## Simulasi Tegangan dan Perubahan Bentuk Pada Rangka Sepeda Air Hamors Menggunakan Software Solidwork 2013
Hendra Saputra * , Riza Ahmad Zulkarnain
 Batam Polytechnics Mechanical Engineering study Program
Parkway Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia E-mail: hendrasaputra@polibatam.ac.id/hendrasaputra.utm@gmail.com

## Abstrak
Rangka  merupakan  bagian  yang  paling  penting  dari  sepeda,  keergonomisan  sepeda  sangat  ditentukan  dari perancangan bentuk dan dimensi rangka. Bentuk rangka dituntut untuk memenuhi aspek kenyamanan dengan tidak mengabaikan faktor kekuatan rangka sepeda itu sendiri. Kekuatan rangka merupakan suatu hal yang harus menjadi perhatian  utama,  karena  kekuatan  dari  rangka  sangat  mempengaruhi  keamanan  pengendara.  Rangka  sepeda  air hamors dirancang dengan merubah bentuk sebuah rangka sepeda gunung (MTB). Perubahan tersebut bertujuan agar rangka sepeda dapat disatukan dengan pelampung. Untuk mengetahui keamanan dan kekuatan dari sebuah rangka dilakukan proses simulasi, dengan cara memberikan variasi beban, yaitu 60kg (600N) dan 70kg (700N) pada rangka menggunakan material Black Steel Pipe (AISI 1080), Steel Alloys dan ST 37 Pipe (DIN 1.0037). Proses simulasi dilakukan  dengan  menggunakan    software  solidworks  2013.  Tegangan  maksimum  tertinggi  terjadi  pada  rangka sepeda  air  hamors  dengan  material  AISI  1080  dengan  tegangan  maksimum  52,19  N/mm2  (Mpa)  pada  berat pengendara 60kg & maksimum displacement 1,14 mm 60,61 N/mm2 (MPa) & maksimum displacement 1,32 mm) pada berat pengendara  70kg dan  masih dapat menahan beban (aman). Terdapat perubahan bentuk rangka akibat variasi  beban  dan  material  terhadap  distribusi  tegangan  dan  perubahan  bentuk  rangka  yang  disimulasi.  Hasil simulasi  menunjukkan  bahwa  rangka  sepeda  air  dengan  ketiga  jenis  material  tersebut  mampu  menahan  beban (aman).

## Kata kunci: Simulasi, Sepeda air, Tegangan dan perubahan bentuk, Solidworks 2013

## Abstract
Frame is the most important part of the bike, the ergonomics of bike is very determined of designing the shape and dimensions of the  frame. Frame shape are required to fullfill the comfort aspect  without ignore the factor of the power of the bike frame itself. The strength of the frame is a something that should be a primary concern , because the strength of  frame extremely affect the rider safety. Hamors water bike frame is designed by changing shape of a frame mountain bike (MTB). The changes are intended to make bicycle frame can be combined with a float . To find out the safety and strength of a frame do the simulation process , by providing load variation in order to use the material Black Steel Pipe (AISI 1080), Steel Alloys and ST 37 Pipe (DIN 1.0037). Simulation process is done by using the software SolidWorks 2013. The highest maximum stress occurs in the frame of a water bike hamors with material AISI 1080 with a maximum stress is (60kg = 52,19 N/mm2 (Mpa), maximum displacement 1,14 mm and 70kg = 60,61 N/mm2 ( MPa ), maximum displacement 1,32 mm) and still be able to support the weight of (safe). The simulation results showed that the water bike frame with three types of materials are able to withstand the load (safe). There is a change in the form of order due to variations in load and material to the stress distribution and deformation frame simulated.
Keywords : Simulation, waterbike, Stress analysis, deformation, Soliwork 2014

## 1 Pendahuluan
Sepeda  air  hamors  berbeda  dengan  sepeda  air  pada umumnya,  yaitu  sepeda  air  fiberglass  yang  memiliki bentuk hewan seperti bebek, anjing laut, dan kuda laut. Sepeda air hamors menggunakan rangka sepeda darat pada  umumnya  yang  dimodifikasi  ulang  tanpa merubahnya secara signifikan, karena hanya
memotong  bagian  fork  dan  ditambah  penyangga dibagian  depan  dan  belakang.  Penyangga  berfungsi untuk menghubungkan rangka sepeda dengan pelampung  yang  mampu  menampung  beban  120kg. Pelampungnya  terbuat  dari  pipa PVC  paralon  dengan diameter 215,9 mm dan panjang 2500 mm dan kedua ujung  pipa  di  tutup  menggunakan  corong  air.  Sepeda air  hamors menggunakan sistem penggerak bevel gear, roda gigi, dan proppeler. Sistem kemudi menggunakan
Article History Received 14 August 2015 Accepted 15 September 2015
ISSN: 2085-3858 (print version)
rudder    yang  langsung  terhubung  ke  setang  sepeda. Ada  beberapa  faktor  yang  harus  diperhatikan  dalam perancangan sepeda air hamors. Selain pelampung dan sistem  penggerak,  faktor  komponen  juga  harus diperhatikan terutama rangka sepeda. Rangka merupakan  komponen  utama,  penguat  struktur sekaligus sebagai pengendali [1]. Jenis rangka sepeda yang di gunakan adalah sepeda mountain bike, karena jenis  sepeda  ini  tidak  sama  seperti  sepeda  pada umumnya. Jenis sepeda ini memiliki keunggulan pada rangkanya  yang  cenderung  lebih  kokoh,  kuat  dan ringan  [2].  Untuk  mengetahui  ditribusi  tegangan  dan perubahan bentuk bila diberikan tekanan,  maka  harus mengetahui dimensi dan jenis material yang digunakan. Material  yang  digunakan  pada  rangka  sepeda  air  ini adalah Steel Alloys, Black Steel (AISI 1080), dan ST 37 (DIN 1.0037).
Kemajuaan teknologi informasi sangat membantu pada proses perancangan sepeda air hamors agar lebih cepat dan  hemat  biaya,  dikarenakan  proses  simulasinya dilakukan menggunakan software. Dari hasil simulasi dapat menentukan apakah rancangan tersebut dapat di aplikasikan  atau  tidak  sebelum  rancangan  tersebut  di produksi  [3].  Software  sangat  membantu  untuk menganalisa  tegangan  dan  perubahan  bentuk  bila diberikan  tekanan  pada  rangka.  Dengan  pengukuran ulang  dimensi  rangka  sepeda  air  hamors,  pembuatan desain  rangka  sepeda  air  hamors.  Kemudian  simulasi desain rangka pada material Steel Alloys, Black Steel (AISI  1080)  dan  ST  37  (DIN  1.0037)  dengan  variasi tekanan dilakukan menggunakan software Solidworks 2013,  hasil  data  simulasi  di  olah  untuk  kemudian  di input ke dalam paper.
Gambar 1: Sepeda Air Akwakat [4]
TABLE I S PESIFIKASI S EPEDA A IR A KWAKAT [4] No. Rincian Keterangan 1. Berat (tanpa sepeda) 15kg / 32.5 lb 2. Panjang Keseluruhan 3.35m / 11′ 1″ 3. Lebar (luar) 1.6m / 64 in. 4. Beban Maksimum Pengendara 140kg / 308 lb 5. Material Pelampung Reinforced PVC 6. Material Rangka Stainless steel Moulded plastic 7. Jarak Roda Adult Extra Small
Minimum MTB 8. Jarak Roda Maksimum Adult Large MTB 9. Sudut Head Tube Min 66 deg Max 76 deg 10. Jarak Fork Rake(1) Min 35mm / 1.4″  Max 45mm / 1.8″ 11. Pompa Included 12. Emergency Paddle  Included 13. Kecepatan (Air tenang) 6  –  12  kph  /  4  –  8 mph
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mendapatkan hasil  rancangan  rangka  sepeda  yang  aman  bagi pengendara.  Serta  mendapatkan  hasil  distribusi tegangan  dan  perubahan  bentuk  yang  terjadi  pada rangka  bila  diberikan  beban  maksimal  menggunakan software  Solidworks  2013.  Dari  hasil  simulasi  kita dapat  menentukan  langkah-langkah  prosesnya  dan antisipasi  kesalahan  agar  tingkat  kegagalan  produksi dapat dikurangi.

## 2 Metodologi Penelitian
Penelitian  dilakukan  dengan  cara  pengukuran  ulang dimensi  rangka  sepeda  air  hamors  dengan  mengukur dimensi  aktual  sepeda  air.  Pembuatan  desain  frame untuk  memvisualisasikan  frame  sepeda  air  dalam bentuk gambar 3D menggunakan software Solidworks 2013. Desain tersebut disimulasikan untuk mengetahui distribusi tegangan dan perubahan bentuk yang terjadi pada  rangka  menggunakan  tiga  jenis  material,  yaitu Steel Alloys, Black Steel (AISI 1080) dan ST 37 (DIN 1.0037) yang diberikan variasi penekanan 60 kg dan 70 kg pada 3 titik beban, yaitu Tangan, Badan, dan Kaki.
Gambar 2: Sepeda Air HAMORS TABLE II S PESIFIKASI S EPEDA A IR H AMORS
No. Spesifikasi 1. Frame Steel Alloys. Sepeda Momoki 24 2. Pelampung PVC Paralon. P = 2,5m , ᴓ = 8,5’’ 3. Rasio perbandingan Gear 1 kayuhan : 4 putaran proppeler 4. Kapasitas Apung 120 Kg
5. Penyangga Black Steel Pipe. P = 1,5m,
ᴓ = 1 ¾’’

## 2.1   Simulasi Sepeda Air Hamors
Bagian sepeda air yang disimulasikan ini berdasarkan simulasi yang pernah dilakukan oleh Andra Berlianto T. dan Bambang Daryanto W. (2012) [1], dimana bagian yang  di  simulasikan  hanya  pada  bagian  tangan,  kaki (pedal  sepeda),  dan  badan  (tempat  duduk/sadel). Metode  yang  dilakukan  oleh  Andra  Berlianto  T.  Dan Bambang  Daryanto  W.  (2012)  [1]  untuk  menentukan beban  pada  setiap  titik,  dengan  cara  pengukuran sebagai berikut:
(a)

## (b)
Gambar 3: (a)Alat ukur beserta penyusunannya (Andra B.T. dan Bambang D.W., 2012) dan (b)Illustrasi pengukuran massa pengendara [1]
TABLE III
B ESAR P EMBEBANAN [1] Tangan Badan Kaki F1x F1y F2x F2y F3x F3y 3,923% 11,321% 4,135% 54,402% 1,796% 11,321%
25,006 N  72,162 N  26,359 N  346,779 N  11,446 N  72,162 N
Untuk berat pengendara sebesar 60kg dan 70kg adalah beban yang harus diterima oleh rangka sepeda hamors. Dari  massa  satuan  (Kilogram)  dikonversikan  menjadi gaya/force (Newton), sehingga berdasarkan persamaan matematis dan Tabel 3, didapat pembebanan setiap titik sebagai berikut:

## F = m.g
Dimana:
F = Gaya (N), m = Massa pengendara (Kg) g = Gaya gravitasi bumi (10 m/s2)
TABLE IV
B ESAR T ITIK P EMBEBANAN (N) Beban Pengendara Titik Beban Tangan Badan Kaki F1x F1y F2x F2y F3x F3y 60kg (600N) 23.538 67.926 24.81 326.412 10.776 67.926 70kg (700N) 27.461 79.247 28.945 380.814 12.572 79.247

## Gambar 4: Notasi Pembebanan [1]
Pada proses simulasi ini, tekanan akan diletakkan pada bagian ujung atas Head tube (F1), Seat tube (F2), dan Bottom  Bracket  (F3)  dengan  variasi  penekanan  yang akan  diberikan  pada  ketiga  titik  tersebut.  Rangka tersebut  akan  disimulasi  menggunakan  material  Steel Alloys,  Black  Steel  (AISI  1080)  dan  ST  37  (DIN 1.0037).  Pada  bagian  Front  buffer  dan  Back  buffer dijadikan  tumpuan  (fix  geometry),  karena  kedua bagian tersebut yang berguna untuk menopang seluruh bagian  rangka  sepeda  air  Hamors  ketika  diberikan tekanan.  Pada  proses  simulasi  ini  menggunakan software Solidworks 2013.

## 2.2  Spesifikasi Material
TABLE V
S PESIFIKASI MATERIAL S TEEL A LLOYS [6] Spesifikasi Spesifikasi material [eFunda, 2015] Spesifikasi material pada Solidworks 2013 Tensile Strength 758-1882 MPa (N/mm 2 ) 723.8 MPa (N/mm 2 ) Yield strength 366-1793 MPa (N/mm 2 ) 620.4 MPa (N/mm 2 ) TABLE VI
S PESIFIKASI MATERIAL B LACK S TEEL (AISI 1080) [6] Spesifikasi Spesifikasi material [eFunda, 2015] Spesifikasi material pada Solidworks 2013 Tensile Strength 615,4 MPa 615,4 MPa (N/mm 2 )
(N/mm 2 ) Yield strength 375,8 MPa (N/mm 2 ) 375,8 MPa (N/mm 2 ) TABLE VII S PESIFIKASI MATERIAL ST 37 (DIN 1.0037) [7] Spesifikasi Spesifikasi material (Emma, 2015) Spesifikasi material pada Solidworks 2013 Tensile Strength 360-510 MPa (N/mm 2 ) 360 MPa (N/mm 2 ) Yield strength 235 MPa (N/mm 2 ) 235 MPa (N/mm 2 )

## 3 Analisa dan Pembahasan
Dari  hasil  simulasi  yang  dilakukan  dengan  perangkat lunak  Solidworks  2013,  diperoleh  distribusi  tegangan (Von  Mises)  dan  perubahan  bentuk  (Displacement). Distribusi  tegangan  dan  perubahan  bentuk  untuk rangka  sepeda  air  hamors  dengan  variasi  beban  dan jenis material berbeda ditampilkan pada Gambar 5-10.
(a)

## (b)
Gambar 5: Simulasi pada beban 60kg dengan material Alloy Steel (a)Tegangan dan (b)Displacement/Deformasi
(a)
(b)
Gambar 6. Simulasi pada beban 70kg dengan material Alloy Steel (a)Tegangan dan (b)Displacement/Deformasi
(a)
(b)
Gambar 7: Simulasi pada beban 60kg dengan material AISI 1080 (a)Tegangan dan (b)Displacement/Deformasi
(b)
(b)
Gambar 8: Simulasi pada beban 70kg dengan material AISI 1080 (a)Tegangan dan (b)Displacement/Deformasi
(a)

## (b)
Gambar 9: Simulasi pada beban 60kg dengan material ST 37(DIN 1.0037) (a)Tegangan dan (b)Displacement/Deformasi
(a)

## (b)
Gambar 10: Simulasi pada beban 70kg dengan material ST 37(DIN 1.0037) (a)Tegangan dan (b)Displacement/Deformasi
Dilihat  dari  hasil  simulasi  pada  rangka  sepeda  air hamors  (gambar  5-10)  dengan  2  variasi  beban  dan  3 jenis  material  yang  berbeda,  maka  diperoleh  hasil Tegangan  Maksimum  dan  Maksimum  Displacement (Perubahan bentuk). Tegangan Maksimal dan Maksimal  Displacement  (Perubahan  bentuk)  tertinggi terjadi pada rangka sepeda air pada beban 60kg adalah 52,19  N/mm2  dan  1,14  mm,  sedangkan  pada  beban 70kg  adalah  60,61  N/mm2  dan  1,32  mm  dengan material Black Steel (AISI 1080).
TABLE VIII
T EGANGAN M AKSIMUM DAN M AKSIMUM D ISPLACEMENT
(P ERUBAHAN BENTUK ) Material Beban Tegangan Maks. Maks. Displacement Steel Alloys Tensile Strength  723.8 N/mm 2 Yield  Strength 620.4 N/mm 2 60kg (600N) 49,33 N/mm 2 (MPa) 0,0581 mm 70kg (700N) 57,27 N/mm 2 (MPa) 0,0675 mm Black Steel (AISI 1080) Tensile Strength  615,4 N/mm 2 Yield  Strength 375,8 N/mm 2 60kg (600N) 52,19 N/mm 2 (MPa) 1,14 mm 70kg (700N) 60,61 N/mm 2 (MPa) 1,32 mm ST  37  (DIN 1.0037) Tensile Strength 360 N/mm 2 Yield  Strength 235 N/mm 2 60kg (600N) 49,35 N/mm 2 (MPa) 0,0581 mm 70kg (700N) 57,29 N/mm 2 (MPa) 0,0675 mm

## 4 Conclusions
Dengan  beban  pengendara  60kg  dan  70kg,  simulasi pada masing-masing rangka sepeda air hamors dengan material  Alloy  Steels  (620,4  N/mm2  (MPa)),  AISI 1080  (375,8  N/mm2  (MPa)),  ST  37  (235  N/mm2 (MPa)) menunjukkan bahwa rangka mampu menahan beban  (aman).  Tegangan  maksimum  tertinggi  terjadi pada  rangka  sepeda  air  hamors  dengan  material  AISI 1080  masih  dapat  menahan  beban  (aman)  dengan masing-masing  tegangan  maksimum,  yaitu  Alloy Steels (49,33 N/mm2 (MPa) dan 57,27 N/mm2 (MPa), AISI  1080  (52,19  N/mm2  (Mpa)  dan  60,61  N/mm2 (MPa))  dan  ST  37  (49,35  N/mm2  (MPa)  dan  57,29 N/mm2 (MPa).
Dari  hasil  simulasi  tersebut  menunjukkan  bahwa perbedaan  material  mempengaruhi  tegangan  dan displacement  yang terjadi, akibat variasi pembebanan yang sama.

## Referensi
[1] Tedja, Andra Berlianto dan W., Bambang Daryanto. (2012). Analisa Tegangan dan Deformed Shape Pada Rangka Sepeda Fixie .
Jurnal Teknik Pomits. 1-5
[2] Linardy (2015). Sepeda MTB. From http://linardy28.tripod.com/sepeda.htm, 23 Maret
2015
[3] Mahandari, C. Prapti., Satyadarma, Dita, dan
Firmansyah. (2007). Kajian Awal Kekuatan Rangka Sepeda Motor Hibrid . Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas

## Gunadarma
[4] Akwakat (2015). Specifications. From
http://www.akwakat.co.nz/?page_id=238, 24
Maret 2015
[5] eFunda (2015). General Properties of Steels. From http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_ho
me/steels_properties.cfm, 17 Juni 2015
[6] eFunda (2015). AISI 1080. From
http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_ho me/show_alloy_found.cfm?ID=AISI_1080&show _prop=all&Page_Title=AISI%201080, 17 Juni 2015
[7] Emma (2015). Supply St 37-2 (1.0037) DIN
17100 steel plate. From
http://www.s355nlsteel.com/DIN-17100-St-37-2- St-37-2-steel-St-37-2-material.html, 17 Juni 2015