## ANALISA SIMULASI PERFORMANSI KAMPAS REM KOMPOSIT DENGAN VARIASI BEBAN PEMODELAN METODE ELEMEN HINGGA
Suci N. Sandi 1 *, Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Farida Ariani 4 , Syahrul Abda 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: Suci.nurliasandi97@gmail.com

## Abstrak
Rem merupakan salah satu faktor penting dalam sistem pengereman, karena pentingnya fungsi rem pada kendaraan perlu dilakukannya kajian mendalam tentang koefisien gesek, keausan dan tahap- tahapnya.  Simulasi  dengan  menggunakan  metode  elemen  hingga  (FEM)  merupakan  salah  satu program  untuk  menentukan  fenomena-fenomena  yang  terjadi  pada  suatu  komponen.  Dalam penelitian ini telah mensimulasikan gaya pengereman belakang (tromol) kendaraan sepeda motor. Metode  yang  digunakan  adalah  memodelkan  gesekan  pada  proses  pengereman.  Analisa  tersebut dilakukan  dengan  menggunakan  simulasi  program  dengan  metode  elemen  hingga  (FEM)  dalam bentuk pemodelan 3D. Material kampas rem adalah komposit (cangkangn kemiri,serat daun nenas, aluminium dan polyuretan ).  Karena  proses  pengereman  dengan  tekanan  dan  gaya  momen  yang berubah-ubah  maka  analisa  dilakukan  dengan  analisa  statis  bertujuan  untuk  mendapatkan  hasil deformasi dan von misses dan dinamis untuk mendapatkan hasil frictional stress , sliding distance dan pressure agar  mendapatkan  nilai  koefisien  gesek  simulasi.  Perubahan  terjadi  dengan memberikan variasi pembebanan dengan kecepatan konstan.
Kata kunci : Kampas rem, Komposit, Pembebanan, FEA, simulasi.

## 1. Pendahuluan
Sepeda  motor  merupakan  hasil  perkembangan  teknologi  yang  membutuhkan banyak  komponen  dan  jenis  material.  Komponennya  meliputi  komponen  mesin, komponen  casis,  dan  komponen  kelistrikan.  Komponen  mesin  meliputi    piston,  blok silinder  poros  engkol  dan  lain-lain..[1]  Rem  adalah  suatu  piranti  untuk  memperlambat atau  menghentikan  gerakan  roda  yang  berputar.  Gerak  roda  yang  diperlambat  otomatis gerak  kendaraan  menjadi  lambat.  Fungsi  rem  adalah  menyerap  baik  energi  kinetik  dari bagian yang bergerak atau energi potensial yg ditimbulkan oleh komponen lain  [2]. Rem tromol  merupakan  sistem  rem  yang  telah  menjadi  metode  pengereman  standar  yang digunakan sepeda motor kapasitas kecil pada beberapa tahun belakangan ini. Alasannya adalah karena rem tromol sederhana dan murah,  konstruksi rem tromol umumnya terdiri dari  komponen-komponen  seperti:  sepatu  rem  ( brake  shoe ),  tromol  ( drum ),  pegas pengembali  ( return  springs ),  tuas  penggerak  ( lever ),  dudukan  rem  tromol  ( backplate ), dan cam/nok penggerak. Cara pengoperasian rem tromol pada umumnya secara mekanik yang terdiri dari; pedal rem ( brakepedal ) dan batang (rod) penggerak [3].
Tujuan  Untuk mengetahui tegangan ( Equivalen stress von-misses ) yang terjadi pada  kampas  rem  komposit  melalui  simulasi  mengetahui  total  deformasi  yang  terjadi pada  kampas  rem  komposit  dengan  melalui  simulasi  untuk  mengetahui  nilai  koefisien
gesek  pada  kampas  rem  komposit  yang  didapat  dari  hasil  simulasi software  ansys membandingkan  nilai  koefisien gesek  kampas  rem  kompositpada  saat  pengujian dengan nilai koefisien gesek pada simulasi.

## 2. Metode
Penelitian  dilakukan  di  Laboratorium  Noise  and  Vibration  Center  Magister Teknik Mesin USU. Objek simulasi yaitu Tromol dan kampas rem roda belakang sepeda motor menggunakan alat uji laju keausan.

## 2.1 Disain bahan simulasi
Kampas rem tersusun atas dua bagian yaitu sepatu rem dan kampas rem. Sepatu rem  tersusun  dari  material  komposit  dengan  material  properties  di  dapat  dari  hasil pengujian sifat fisik dan  mekanik, sedangkan untuk sepatu  rem nya sendiri dari material Cast iron yang berstandart HGP (Honda genuin parts). Pada simulasi ini objek di disain menggunakan software Autocad 2013 3D Berikut ini gambar masing-masing komponen :
Gambar 2.1 Tromol
Gambar 2.2 Kampas rem
Gambar 2.3 Assembly Tromol

## 2.2 Material yang digunakan
Material  yang  dikembangkan  pada  penelitian  ini  material  kampas  rem  yang terbuat  dari  bahan  komposit  yaitu  cangkang  kemiri,  serat  daun  nenas,  aluminium  dan polyuretan  sebagai  perekatnya.  Komposisi  material  pembentuk  di  ambil  dari  penelitian sebelumnya 70:30 yang telah dilakukan oleh Mahasiswa Pasca Sarjana Magister Teknik Mesin USU.
Tabel 2.1  Data material hasil pengujian Material Density (g/cm^3) Modulus Young (Mpa) Poisson Ratio Komposit 1.677 9.9222 0,3 Cast Iron 7.200 110000 0,28 2.3 Simulasi ansys workbench
Pada  penyelesaian  simulasi  menjelaskan  langkah-langkah  dalam  menjalankan simulasi untuk mendapatkan hasil dari proses pengereman, berikut langkah-langkahnya:
2.3.1 Engineering data
Pada  penelitian  ini  digunakan  material  baru  yaitu  cangkang  kemiri,  serat  daun nanas,  alumunium  dan  poliuretan  yang  belum  terdaftar  pada ansys  workbench sehingga kita perlu memasukan data materialnya ke engineering data .

## 2.3.2 Geometri
Setelah  melakukan  engineering  data,  tahap  atau  langkah  selanjutnya  adalah melalukan pemodelan geometri. Hal ini dilakukan dengan cara klik ganda pada geometri lalu akan muncul jendela geometri.
2.3.3 Model
Setelah  membuat  atau  mengimport  geometri,  tahap  selanjutnya  adalah  melukan Model.  Pada  model input dan output data  di  masukkan  ke  dalam  simulasi  seperti pembebanan, kecepatan dan momen.

## 2.3.4 Meshing
Mesh  merupakan  pembagian  objek  menjadi  bagian  yang  lebih  kecil.  Semakin kecil  meshing  yang  dibuat  maka  hasil  perhitungan  akan  semakin  teliti  namun membutuhkan daya komputasi yang besar.

## 2.3.5 Solution
Tahap  terakhir  setelah  menngatur  jenis  pembebanan  dan  fix  support  adalah Solution.  Solution  adalah  proses  analisa  numerik  yang  dilakukan  ansys  untuk mendapatkan  parameter  yang  diinginkan.  Dalam  penelitian  ini,  parameter  yang  ingin didapatkan adalah Total deformasi, equivalen stress von-misses, frictional stress, sliding distance dan preasurre yang terjadi pada kampas rem komposit.

## 3. Hasil dan pembahasan
Simulasi  dilakukan  dengan  mengabaikan  kondisi  jalan  dan  permukaan  jalan, menggunakan  variasi  beban  yaitu  2  kg,  3  kg,  dan  4  kg.  Berikut  ini  akan  di  tampilkan beberapa hasil simulasi berupa deformasi total, equivalen stress, frictional stres, pressure dan sliding distance pada tromol dan kampas rem.
Pada  simulasi  ini  di  bagi  menjadi  dua  yaitu  simulasi  statis  untuk  mencari besarnya  tegangan  dan  deformasi  yang  terjadi  pada  kampas  rem  sedangkan  simulasi dinamis digunakan untuk mencari besarnya koefisien gesek yang terjadi pada kampas rem dengan  membandingkan  berdasarkan  hitungan  eksperimental  serta  besarnya sliding distance yang terjadi pada kampas rem.
3.1 Hasil simulasi statis (Static Structural)
Hasil deformasi pembebanan 2kg Hasil deformasi pembebanan 3kg Hasil deformasi pembebanan 4kg Hasil equvalen stress  pembebanan 2kg Hasil equvalen stress  pembebanan 3kg
Hasil equvalen stress  pembebanan
4kg
Gambar 3.1 Deformasi dan equivalen stress pada kampas rem Hasil  simulasi  menunjukkan  deformasi  terbesar  maksimum  pada  pembebanan  4 kg  dengan  nilai  42,995  mm  dan  untuk  equivalen  stress  terbesar  didapatkan  pada pembebanan 4 kg dengan nilai sebesar 76,732 Mpa. Dapat disimpulkan bahwa semakain besar  beban  yang  di  terima  kampas  rem  maka  berbanding  lurus  dengan  nilai  deformasi dan equivalen stress yang besar pula.
3.2 Hasil simulasi dinamis ( Transient Structural )
Gambar 3.2 frictional stress dan pressure pada permukaan kampas rem
Hasil simulasi menunjukkan bahwa tingkat tertinggi frictional stress pada pembebanan 4 kg dengan nilai maksimum sebesar 0,40908 Mpa. Sedangkan untuk nilai pressure terbasar pada pembebanan 4 kg dengan nilai 0.81816 Mpa.
3.3 Menghitung nilai koefisien gesek pada kampas rem
1. Nilai koefisien gesek eksperimental dan simulasi
Tabel 3.1 koefisien gesek eksperimental
Hasil frictional stress pembebanan 2kg Hasil frictional stress pembebanan 3kg
Hasil frictional stress pembebanan 4kg
Hasil pressure pembebanan 2kg
Hasil pressure pembebanan 3kg Hasil pressure pembebanan 4kg
Pengujian ke- Beban (kg) T pengujian T roda 𝝁 𝝁 rata-rata 1 2 11,140 4,218 0,37
0,55 2 2,5 12,6592 5,227 0,47 3 3 16,709 8,864 0,52 4 3,5 19,495 12,496 0,64 5 4 20,2547 17,791 0,79 Gambar 3.3 Grafik koefisien gesek eksperimental
Tabel 3.2 Koefisien gesek simulasi
ket Pembebanan (kg) 𝝉 𝒇 (Mpa) P (Mpa) 𝝁 𝝁 rata-rata A 2 0,15691 0,3690 0,42 0,50 B 3 0,236879 0,453759 0,52 C 4 0,257265
0,455306 0,56 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 2.5 3 3.5 4 koefisien gesek koefisien… n ilai ko efisien g ese k Beban (kg)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 2 3 4 koefisein gesek simulasi koefisei n gesek simulasi beban (kg ) k oe fi si en g es ek
Gambar 3.4 Grafik koefisien gesek simulasi

## 4. Kesimpulan
Hasil simulasi didapatkan tegangan maksimum terjadi pada kampas rem dengan beban sebesar 4 kg nilai tegangan maksimum sebesar 76,732 Mpa dengan momen sebesar 405,1 N. Hasil simulasi membuktikan bahwa total deformasi maksimum sebesar 42,995 mm  pada  beban  4  kg  dengan  gaya  sebesar  405,1  N.  Pada  permukaan  kampas  rem menunjukkan kontur warna yang berbeda akibat dari pembebanan kampas rem pada saat roda  berputar.  Pada  hasil  simulasi  dengan  percobaan  gesek  didapatkan  nilai  frictional stress  dan  pressure  untuk  menentukan  koefisien  gesek  kampas  rem  komposit  yaitu sebesar 0,50 dengan variasi beban 2 kg, 3 kg dan 4 kg. Setelah menghitung nilai koefisien gesek  dari  hasil  eksperimental  dan  membandingkan  dengan  hasil  simulasi,  maka didapatkan persen galat sebesar 9,09 %.

## Referensi
[1]    Sutikno.  2008.  Pengaruh  komposisi  serbuk  tempurung  kelapa  terhadap  sifat-    sifat fisik dan mekanik  bahan  gesek  non  asbes  untuk  aplikasi  kampas  rem sepeda motor. Semearang:   Professional, Jurnal Ilmiah Popular dan Teknologi Terapan, vol.6 No. 2, hal. 893-904.
[2] K.M Jossy, 2011,  Brake and Dynamometer, SSAS institute of technology.
[3]  Sutantra,  I  Nyoman.  2001. Teknologi  Otomotif,  Teori  dan  Aplikasinya .  Surabaya:
Guna Widya