## ANALISA SIMULASI KEKUATAN RANGKA PADA MESIN BRUSH SANDER MENGGUNAKAN APLIKASI SOLIDWORK
Fendi fardana (1) dan Fatkur Rhohman (1*)
(1) Teknik Mesin, Universitas Nusantara PGRI Kediri
(*) E-mail Corresponding Author : fatkurrohman@unpkediri.ac.id

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis  kekuatan  dan  respons  rangka  mesin brush  sunder terhadap  gaya  dan  beban.  Metode  penelitian  menggunakan  aplikasi SolidWorks dengan  rangka berbentuk  besi  siku  dan  bahan  ASTM  36.  Hasil  penelitian  mencakup  data  kritis  seperti stress , perpindahan,  dan  faktor  keamanan.  Penerapan  gaya  dan  beban  pada  rangka  melalui  model SolidWorks memungkinkan  evaluasi  mendalam  terhadap  kekuatan  struktur  dan  responsnya.  Data stress memberikan  gambaran  beban  maksimum,  perpindahan  mengidentifikasi  deformasi,  dan faktor  keamanan  menunjukkan  tingkat  keandalan  struktur. Hasil  nilai  dari  deformaasi  1.09  mm , stress 4.8 N/m, Strain 4.2 dan FOS sebesar 1.87 Nilai ini masih dalam batas aman. Penelitian ini diharapkan  memberikan  kontribusi  pada  pemahaman  lebih  lanjut  tentang  kinerja  dan  keamanan rangka mesin brush sunder dalam berbagai kondisi operasional.
Kata Kunci : Solidworks, Regangan , Tegangan, Deformasi

## Abstract
This research aims to analyze the strength and response of the brush sunder machine frame to forces and loads. The research method utilizes the SolidWorks application with a frame made of angle iron and ASTM 36 material. The research results encompass critical data such as stress, displacement, and safety factors. The application of forces and loads on the frame through the SolidWorks model enables a thorough evaluation of the structural strength and its response. Stress data provides an overview of maximum loads, displacement identifies deformations, and safety factors indicate the level of structural reliability. The results show values of deformation at 1.09 mm, stress at 4.8 N/m, Strain  at  4.2,  and  FOS at  1.87.  These  values  are  within  safe  limits.  This  research  is  expected  to contribute  to  a  better  understanding  of  the  performance and  safety  of  the  brush  sunder machine frame under various operational conditions.
Keywords: Solidworks, Strain, Stress, Deformation

## 1. PENDAHULUAN
Mesin Brush Sander adalah peralatan yang digunakan di  PT  Wonojati  yang  merupakan  salah  satu perusahaan  yang  bergerak  dibidang  produksi  mebel dan  aneka  olahan  kayu  baik  dijadikan  sebagai furniture maupun  dijadikan  sebagai  bahan  setengah jadi  untuk  kemudian  di  proses  di  pabrik  yang berbeda[1].  Mesin  ini  dirancang  untuk  melakukan proses  pengampelasan  kayu.  Mesin  ini  beroperasi dengan  menggunakan  putaran  motor  yang  berasal dari  motor  DC  ( Direct  Current ).  Tujuan  utama pembuatan mesin ini adalah untuk mendukung proses pengampelasan kayu agar menjadi lebih efisien baik dari  segi  waktu  maupun  tenaga[2].  Dengan menggunakan teknologi motor DC, mesin ini mampu memberikan  kinerja  yang  stabil  dan  dapat  diatur sesuai  kebutuhan.  Penggunaan  mesin Brush  Sander di PT Wonojati dapat meningkatkan efisiensi dalam proses pengampelasan kayu, memberikan hasil yang berkualitas,  dan  meminimalkan  pemakaian  tenaga kerja serta waktu produksi[3].
Keamanan penggunaan mesin sangat ditentukan oleh ketelitian  dalam  perhitungan  rangka,  di  mana pemilihan material yang tepat menjadi kunci utama. Kesalahan  dalam  memilih  material  untuk  rangka dapat berpotensi membuatnya tidak mampu menahan beban  yang  diterimanya.  Rangka,  yang  terdiri  dari batang-batang  saling  terhubung  di  ujungnya, memegang  peran  krusial  dalam  mendukung  serta menahan  beban  dari  berbagai  komponen  mesin. Keakuratan perhitungan rangka melibatkan pemahaman  yang  mendalam  tentang  beban  kerja mesin,  karakteristik  material,  dan  struktur  rangka yang dibutuhkan. Oleh karena itu, pemilihan material dan  perhitungan  rangka  yang  tepat  sangat  krusial untuk  memastikan  keamanan  dan  kinerja  optimal dalam penggunaan mesin tersebut[4].
Salah satu metode yang digunakan untuk memastikan keamanan  dan  kemampuan  rangka  mesin  dalam menopang  beban  yang  akan  diterimanya  adalah melalui proses simulasi numerik dengan menggunakan aplikasi CAD/CAM. Aplikasi CAD/CAM,  singkatan  dari computer-aided  design
dan  manufaktur  dibantu  komputer,  merujuk  pada perangkat  lunak  komputer  yang  digunakan  untuk merancang  dan  memproduksi  produk[5].  Dengan memanfaatkan  aplikasi  ini,  para  insinyur  dapat melakukan  simulasi  numerik  yang  cermat  terhadap rangka mesin yang dirancang. Proses ini melibatkan analisis  terperinci  terhadap  beban  yang  diharapkan, pemilihan  material,  dan  struktur  rangka  secara keseluruhan[6].  Simulasi  numerik  ini  memberikan insight yang penting untuk memastikan bahwa rangka mesin  tidak  hanya  aman,  tetapi  juga  mampu menanggung beban dengan efektif, mengoptimalkan desain, dan meminimalkan risiko kegagalan struktural pada tahap produk[7].
Salah  satu  aplikasi  yang  umum  digunakan  dalam konteks  simulasi  numerik  untuk  memastikan keamanan  dan  kinerja  rangka  mesin  adalah SolidWorks.  SolidWorks  menggunakan  proses simulasi  FEA  atau  Analisis  Elemen  Hingga  (FEA) untuk  mengevaluasi  dan  memahami  perilaku struktural  suatu  desain.  Analisis  Elemen  Hingga merupakan teknik diskritisasi dominan dalam analisis mekanika  struktural[8][9].  Dalam  konsep  dasarnya, FEA  membagi  model  matematis  menjadi  elemen hingga,  yaitu  komponen  geometri  sederhana  yang tidak  tumpang  tindih  satu  sama  lain.  SolidWorks memungkinkan insinyur dan desainer untuk melakukan simulasi yang mendalam terhadap rangka mesin, memperhitungkan faktor-faktor seperti beban bekerja, distribusi tegangan, dan deformasi. Dengan demikian,  penggunaan  aplikasi  seperti  SolidWorks dengan teknik FEA menjadi kunci untuk memastikan keakuratan  dan  keandalan  desain  rangka  mesin sebelum produksi massal[10].
Berdasarkan  uraian  di  atas,  penelitian  ini  bertujuan untuk  melakukan  simulasi  struktural  pada  rangka mesin Brush Sander dengan menggunakan perangkat lunak  SolidWorks.  Dengan  mengadopsi  proses simulasi FEA yang
terintegrasi dalam SolidWorks[11],  penelitian  ini  akan  memfokuskan pada  evaluasi  keamanan  dan  kemampuan  rangka mesin  dalam  menopang  beban  yang  diterimanya. Melalui pembagian model matematis rangka menjadi elemen  hingga,  penelitian  ini  akan  menyelidiki distribusi tegangan, deformasi, dan respons struktural keseluruhan.  Hasil  simulasi  ini  diharapkan  dapat memberikan  wawasan  mendalam  terhadap  kinerja rangka  mesin Brush  Sander ,  memungkinkan penyempurnaan  desain  jika  diperlukan,  serta memastikan bahwa mesin tersebut memenuhi standar keamanan dan kehandalan sebelum diproduksi secara massal.  Dengan  demikian,  penggunaan  SolidWorks dalam penelitian ini menjadi alat yang esensial untuk mendukung  pengembangan  dan  optimalisasi  desain rangka mesin tersebut.

## 2. METODOLOGI
Penelitian  ini  memiliki  tujuan  utama  untuk mengevaluasi  respon  dan  kekuatan  struktur  rangka
mesin Brush  Sander dengan  mengacu  pada  kriteria tertentu.  Fokus  penelitian  melibatkan  analisis terperinci  terhadap  respons  struktural  rangka  mesin terhadap beban-beban tertentu, dengan mempertimbangkan distribusi tegangan dan deformasi  yang  terjadi  selama  penggunaan.  Selain itu, kriteria tertentu seperti keamanan, kekuatan, dan stabilitas  akan  diidentifikasi  dan  dianalisis  secara mendalam  untuk  memastikan  bahwa  rangka  mesin dapat  menanggung  beban  yang  diinginkan  dengan efektif.
1. Gambar Desain Mesin

## Gambar  1 Desain Mesin Keseluruhan
2. Desain Rangka Mesin
3. Mechanical Material Properties ASTM 36 Nama :  ASTM A36 Steel Model type :  Linear Elastic Isotropic Default failure Criterion :  Unknown Yield strength :  2.5e+008 N/m^2 Tensile strength  :  4e+008 N/m^2
Elastic modulus  :  2e+011 N/m^2 Poisson’s ratio  :  0.26 Mass dendity :  7850 kg/m^3 Shear modulus  :  7.93e+010 N/m^2 Dalam  penelitian  ini,  bahan  yang  digunakan  adalah besi  siku  dengan  dimensi  35mm  x  35mm  x  4mm sebagai bahan dasar. Proses simulasi dalam penelitian dilakukan  dengan  menggunakan  material  yang memiliki  spesifikasi  ASTM  36.  Pemilihan  besi  siku kuruan  dengan  dimensi  tertentu  bertujuan  untuk memahami  perilaku  dan  karakteristik  material tersebut dalam suatu lingkungan tertentu. Sementara itu,  penggunaan  material  jenis  ASTM  36  dalam simulasi  menunjukkan  fokus  pada  analisis  material yang  umum  digunakan  dalam  konstruksi  dan rekayasa  struktural.  Melalui  penggabungan  bahan dan  simulasi,  penelitian  ini  bertujuan  untuk mendapatkan pemahaman mendalam tentang respons dan  kinerja  struktural  dari  besi  siku  dalam  situasi tertentu,  berpotensi  memberikan  kontribusi  penting dalam pengembangan desain dan keamanan struktur.
4. Diagram Alir Proses Penelitian
Gambar  3 Diagram Alir Penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Langkah  pertama  didalam  simulasi  yang  dilakukan adalah  dengan  memberikan  distribusi  beban  kepada rangka dengan distribusi sebagai berikut :
Gambar  4 Distribusi beban pada rangka
Gambar  4  merupakan  gambar  mengenai  distribusi beban  yang  di  tempatkan  pada  rangka  dengan memperhatikan  poin-poin  pembebanan  yang  sudah ditentukan sejak awal.
Langkah  selanjutnya  setelah  menentukan  distribusi beban  dalam  simulasi  adalah  proses meshing ,  yang merupakan tahapan penting dalam analisis struktural atau  simulasi  fisika  lainnya. Meshing atau griding melibatkan  pembagian  komponen  yang  akan dianalisis  menjadi  elemen-elemen  kecil  atau  diskrit, ini  menciptakan  jaringan  elemen-elemen  yang merepresentasikan  struktur  fisik  dengan  lebih  baik. Pilihan jenis elemen, ukuran elemen, dan kepadatan mesh sangat  mempengaruhi  akurasi  dan  efisiensi analisis.  Berbagai  algoritma  dan  metode,  seperti metode Delaunay atau advancing  front ,  dapat digunakan untuk menciptakan meshing yang optimal. Keberhasilan  simulasi  seringkali  tergantung  pada kemampuan meshing
untuk secara tepat
menggambarkan  perubahan  dan  deformasi  dalam struktur saat dipengaruhi oleh beban yang diterapkan. Dengan meshing yang  baik,  analisis  simulasi  dapat memberikan  hasil  yang  lebih  akurat  dan  relevan terhadap kondisi real yang dihadapi oleh komponen atau struktur yang dianalisis.
Meshing yang  dihasilkan  memiliki  jumlah  node sebanyak  700  dan    jumlah  elemen  yang  dihasilkan adalah    684  dalam  proses meshing semakin  banyak jumlah  elemen  dan  node  yang  dihasilkan  akan semakin baik hasil yang didapat pada waktu simulasi. Setelah  proses meshing maka  akan  didapatkan  hasil dari  simulasi,  didalam  penelitian  ini  hasil  simulasi yang didapat adalah sebagai berikut.

## 1. Stress
Gambar  6 Hasil stress pada rangka
Dari  hasil  simulasi stress pada  gambar  di  atas, menggunakan  metode Upper  Bound  Axial  and Bending ,  ditemukan  bahwa  nilai stress maksimum mencapai  4.8  N/M.  Metode  ini  memberikan gambaran  tentang  sejauh  mana  beban  aksial  dan lentur  dapat  memengaruhi  struktur  atau  komponen yang  dianalisis.  Selain  itu,  simulasi  ini  juga mengungkapkan  nilai stress minimum  sebesar  1.37, yang  mencerminkan  titik  terendah  dari  distribusi stress dalam  struktur  tersebut.  Informasi  ini  penting dalam  mengevaluasi  kinerja  struktur  dan  dapat digunakan  untuk  menilai  tingkat  keamanan  dan integritasnya  terhadap  beban  yang  bekerja.  Analisis stress seperti  ini  memberikan  wawasan  yang mendalam  tentang  bagaimana  komponen  atau struktur  merespons  beban,  dan  hasilnya  dapat menjadi  dasar  untuk  pengoptimalan  desain  atau peningkatan kekuatan material yang digunakan.

## 2. Strain
Gambar  7 Hasil Strain
Dari  hasil  simulasi  diapati strain pada  rangka  yaitu pada angka maksimum 4.2 N/M dan hasil minimum pada angka 0.0 N/M.

## 3. Displacement
Gambar  8 Hasil Displacement Hasil dari simulasi tersebut menunjukkan bahwa nilai displacement terbesar diperoleh dengan menggunakan metode Resultant Displacement , yaitu sebesar 1.09 mm. Displacement atau perpindahan ini menggambarkan  sejauh  mana  suatu  struktur  atau komponen  bergerak  atau  bengkok  sebagai  respons terhadap beban yang bekerja padanya. Dalam konteks ini,  nilai displacement maksimum  1.09  mm mencerminkan deformasi terbesar yang dialami oleh struktur  tersebut.  Di  sisi  lain,  nilai displacement minimum sebesar 0.0 mm menunjukkan bagian yang mungkin  tetap  atau  tidak  mengalami  perpindahan signifikan  selama  simulasi.  Informasi  mengenai displacement ini  penting  dalam  evaluasi  kinerja struktur dan  dapat  membantu  insinyur  atau  desainer untuk  memahami  bagaimana  komponen  tersebut berperilaku  di  bawah  beban  tertentu,  yang  pada gilirannya  dapat  membimbing  proses  desain  atau perbaikan struktur.

## Factor of Safety
Gambar  9 Hasil Factor of Safety
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  dilakukan, ditemukan  bahwa factor  of  safety dari  simulasi mencapai  nilai  maksimum  sebesar  1.87,  sementara nilai  minimumnya  adalah  5.12. Factor  of  safety
merupakan suatu indikator penting dalam mengevaluasi  tingkat  keamanan  suatu  struktur  atau komponen.  Nilai factor  of  safety yang  tinggi menunjukkan  bahwa  struktur  tersebut  memiliki margin keamanan  yang  memadai  terhadap  beban yang diberikan, sedangkan nilai minimum yang lebih rendah

## 4. KESIMPULAN
Dalam  kesimpulan  ini  menghasilkan  informasi penting terkait stress , strain , displacement , dan factor of  safety pada  struktur. Stress maksimum  dan minimum yang tercatat, yaitu 4.8 N/M dan 1.37 N/M secara  bergantung  pada  beban  aksial  dan  lentur, memberikan gambaran tentang tegangan maksimum dan  minimum  yang  dialami  oleh  material  struktur. Begitu  pula  dengan  nilai strain yang  menunjukkan deformasi  maksimum  dan  minimum  pada  4.2  N/M dan 0.0 N/M, yang mencerminkan perubahan bentuk struktur  akibat  beban. Displacement dengan  nilai maksimum  1.09  mm  dan  minimum  0.0  mm, memberikan  informasi  tentang  perpindahan  struktur sebagai respons terhadap  beban  yang  diberikan. Factor of safety , dengan rentang nilai maksimum 1.87 dan minimum 5.12 menggambarkan tingkat keamanan  struktur  terhadap  beban,  di  mana  nilai minimum  5.12  menunjukkan  keamanan  yang memadai, namun perlu diperhatikan bahwa nilai 1.87 perlu  ditinjau  lebih  lanjut  untuk  memastikan keamanan  struktur  yang  memadai.  Informasi  ini sangat  penting  untuk  mengevaluasi  kinerja  struktur dan  memastikan  tingkat  keamanannya  dalam  proses desain.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Tuhan YME, teman-teman dan bapak/ibu  dosen  yang  sudah  mendukung  dalam pembuatan  artikel  ini  serta  kepada  Prodi  Teknik Mesin,  Fakultas  Teknik  dan  Ilmu  Komputer, Universitas Nusantara PGRI Kediri.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Suryady and E. Aprianto Nugroho, ‘Simulasi Faktor  Keamanan  dan  Pembebanan  Statik Rangka Pada Turbin Angin Savonius’, Jurnal Ilmiah  Multidisplin ,  vol.  1,  no.  2,  pp.  42–48, Mar. 2022, Accessed: May 08, 2024. [Online]. Available:
https://journal.admi.or.id/index.php/JUKIM/ar ticle/view/94
[2] J.  Yanda  Zaira  and  M.  T.  Isnaini  Pradana, ‘Rancang  Bangun  dan  Analisa  Kekuatan Rangka  Mesin  Pencuci  Singkong  Metode Rotary dengan Solidworks Simulation’, Jurnal
Politeknik Caltex Riau , vol. 8, no. 2, pp. 205– 213,  Nov.  2022,  Accessed:  May  07,  2024. [Online].
Available: https://doi.org/10.35143/elementer.v8i2.5579
[3] P.  Yosua,  D.  Budhi  Santoso, and  A.  Stefanie, ‘Rancang  Bangun  Automatic  Washing  and Drying System untuk Mesin Pencuci Cylinder Block  Motor’, Jurnal Ilmiah Wahana Pendidikan ,  vol. 7,  no.  4,  pp.  430–444, 2021, doi: 10.5281/zenodo.5167080.
[4] P. D. A. N. Pengabdian, P. Rahmawaty, M. Si, D. Respati, S. Sumunar, and M. Si, ‘Prosiding Seminar Nasional’, in PROSIDING SEMINAR
NASIONAL , Jan. 2012, pp. 978–979.
[5] A.  Aziz  Salimi,  ‘Simulasi  Finite  Element Analysis  (Fea)  dan  Fabrikasi  Implan  untuk
Perbandingan Kinerja Implan Kovensional dan Custom  Cruciate  Retaining  (Cr)  untuk Penderita Osteoarthritis Berdasarkan Rekonstruksi Data Mri/Ct Scan Tulang Lutut’, Yogyakarta,  2023.  Accessed:  May  08,  2024. [Online]. Available: https://www.scribd.com/document/727939261
/18525129
[6] L.  T.  Kusuma  and  H.  Mahmudi,  ‘Analisa Kekuatan  Rangka  Mesin  Pengupas  Kacang Tanah Menggunakan Software Solidworks’, in INOTEK , Online, 2023, pp. 384–392. Accessed: May 08, 2024. [Online]. Available: https://proceeding.unpkediri.ac.id/index.php/i notek/
[7] R.  Novitaningrum,  F.  Wisnu  Saputro,  and  W. Adhi Saputro, ‘Efisiensi Teknis Usahatani Ubi
Kayu di Lahan Kering Kabupaten Karanganyar, Provinsi Jawa Tengah’,
MEDIAGRO , vol. 18, no. 2, pp. 208–217, 2022, Accessed: May 08, 2024. [Online]. Available: https://publikasiilmiah.unwahas.ac.id/Mediagr o/article/view/6962
[8] A.  Reynaldo  Louis  and  G.  Mulyono, ‘Perancangan Fasilitas Duduk Sebagai Sarana Penggunaan Smart Phone dan Game Mobile’, JURNAL  INTRA ,  vol.  7,  no.  2,  pp.  545–550, 2019,  Accessed:  May  08,  2024.  [Online]. Available: https://publication.petra.ac.id/index.php/desai n-interior/article/view/8990
[9] A. Taqiyyan, A. Slamet, and Giyanto, ‘Analisa Buckling  Terhadap  Rangka  Rotary  Table Menggunakan Metode Finite Element
Methode’, in National Conference of Industry Engineering and Technology , 2022, pp. 85–94. Accessed: May 08, 2024. [Online]. Available: https://www.conf.nciet.id/index.php/nciet/artic le/view/260
[10]  R. Ardan  Pradana,  ‘Perancangan  dan Pembuatan  Mesin  Belt  Sander  untuk  Ukm Rosse  Bambu  di  Margoagung  Sayegan Sleman’,  Yogyakarta,  2022.  Accessed:  May
08, 2024. [Online]. Available:
https://dspace.uii.ac.id/handle/123456789/417 79
[11]  S.  Noventya  Cahyani,  M.  T.  Safirin,  D.  S. Donoriyanto,  and  N.  Rahmawati,  ‘Human Error  Analysis  to  Minimize  Work  Accidents using  the  HEART  and  SHERPA  Methods  at PT.
Wonojati Wijoyo’, PROZIMA (Productivity, Optimization and Manufacturing System Engineering) , vol. 6, no. 1, pp. 48–59, Jun. 2022, doi:
10.21070/prozima.v6i1.1569.