Pranoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 1  (Januari 2021) Hal. 18-23
Analisis Statik Plat Pengaku pada Ladder Frame Chassis Untuk Kendaraan Pedesaan Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga
Hadi Pranoto a, *, Muhamad Fitri a , Andi Firdaus Sudarma a , Reiza Treistanto b a Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana
Jalan Meruya Selatan No. 1, Kembangan, Jakarta, 11610
b PT. Kreasi Mandiri Wintor Indonesia
Jalan Pahlawan Km. 1.5, Desa Karang Asem Timur, Citeureup, Bogor 16810 *E-mail: hadi.pranoto@mercubuana.ac.id

## Abstract
The  frame  is  the  most  important  part  of  the  vehicle  which  acts  as  a  structure  that  holds  the  other important  components.  In  this  study,  the  structural  framework  used  in AMMDes (Rural  Mechanical Equipment)  was  analyzed  numerically  using  Solidworks  software.  One  of  the  important  factors  to determine  whether  this  frame  structure  has  a  capacity  in  accordance  with  the  specified  carrying capacity.  Therefore,  the AMMDes structural  frame  is  analyzed  numerically  to  determine  the  critical stress and shape changes that occur when the load is applied. The results of the numerical simulation show  the  stress  accumulated  at  a  certain  point.  With  this  stress  concentration,  it  can  trigger  the possibility of failure or a very significant change in shape in the area. For this reason, the  connection plate was applied to the AMMDes frame structure to distribute stress to the structure more evenly and the structure was re-analyzed to determine the effect of this change. The addition of a connection plate to the area referred to above has been shown to increase the stiffness of the structure and reduce the stress that occurs.
Kata kunci: ladder frame, finite element analysis, static analysis, AMMDes

## Abstrak
Rangka  merupakan bagian terpenting dari kendaraan  yang berperan sebagai struktur  yang  memegang komponen-komponen  penting  lainnya.  Pada  penelitian  ini,  rangka  struktur  yang  digunakan  pada kendaraan  AMMDes  (Alat  Mekanis  Pedesaan)  dianalisis  secara  numerik  menggunakan  perangkat lunak Solidworks .  Salah  satu  faktor  yang  penting  untuk  diketahui  apakah  struktur  rangka  ini mempunyai  kempuan  sesuai  dengan  kapasitas  daya  angkut  yang  ditentukan.  Oleh  karena  itu,  rangka struktur  AMMDes  dianalisis  secara  numerik  untuk  mengetahu  berapa  besar  tegangan  kritis  dan perubahan  bentuk  yang  terjadi  pada  saat  beban  diaplikasikan.  Hasil  dari  simulasi  numerik menunjukkan  adanya  tegangan  yang  terakumulasi  pada  titik  tertentu.  Dengan  adanya  konsentrasi tegangan  ini,  maka  dapat  memicu  kemungkinan  terjadinya  kegagalan  atau  perubahan  bentuk  yang sangat  signifikan  pada  area  tersebut.  Untuk  itu,  plat  pengaku  diaplikasikan  pada  struktur  rangka AMMDes  untuk  mendistribusikan  tegangan  ke  struktur  secara  lebih  merata  dan  struktur  dianalisis kembali  untuk  mengetahui  pengaruh  yang  ditimbulkan  dari  perubahan  ini.  Penambahan  plat penyambung  atau connection  plate pada  area  yang  dimaksud  diatas,  terbukti  dapat  meningkatkan kekakuan dari struktur dan mengurangi tegangan yang muncul.
Kata kunci: ladder frame, finite element analysis, analisis statis, AMMDes

## 1. Pendahuluan
Rangka  merupakan  bagian  terpenting  dari  kendaraan  yang  berperan  sebagai  struktur  yang  memegang  komponen- komponen  penting  lainnya  seperti  mesin,  transmisi,  sistem  suspensi,  dan  roda.  Fungsi  utama  rangka  adalah  untuk menopang  komponen-komponen  tersebut  dan  menahan  beban  statis  maupun  dinamis  tanpa  mengakibatkan  struktur berubah  bentuk  yang  berlebihan  [1].  Kekakuan  dan  kapasitas  angkut  yang  ingin  dicapai  oleh  kendaraan  sangat menentukan bentuk desain dari chassis . Oleh karena itu rangka didesain mempunyai kekakuan yang tinggi agar dapat menahan gaya aksial, gaya normal, dan momen, namun  kuat dan tangguh untuk mampu menyerap energi yang timbul akibat  beban  kejut  yang  diakibatkan  oleh  permukaan  jalan  yang  bergelombang  atau  benturan  [2].  Jenis  rangka  yang umum digunakan sebagai struktur utama kendaraan umumnya adalah ladder frame chassis . Rangka tipe ini berbentuk sederhana seperti tangga dengan 2 batang struktur utama yang simetris terhubung oleh balok struktur lainnya yang lebih kecil.  Tiap  elemen  dari  rangka  tersambung  secara  kuat  agar  menjamin  kekakuan  dari  struktur.  Rangka  jenis  ini umumnya  bukan  hanya  digunakan  pada  kendaraan  berat,  tapi  banyak  pula  kendaraan minivan atau  yang  lebih  kecil menggunakan rangka jenis ini.
Pranoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 1  (Januari 2021) Hal. 18-23
Optimasi struktural  menggunakan Finite Element Analy sis ( FEA ) dan alat komputasi lainnya telah  menjadi bagian utama  dalam  proses  penelitian  dan  pengembangan  dalam  beberapa  tahun  terakhir.  Metode  dapat  diaplikasikan  secara luas dan terus berkembang terutama di bidang analisis  struktural, termal, dan fluida.  Beberapa peneliti memanfaatkan metode  analisis  dengan  menggunakan Finite  Element  Analysis ( FEA )  untuk  mendapatkan  desain  rangka  yang  baik, seperti  yang  dilakukan  oleh  Ghodvinde  dan  Wankhade  [3],  telah  merancang  rangka  struktur  pada  truk  Chevrolet menggunakan perangkat lunak Ansys untuk mendapatkan tegangan kritis pada chassis tersebut. Hasil penelitian tersebut menunjukkan adanya tegangan kritis yang muncul pada area dekat dengan sambungan dan dengan merubah ketebalan dari material yang digunakan dapat mengurangi besarnya tegangan yang timbul. Pada penelitian lainnya yang dilakukan oleh Karita et. Al, pengamatan dilakukan pada  rangka kendaraan berat  yang  menggunakan  material alumunium. Pada penelitian  tersebut  didapatkan  bahwa  bobot  struktur  utama  truk  berkurang  dan  beban  angkutnya  meningkat  [4]. Penelitian  ini  dilakukan  dengan  bantuan  analisis  menggunakan  perangkat  lunak,  yang  mana  bentuk  dan  konfigurasi desain rangka aluminium dioptimalkan agar kekuatan dan kekakuan dapat setara dengan rangka baja.
Gambar 1. Desain Alat Mekanis Pedesaan (AMMDes).
(Sumber: PT. KMWI)
Pada penelitian ini, rangka struktur yang digunakan pada kendaraan AMMDes (Alat Mekanis Pedesaan) dianalisis secara numerik  menggunakan perangkat lunak Solidworks . Selain aplikasi angkutan barang  sebagaimana terlihat pada Gambar  1,  AMMDes  juga  didesain  untuk  mampu  mengangkut  beberapa  utilitas  berbeda  (tergantung  jenis penggunaannya)  yang  diletakkan  dibagian  belakang  dan  dapat  disambungkan  ke  mesin  utama  sebagai  sumber penggeraknya  dengan  menggunakan  sistem Power  Take  Off ( PTO )  [5].  Utilitas  yang  dikembangkan  saat  ini  di antaranya  adalah  aplikasi  penjernih  air,  aplikasi  perontok  padi/jagung,  aplikasi  pemoles  beras,  aplikasi  selep  padi, aplikasi  pengolah  kopi  ( huller,  pulper,  grinder ),  aplikasi  paska  panen  pisang,  aplikasi  generator,  aplikasi  pompa  air, aplikasi pembuat es (dapat dimanfaatkan untuk pengawet ikan hasil tangkapan nelayan), ambulance feeder , dan 3 way bin door, serta banyak lagi aplikasi yang  memungkinkan digunakan sesuai dengan kebutuhan masyarakat pedesaan. Penggunaan ladder frame chassis pada struktur rangka  AMMDes dipilih  karena kekuataannya serta  kemudahnnya dalam proses produksi.  Dalam proses desain rangka  AMMdes, salah  satu  faktor  yang  penting  untuk diketahui apakah struktur  rangka  ini  mempunyai  kemampuan  sesuai  dengan  kapasitas  daya  angkut  yang  ditentukan.  Oleh  karena  itu, rangka  struktur  AMMDes  dianalisis  secara  numerik  untuk  mengetahui  berapa  besar  tegangan  kritis  dan displacement yang  terjadi  pada  saat  beban  diaplikasikan.  Plat  pengaku  juga  diaplikasikan  pada  struktur  rangka  AMMDes  yang mengalami tegangan kritis dan struktur dianalisis kembali untuk mengetahui pengaruh yang ditimbulkan dari perubahan ini.

## 2. Material dan Metodologi Penelitian
Pada peneilitan ini, rangka struktur berbentuk ladder frame bertingkat dianalisis secara numerik dengan pendekatan FEA menggunakan  perakat  lunak  Solidworks  [6].  Rangka  terbuat  dari  baja  struktur  A36  berbentuk  batangan  dengan penampang berbentuk persegi berukuran 80x40 dan 60x40 mm dan ketebalan 3 mm.
Tabel 1. Spesifikasi dari material A36 [7]
Yield strength (N/mm 2 ) 250 Ultimate tensile strength (Mpa) 400 – 550 Young’s modulus (Gpa) 200 Shear modulus (Gpa) 78 Poisson’s ratio 0.26
Pranoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 1  (Januari 2021) Hal. 18-23
Beban diaplikasikan pada struktur rangka sesuai dengan kapasitas daya angkut yang diinginkan sebagaimana terlihat pada Gambar 2. Beban dianggap sebagai beban terdistribusi secara merata sehingga tegangan dan defleksi yang terjadi dihitung berdasarkan beban total dengan parameter boundary condition yang telah ditetapkan sesuai yang tertera pada Tabel 2.
Analisis  dilakukan  dengan  asumsi  desain  antara  lain:  tumpuan  roller  pada  area  dudukan  suspensi  depan  dan tumpuan  engsel  pada  area  dudukan  suspensi  belakang.  Selanjutnya,  analisis  statik  dilakukan  pada chassis karena merupakan pendekatan yang efektif dan efisien.
Mesh yang  digunakan  pada  pada chassis merupakan  kombinasi  dari  tetrahedron  dan  hexagonal.  Untuk chassis welded kepadatan  828.143  elemen,  1.977.273  nodal,  dan  5.931.819  derajat  kebebasan  sedangkan  untuk chassis  bent kepadatannya 853.764 elemen, 2.033.171 nodal, dan 6.099.513 derajat kebebasan.
Gambar 2. Pembebanan dan tumpuan pada rangka struktur.
Tabel 2. Spesifikasi Pembebanan
Jenis Beban Beban (Kg) Barang / utilitas 750 Penumpang dan kabin 250 Mesin dan transmisi 100

## 3. Hasil dan Pembahasan
Analisis  menggunakan  metode  elemen  hingga  diterapkan  pada  penelitian  ini  untuk  menguji  pengaruh  dari pembebanan terhadap kekakuan dan  kekuatan dari struktur rangka  AMMDes. Hasil dari analisis  secara numerik akan dibahas sebagai berikut.
Hasil  dari  simulasi  berupa  tegangan  kritis  dan  defleksi  ditunjukan  pada  gambar  4  dan  5  bagian  (a).  Gambar  ini menujukkan tegangan kritis dari rangka struktur ini adalah 228.4 N/mm 2 dengan defleksi sebesar 0.5364 mm. Defleksi terbesar  terjadi  pada  rangka  atas  bagian  belakang,  dimana  pada  posisi  ini  mengalami  pembebanan  paling  besar  yaitu beban  dari  barang/angkutan.  Berdasarkan  IS  800:2007,  defleksi  maksimum  dari chassis dapat  diketahui  dari  panjang rentangan rangka dibagi dengan 300 yang mana didapatkan hasil 10 mm. Oleh karena itu, defleksi yang dihasilkan oleh pembebanan dapat dikategorikan sebagai dibawah dari nilai defleksi maksimum yang diijinkan.
Sedangkan  untuk  tegangan  kritis,  posisinya  terletak  pada  sambungan  rangka  pada  bagian  tengah  dan  belakang sebagaimana  ditunjukkan  pada  Gambar  4.  dengan  tanda  lingkaran  merah.  Pada  posisi  ini  batang  tegak/ vertical menumpu  batang  yang  mengalami  pembebanan  langsung  dari  bak  angkutan  belakang,  sehingga  batang vertical ini mengalami tegangan yang lebih tinggi dibanding posisi batang lainnya. Untuk lebih memperjelas posisi ini, Gambar 6. disajikan  untuk  memperlihatkan  bagimana  kondisi  konsentrasi  tegangan  yang  terjadi  pada  area  sambungan  (ditandai dengan warna merah). Dengan adanya konsentrasi tegangan ini, maka dapat memicu kemungkinan terjadinya kegagalan atau perubahan bentuk pada area ini.
Penambahan plat penyambung atau connection plate pada area yang dimaksud diatas, diyakini dapat meningkatkan kekakuan  dari  struktur  dan  mengurangi  tegangan  yang  muncul.  Dengan  penambahan  plat  penyambung  diharapkan beban  akan  lebih  tersebar  dalam  area  yang  lebih  besar  sehingga  tekanan  yang  dialami  oleh  batang  tegak  akan  lebih berkurang. Siku pngaku tersebut berbentuk persegi enam sebagaimana terlihat pada gambar dibawah ini dan disambung dengan pengelasan pada rangka pada sisi luar. Sehingga, total ada 4 posisi yang diberi plat penyambung ini.
Analisis numerik yang sama dilakukan terhadap model struktur rangka AMMDes yang telah diperkuat dengan  plat penyambung  untuk  mengetahui  pengaruhnya  terhadap  kekakuan  dan  tegangan  maksimum  yang  muncul.  Hasil  dari
Pranoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 1  (Januari 2021) Hal. 18-23
simulasi  ini  ditujukkan  pada  gambar  3,  4,  5  dan  6  pada  bagian  (b).  Gambar  tersebut  menunjukkan  adanya  pengaruh yang signifikan terhadap struktur akibat penambahan  plat penyambung pada sambungan. Tabel 3 menujukkan besaran nilai  dari  tegangan  maksimum  dan  defleksi  pada  struktur  dengan  penguat  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  struktur tanpa  penguat.  Konsentrasi  tegangan  yang  muncul  pada  sambungan  sebagaimana  terlihat  pada  gambar  6  juga memperlihatkan daerah berwarna merah pada area tersebut menjadi lebih kecil dibandingkan dengan struktur tanpa plat penyambung.  Dengan  demikian,  penambahan  siku  penguat  sangat  efektif  meningkatkan  kekakuan  dan  mengurangi tegangan yang timbul pada rangka struktur AMMDes.
Gambar 3. Geometri plat penyambung yang dipasang.
(a) Tanpa plat penyambung (b) Dengan plat penyambung
Gambar 4. Tegangan pada rangka struktur.
Pranoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 1  (Januari 2021) Hal. 18-23
(a) Tanpa plat penyambung
(b) Dengan plat penyambung
Gambar 5. Defleksi pada struktur.
(a) Tanpa plat penyambung                                       (b) Dengan plat penyambung
Gambar 6. Konsentrasi tegangan pada area sambungan depan .
(a) Tanpa plat penyambung                                       (b) Dengan plat penyambung
Gambar 7. Konsentrasi tegangan pada area sambungan belakang .
Tabel 3. Perbandingan hasil simulasi antara rangka tanpa dan dengan plat penyambung.
Tanpa Pengaku Dengan Pengaku Tegangan Maksimum (N/mm) 228.4 197.3 Displacement (mm) 0.5364 0.5054

## 4. Kesimpulan
Analisis  menngunakan  metode  elemen  hingga  diterapkan  pada  penelitian  ini  untuk  menguji  pengaruh  dari pembebanan  terhadap  kekakuan  dan  kekuatan  dari  struktur  rangka  AMMDes.  Hasil  dari  simulasi  menunjukkan munculnya  tegangan  kritis  dari  rangka  struktur  ini  sebesar  228.4  N/mm 2 dengan  defleksi  sebesar  0.5364  mm. Penambahan  plat  penyambung  atau connection  plate pada area  yang  mengalami  tegangan  kritis  menunjukkan  adanya peningkatan kekakuan dari struktur dan mengurangi tegangan yang muncul.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih kami ucapakan kepada PT. Kreasi Mandiri Wintor Indonesia atas kerjasamanya dalam pelaksanaan penelitian ini. Ucapan  yang sama juga kami tujukan  kepada Pusat Penelitian Universitas Mercu Buana atas dukungan yang telah diberinkan sehingga penelitian ini dapat terlaksana.

## Daftar Pustaka
[1] Gustomo, G., 2019, “Analisis Kekuatan Rangka Bodi Bus Listrik Md12e Perseroan Terbatas Mobil Anak Bangsa dengan Metode Elemen Hingga,” Universitas Negeri Semarang.
[2] Jabbar, P., Khan, M.M., Kumar, P., Sharma, A., 2014, “ Structural Analysis of a Heavy Vehicle Chassis Made of Different Alloys by Different Cross Sections, ” Int. J. Eng. Res. Technol., 3(6): 1778–1785.
[3] Ghodvinde, K., Wankhade, S. R., 2014,  “ Structural Stress Analysis of an Automotive Vehicle Chassis, ” Int. J. Mech. Eng. Robot., 2(6): 44−49.
[4] Hashimoto, M., Karita, K., Kobiki, T., Kohiyama, Y., Ooshima, K., 2003, “ Development of Aluminum Frame for Heay-Duty Trucks, ” Tech. Rev. Japan, 15: 81–84.
[5] PT. Kreasi Mandiri Wintor Indonesia, “Sejarah AMMDes,” https://www.kmwi-astra.com/sejarah-ammdes/, diakses: 8 November 2020.
[6] Kurowski, P., 2013, " Engineering Analysis with SolidWorks Simulation 2013 ," SDC publications.
[7] Haggag, F.M., Mathew, M.D., Murty, K.L., Shah, V.N., Wang, Y., 1998, “ Nondestructive determination of tensile properties and fracture toughness of cold worked A36 steel, ” Int. J. Press. Vessel. Pip., 75(11): 831–840.