pada elemen (a) Regangan nonnal,e x' ; (b) Regangan

geser,yx'y' ...............43

Gambar 2.37. Segitiga trigonomeffi regangan utama .....44

Gambar 2.38. Tegangan Elemen Tiga Dimensi................ ..................45

Gambar 2.39. Teori Energi Distorsi dalam Tegangan 2 Dimensi..........................48

Gambar 2.40. Teori Geser Ma]<sirnum .........49

Gamtrar 2.41. Bukti Eksperirnental Kriteria Kegagalan Luluh pada Material ......49

Gambar 2.42. Sistem Balok Sederhana.. .......52

Gambar 2.43.Balok Sederhana dan Beban ]vlerata ..........53

Gambar 2.44. Elenen Teffahedral.......,....,... ...................55

Garnbar 2.45. Elemen Tetrahedral4 Node ......................55

Gambar3.1. Diagramalirpenelitian...,. ........66

Gambar 3.2. Pegas daun original............... .. .. ...............67

Gambar 3.3. profil pegas daun asli ..............68

Gambar 3.4. profil pegas daun modifikasi 1......... . . . ..68

Garnbar 3.5. profil pegas daun modifikasi 2......... ...........68

Gambar 3.6. profil pegas daun modifikasi 3 ....................68

Gambar 3.7. Ukuran pegas daun sheet 1........ ................".69

Garnbar 3.8. Ukuran pegas daur sheet 2................. .........69

Gambar 3.9.Ukuran pegas daun sheet 3................. ..........69

Garnbar 3.l0.Ukuran pegas daun sheet.1........ .."..............69

Gambar3.ll. Ukuranpegasdaunsheet5........ ................69

Gambar 3.12. Ukuran pegas daun sheet 6................. .......69

Gambar 3.13. Diagram alir desain pegas daun .......... ......74

Cambar 3.14. Diagram alir proses assembly ...................74

Gambar 3.15. Diagram alir analisa statik.....,.... ...............7t

Gambar 3.16. Tarnpilan tegangan {./on Mises ..................72

Gambar 3.17. Displacernent setelah diberikan pembebanar.................................72

Gambar4.l. Pegasdaunasli. .....73

Gambar 4.Z.Pegas datur modifikasi 1 ........... ..................73

Gambar 4.3. Pegas darur modifikasi 2 ........... ..................74

xilt

Gambar 4.4. Pegas daun modifikasi 3 ........... ..................74

Garnbar4.5. Modifikasi suspense .................76

Gambar 4.6. Tegangan Von Mises Suspensi pegas datrn asli.... .........77

Gambar 4.7. Displacement pegas datur modifikasi 4..............".. .........77

Gambar 4.8. Tegangan Von Mises Suspensi pegas daun modifikasi 1 .................78

Gambar 4.9. Displacernent pegas datrn modifikasi I ................. "....".."79

Gambar 4.10. Tegangan Von Mises Suspensi pegas daun modifikasi 2...............80

Gambar 4.11. Displacement pegas daun modifikasi 2........... .. .. .......80

Gambar 4.12. Tegangan Von Mises Suspensi pegas daun rnodifitriasi 3 ...............81

Garnbar 4.13. Displaceruett pegas daun modifikasi 3......... ...............81

Gambar 4.14. Tegangan von mises dan variasi beban pegas daun asli .................84

Gambar 4.15" Grafik displacement danbeban pada pegas daun asli.....................84

Cambar 4. 16. Tegangan von mises dan variasi beban pegas dairn rnodifikasi 1 ..86

Gambar 4.17. Displacement dan beban pada pegas daun modifikasi 1.................86

Garnbar 4.18. Tegangan von mises dan variasi beban pegas daun rnodifikasi 2...88

Gambar 4.19. Displacement dan beban pada pegas daun modifikasi 2.................88

Gambar 4.20. Tegangan von mises dan variasi beban pegas daun modifikasi 3...90

Gambar 4.21. Displccement dan beban pada pegas daun modifikasi 3......,..........90

Gambar 4 .22. Perbandingan antara tegangan von mises dan beban pada setiap

modifikasi denganmeshA....... ....... ...91

Gambar 4.23. Perbandingan afitara tegailgan von mises dan beban pada setiap

modifikasi dengan rneshB . ... 92

Gambar 4.24.Perbandingan aotara tegangan von mises dan beban pada setiap

modifikasi dengan nesh C .........92

Garnbar 4.25. Perbandingan antara displacemenl dan beban pada setiap modiflkasi

dengan tnesh A...... .................,...93

Gambar 4.26. Perbandingan antara displucemenr dan beban pada setiap rnodifikasi

dengan meshB ........94

Gambar 4.27 . Perbandingan afitara displccemenr dan beban pada setiap modifikasi

dengan mesh C ........95

xtv

TESIS - eprints.ums.ac.ideprints.ums.ac.id/60789/13/HALAMAN DEPAN Edit.pdfsidang ujian tesis pada...

Documents

Transcript of TESIS - eprints.ums.ac.ideprints.ums.ac.id/60789/13/HALAMAN DEPAN Edit.pdfsidang ujian tesis pada...