Abstrak —Tim Pengembangan Mobil Jurusan Teknik Mesin ITS  bekerja  sama  dengan  PT.  INKA,  PT.  Railindo  Global Karya, dan PT. Karya Tugas Anda melakukan pengembangan mobil  GEA.  Salah  satu  pengembangan  yang  akan  dilakukan adalah  pengembangan  desain bumper depan.  Dari  hasil pengkajian  pada  bagian bumper ,  tidak  ditemukan  adanya fog lamp untuk  membantu  penerangan  pada  saat  cuaca  buruk. Rancangan bumper baru  terbuat  dari  komposit  jenis  e-glass dan  pengujiannya  mengikuti  standar,  dimana  gaya  yang terjadi  pada  saat  terjadi  benturan  dihitung  berdasarkan standar  pengujian  ECE Regulation No.42.  Oleh  karena  itu perlu  dilakukan  analisa  kekuatan bumper depan  dalam menahan  benturan.  Langkah-langkah  dalam  pengembangan bumper adalah  mensimulasikan  pengujian  tumbukan  untuk mengetahui  nilai  deformasi  dan  tegangan  dari  tiap  ketebalan bumper yang  berbeda,  lalu  setelah  didapatkan  ketebalan  yang sesuai  akan  dilakukan  proses  pembuatan  dan  pemasangan bumper depan  pada  mobil pick  up multiguna.  Hasil  yang didapatkan dari penelitan ini adalah bumper hasil pengembangan  memiliki dimensi panjang 1430  mm, lebar 500 mm, tinggi 500 mm dan ketebalan bumper yang dipilih adalah 4  mm  dimana  tegangan  yang  terjadi  adalah  sebesar  785,98 MPa  sedangkan  deformasi bumper hasil  simulasi  adalah sebesar  18,160  mm,  jauh  lebih  kecil  daripada  deformasi  yang diizinkan  yaitu  60  mm.  Proses  pembuatan  bumper  dengan metode wet-lay up .
Kata Kunci — Bumper, ECE Regulation No.42, Komposit.

## I. PENDAHULUAN
ejak  tahun  2012,  Tim  Pengembangan  Mobil  Jurusan Teknik  Mesin  ITS  melakukan  pengembangan  mobil GEA  dengan  dana  hibah  dari  Kementrian  Riset  dan Teknologi.  Untuk  pengembangan,  telah  dilakukan  kajian secara  menyeluruh  terhadap  mobil  yang  ada  mulai  dari bagian engine , chassis , pengereman, transmisi, steering , dan body . Dari hasil pengkajian tersebut dilakukan pengembangan pada mobil GEA. Salah satu pengembangan yang  akan  dilakukan  adalah  pengembangan  desain  bumper depan.  Bumper  depan  mobil  multi  guna  pedesaan  saat  ini seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1. Bumper depan mobil GEA yang lama
Seperti terlihat pada gambar 1, bumper depan mobil GEA ini  mempunyai  lubang  untuk  aliran  udara  yang  lebar  dan tidak  ada  tempat  untuk  pemasangan  pelat  nomor,  tidak
ditemukan  adanya fog  lamp, dan  dimensi bumper yang terlalu besar . Tujuan yang ingin dicapai adalah mengembangkan  bumper  depan  mobil  multiguna  pedesaan dengan bahan komposit fiber glass yang mampu memenuhi standar pengujian benturan pada kecepatan rendah. Batasan masalah  adalah  topik  yang  dibahas  yaitu  pengembangan bumper depan  mobil  multiguna  pedesaan  dan  bahan  yang digunakan  untuk bumper adalah  komposit  dengan  penguat berupa  serat  kaca.  Manfaat  dari  penelitian  ini  adalah memberikan  alternatif  desain  bumper  depan  yang  sesuai dengan dimensi mobil multiguna pedesaan.

## II. METODE PENELITIAN
Diagram alir pengembangan bumper depan mobil pick up multiguna pedesaan dapat dilihat pada gambar 2 dibawah:

## Pengembangan Bumper Depan Mobil Pick Up

## Multiguna Pedesaan
Alfie Adiananda, dan I Made Londen Batan Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : londbatan@me.its.ac.id
S

## III. RANCANGAN BUMPER MOBIL MULTIGUNA
A. Kajian Bumper Mobil Mutiguna Pedesaan (Existing Product)
Dari  hasil  kajian  mengenai  mobil pick  up multiguna pedesaan  secara  keseluruhan  [1],  diketahui  bahwa  pada bagian bumper perlu  dilakukan  perancangan  ulang  karena masih  dapat  dimaksimalkan  fungsinya  selain  melindungi bagian body dari  benturan.  Hasil  kajian  dari  penelitian sebelumnya  menyebutkan  pada  bagian grill dari bumper dinilai terlalu lebar dan tidak terfokus mengarah ke radiator serta dimensi dari bumper yang harus diubah karena dimensi mobil keseluruhan yang juga berubah menjadi lebih kecil.
Tabel 1. Hasil Kajian Bumper Depan Mobil Pick Up Multiguna Pedesaan No. Nama Bagian Ketersediaan Catatan 1. Grill Ada Terlalu lebar 2. Tempat fog lamp Tidak Ada Perlu dibuatkan ruang 3. Tempat pelat nomor Tidak Ada Perlu dibuatkan tempat

## B. Rancangan Bumper Baru
Berdasarkan penelitian sebelumnya yang telah disebutkan,  maka  dilakukan  pembuatan  rancangan  desain bumper depan yang baru. Dengan rancangan bumper depan yang baru ini, diharapkan bumper depan ini memiliki fungsi tambahan  selain  melindungi  bagian body dari  benturan. Fungsi  tambahan  tersebut  antara  lain  adanya  tempat  untuk memasang fog  lamp dan  tempat  untuk  memasang  pelat nomor  registrasi  kendaraan.  Keberadaan fog  lamp dapat membantu  pengemudi  dalam  hal  penerangan  pada  malam hari  maupun  pada  kondisi  cuaca  yang  buruk.  Sementara adanya  tempat  untuk  memasang  pelat  nomor  registrasi kendaraan dapat mempermudah dalam hal pemasangan pelat nomor tersebut.
Gambar 3. Bumper depan rancangan baru
Bumper depan  yang  baru  ini  mempunyai  dimensi  yang lebih  kecil  daripada  bumper  depan  sebelumnya  serta memiliki  geometri  yang  mengikuti  lengkung  dari  bentuk lampu  dan side  front  panel mobil  multiguna  hasil pengembangan. Dimensi bumper rancangan baru disesuaikan  dengan  dimensi  kabin  mobil  pedesaan multiguna  hasil  pengembangan,  yaitu  panjang  1430  mm, lebar 500 mm, dan tinggi bumper 500 mm.

## C. Pemilihan Material Bumper
Pemilihan material untuk bumper depan berdasarkan tabel
1. Material  yang dipilih adalah komposit fiber tipe E glass.
Material tersebut dipilih karena  memiliki biaya  yang paling rendah  dibandingkan  dengan  material fiber lainnya  seperti fiber tipe  S,  grafit,  boron,  dan  Kevlar  sehingga  dapat mengurangi  biaya  produksi . Bumper diharapkan  memiliki berat yang ringan, fiber tipe E memiliki density sebesar 2,54 g/cm 3 yang  tidak  terpaut  jauh  perbedaannya  dengan  tipe  S glass yang  memiliki  density  2,50  g/cm 3 dengan  biaya  yang lebih tinggi sehingga berat bumper dengan fiber tipe E tidak akan terpaut jauh dibandingkan jika menggunakan fiber tipe S.  Selain  itu fiber  glass tipe  E  juga  merupakan  jenis  yang paling  umum digunakan dalam  industri kendaraan sehingga ketersediaannya terjamin.

## D. Analisa Kekuatan Bumper
Rancangan bumper depan  yang  baru  perlu  diuji  untuk mengetahui  kekuatannya  ketika  diberikan  gaya  tumbukan yang  sesuai  dengan  standar  pada ECE  Regulation  No.42 . Standar  tersebut  mengharuskan bumper mampu  menahan gaya  benturan  yang  diberikan  oleh impactor yang  bergerak dengan kecepatan 4 km/jam untuk tumbukan frontal.
Impactor terbuat dari bahan baja dengan konstruksi rigid. Berat  dari  impactor  diasumsikan  sama  dengan  berat kendaraan unladen . Unladen  weight dari  mobil  multiguna pedesaan  adalah  sebesar  1210  kg.  Simulasi  pengujian dilakukan  dengan  software  FEA  untuk  melihat  deformasi dan  tegangan  maksimal  yang  terjadi  pada  bumper  ketika ditumbuk  oleh impactor .  Simulasi  yang  digunakan  adalah analisa explicit  dynamics. Ada  beberapa boundary conditions yang digunakan dalam simulasi ini yaitu :
 Impactor bergerak dengan kecepatan konstan sebesar 4 km/jam (1,11 m/s)
 Bumper  ditumpu  dengan  tumpuan fixed  support melalui  2  bidang  berukuran  43mm  x  190mm  yang memiliki  jarak  315  mm  dari  tepi  bumper  yang berada pada bagian belakang bumper . Simulasi terdiri dari beberapa tahap, yaitu :
1. Proses input data material untuk impactor dan bumper . Data  properti  material  dimasukkan  ke  dalam software melalui submenu Engineering Data. Untuk material  impactor  dipilih structural  steel dengan density sebesar  40421  kg/m 3 agar  berat  impactor sesuai  dengan  berat  unladen  dari  kendaraan. Sedangkan  untuk bumper ,  dibuat  material  baru dengan  data  material  yang  digunakan  adalah  data material epoxy e-glass [1]. 2. Proses penentuan geometri benda Geometri benda yang telah didesain menggunakan software  computer  aided  design di import ke  dalam software finite element analysis.
3. Proses modelling
Proses  ini  terdiri  dari meshing dan setting kondisi sesuai  dengan  standar  yang  diinginkan.  Meshing menggunakan pilihan program controlled . Setting kondisi untuk  sistem explicit  dynamics dilakukan  dengan memberikan  input  berupa velocity sebesar  1,1  m/s    pada komponen yang bergerak yaitu impactor .
Gambar 4. Posisi impactor dan bumper saat simulasi
4. Proses running dan hasil simulasi Setelah  kondisi  disesuaikan  dengan  standar  yang diinginkan,  dilakukan  pemilihan  data  yang  akan dihasilkan.  Untuk  simulasi  ini  dipilih  tegangan ekuivalen  yang  terjadi  ( Von  Mises  Equivalent  Stress ), deformasi  yang  terjadi  pada  bumper,  serta  energi kinetik impactor dan  energi  internal bumper .  Proses simulasi  dilakukan  dengan  melakukan solve untuk pengkondisian yang sudah ditetapkan.
Deformasi maksimal digunakan untuk mengetahui apakah deformasi  bumper  akibat  dari  tumbukan  melebihi  jarak  60 mm,  yaitu  jarak  dari  ujung  bumper  hingga front  hood maupun lampu dari mobil sehingga deformasi maksimal dari bumper  tidak  boleh  melebihi  60  mm.  Tegangan  ekuivalen digunakan  untuk  mengetahui  seberapa  besar  tegangan  yang terjadi  pada  bumper.  Nilai  tegangan  digunakan  untuk mencari  nilai  dari  faktor  keamanan.  Nilai  faktor  keamanan yang dibutuhkan adalah sebesar 1,25 [2].

## E. Analisa Tegangan Ekuivalen (Von Mises)
Simulasi  dilakukan  untuk  mengetahui  besar  tegangan yang terjadi pada bumper ketika diberikan beban tumbukan. Ketebalan bumper yang ditentukan pada simulasi ini adalah ketebalan  3  mm,  4  mm,  5  mm,  6  mm,  dan  7  mm.  Nilai ultimate  strength (Su)  dari  material epoxy  e-glass adalah sebesar  1020  MPa  [1].  Gambar  5  adalah  sebuah  contoh simulasi bumper dengan tebal 3 mm.
Gambar 5. Hasil simulasi nilai tegangan Von Mises pada bumper 3 mm
Pada  gambar  5,  warna  merah  menandakan  area  yang mengalami tegangan paling besar, sementara yang berwarna biru merupakan area yang mengalami tegangan paling kecil. Tegangan  maksimal  tersebut  terjadi  pada  bagian  yang ditunjukkan  oleh  tanda  max,  yaitu  bagian  tempat pemasangan  pelat  nomor  pada bumper .  Perhitungan  untuk mengetahui faktor keamanan :
σ  = 889,25 MPa Su  = 1020 MPa SF  = 1,14
Dengan  cara  yang  sama,  hasil  simulasi  tegangan ekuivalen  dan  perhitungan  faktor  keamanan  pada  ketebalan bumper lainnya adalah sebagai berikut :
Tabel 3. Hasil simulasi tegangan ekuivalen Tebal Bumper (mm) Tegangan Ekuivalen (MPa) Faktor Keamanan 3 889,25 1,14 4 785,98 1,29 5 689,40 1,48 6 670,28 1,52 7 498,95 2,04

## F. Analisa Deformasi
Sama  seperti  pada  analisa  tegangan  von  mises  yang terjadi  pada  bumper,  selanjutnya  akan  dilakukan  analisa deformasi  yang  terjadi  pada  bumper.  Ketebalan  bumper yang  dianalisa  berturut-turut  adalah  3  mm,  4  mm,  5  mm,  6 mm, dan 7 mm. Gambar 6 memberikan sebuah contoh hasil simulasi deformasi bumper dengan ketebalan 3 mm.
Gambar 6. Hasil simulasi deformasi pada bumper 3 mm
Pada  gambar  6,  warna  merah  menandakan  area  yang mengalami  deformasi  paling  besar,  sementara  yang berwarna  biru  merupakan  area  yang  mengalami  deformasi paling  kecil.  Deformasi  maksimal  terjadi  pada  area  tempat pemasangan  pelat  nomor  registrasi  kendaraan  dan  pada bagian grill dari  bumper  yang  mengalami  kontak  langsung dengan impactor .  Nilai  deformasi  maksimal  untuk bumper dengan ketebalan 3 mm adalah 19,197 mm.
Dengan  cara  yang  sama,  hasil  simulasi  tegangan ekuivalen  dan  perhitungan  faktor  keamanan  pada  ketebalan bumper lainnya adalah sebagai berikut :
Tabel 4. Hasil simulasi deformasi bumper Tebal Bumper (mm) Deformasi (mm) 3 19,197 4 18,160 5 17,267 6 14,199 7 11,677

## G. Energi yang Mampu Diserap Oleh Bumper
Dari  hasil  simulasi  yang  dilakukan,  didapatkan  energi kinetik impactor dan  energi  internal  dari bumper .  Energi kinetik  dan  energi  internal  tersebut  digunakan  untuk menghitung seberapa besar energi yang mampu diserap oleh bumper pada tiap ketebalan.
Tabel 5. Energi yang diserap oleh bumper Tebal Bumper (mm) Energi Kinetik Impactor (Joule) Energi Internal Bumper (Joule) Energi yang Diserap (%) 3 729,11 690,20 94,6 4 729,11 690,45 94,6 5 729,11 691,73 94,8 6 729,10 687,80 94,3 7 729,09 686,90 94,2
Dari  tabel  5  diketahui  bahwa  besar  energi  yang  mampu diserap  oleh  tiap  ketebalan  hampir  sama,  semua  ketebalan mampu menyerap lebih dari 94% dari energi yang diberikan oleh impactor .

## H. Pemilihan Ketebalan Bumper
Dari  hasil  perhitungan  faktor  keamanan, bumper yang masuk ke dalam kriteria adalah bumper dengan ketebalan 4 mm, 5 mm, 6 mm, dan 7 mm. Namun yang memiliki faktor keamanan  yang  paling  dekat  dengan  1,25  adalah bumper dengan  ketebalan  4  mm.  Faktor  keamanan  sebesar  1,25 dipilih  karena  fungsi bumper hanya  sebagai  pelindung  agar jika  terjadi benturan  tidak  langsung  mengenai  bagian  kabin mobil,  jika  terlalu  tebal  maka  hanya  akan  menambah  biaya produksi serta menambah bobot dari kendaraan.
Dari hasil simulasi deformasi, bumper dengan ketebalan 3 mm  hingga  7  mm  semua  memenuhi  kriteria  tidak  melebihi deformasi yang diizinkan.
Berat  dari bumper mempengaruhi  pemilihan  ketebalan bumper , karena semakin kecil ketebalan bumper, maka berat bumper pun semakin kecil. Ketebalan yang kecil juga dapat mengurangi  biaya  produksi  dari bumper karena  material yang digunakan semakin sedikit.
Tabel 6. Berat bumper pada tiap ketebalan Tebal Bumper (mm) Berat (kg) 3 6,939 4 9,148 5 11,342 6 13,519 7 15,679
Dari  hasil  analisa  tersebut,  maka  dipilih  ketebalan  4  mm karena  telah  memenuhi  syarat  faktor  keamanan  pada tegangan  ekuivalen,  deformasi  yang  terjadi,  dan  memiliki bobot yang paling ringan.

## IV. PROSES PEMBUATAN DAN PEMASANGAN
BUMPER DEPAN

## A. Tempat Pembuatan Bumper Depan
Proses  pembuatan  bumper  depan  dari  mobil  multiguna pedesaan  ini  dilakukan  di  PT.  Karya  Tugas  Anda.  Selain bumper ,  PT.  Karya  Tugas  Anda  juga  merupakan  tempat
pembuatan dashboard , box multiguna, kabin belakang untuk penumpang,  serta  bak pick-up dari  mobil  multiguna pedesaan.

## B. Proses Pembuatan Bumper Depan Mobil Pick Up Multiguna Pedesaan
Pada  PT.  Karya  Tugas  Anda,  proses  pembuatan  produk dengan material komposit menggunakan metode wet lay up . Proses  pembuatan bumper depan  ini  juga  menggunakan metode wet  lay  up.  Wet  lay  up adalah  metode  yang  paling sederhana  dan  merupakan  proses  dengan  metode  terbuka dari fabrikasi komposit.
Proses  pembuatan bumper depan  mobil  multiguna pedesaan ini ada beberapa tahapan, yaitu :
1. Pembuatan gambar teknik dari desain bumper yang baru
2. Pembuatan cetakan positif bumper depan yang baru 3. Pembuatan cetakan negatif
4. Pembuatan bumper depan  dengan  bahan  komposit fiber glass
5. Pelepasan bumper depan dengan cetakannya
6. Pemeriksaan permukaan bumper
7. Pengecatan bumper depan
8. Pemasangan bumper pada body mobil
Gambar 7. Mobil multiguna pedesaan setelah proses finishing

## V. KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Bumper depan  yang  baru  ini  memiliki  geometri  yang mengikuti  lengkung  dari  bentuk  lampu  dan side  front panel serta dimensi kabin mobil pedesaan multiguna hasil pengembangan,  yaitu  panjang  1430  mm,  lebar  500  mm, dan tinggi 500 mm.
2. Material yang digunakan untuk pembuatan bumper adalah komposit fiber glass dengan fiber tipe E-glass. Ketebalan bumper yang  dipilih  adalah  dengan  ketebalan  4  mm dimana tegangan yang terjadi adalah sebesar 785,98 MPa sedangkan  deformasinya  adalah  18,160  mm,  jauh  lebih kecil daripada deformasi yang diizinkan yaitu  60 mm. 3. Proses  pembuatan bumper depan  dengan  material komposit fiber  glass menggunakan  metode wet-lay  up yang dilakukan di PT. Karya Tugas Anda, Pasuruan, Jawa Timur.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Callister, Jr.William D. 2007. “Material Science And Engineering An Introduction”. New York : John Wiley & Sons, Inc.
[2] Deutschman,  A.D.,  Michels,  W.J.,  dan  Wilson,  C.  F.  1975. Machine Design  Theory  And  Practice .  New  York:  Macmillan  Publishing  Co., Inc. 306-309.