## Analisis Komparasi Kekuatan Geometri Desain Rusuk Penguat pada Kursi Plastik menggunakan Computer Aided Engineering
Gofar Julio Saputra 1 , Dedik Romahadi 1 *
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta
*E-mail: dedik.romahadi@mercubuana.ac.id
Abstrak-- Kursi  plastik merupakan  furnitur yang sering dijumpai di masyarakat umum karena mudah digunakan untuk dibawa ke mana-mana dan juga menghemat  penyimpanan karena dapat ditumpuk. Dalam penggunaan sehari-hari, kursi plastik sering mengalami kerusakan. Untuk kinerja konstan yang ideal,  kursi  plastik  harus  memiliki  kapasitas  beban  maksimum  yang  jauh  lebih  besar  dari  beban operasi,  sehingga  tegangan  tidak  merusak  kursi  plastik  dari  waktu  ke  waktu.  Penelitian  ini  mengacu pada  Analisis  Elemen  Hingga,  analisis  tegangan  Von-Mises,  dan  kegagalan  desain  kursi  plastik. Analisis  dilakukan  pada  struktur  pembebanan  statis  di  Solidworks  2021,  dengan  beban  sebesar 1200N  yang  bekerja  ke  bawah  (sumbu  Y)  di  sepanjang  empat  kaki  kursi  plastik  yang  diposisikan tetap.  Analisis  dilakukan  pada  tiga  alternatif  desain,  yaitu  desain  kursi  plastik  tanpa  rusuk  penguat, kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  model  X,  dan  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  model  kotak. Analisis  dilakukan  dengan  menggunakan  bahan  plastik  ABS.  Setelah  dilakukan  simulasi  didapatkan nilai tegangan von-mises dari ketiga alternatif desain sebesar 38,30 MPa; 30,81 MPa; dan 8,86 MPa dengan  batas  tegangan  yang  diizinkan  oleh  material  ABS  adalah  28,00  MPa.  Nilai  faktor  keamanan dari  ketiga  alternatif  desain  adalah  0,73;  0,91;  dan  3.16.  Batas  aman  minimum  untuk  beban  statis adalah  1,25.  Dengan  demikian  alternatif  desain  yang  memenuhi  persyaratan  adalah  kursi  plastik dengan  rusuk  penguat  model  kotak  dengan  nilai  faktor  keamanan  3,16.  Adapun  dua  desain  lainnya tidak aman. Lokasi tidak aman terjadi di sudut pangkal kaki kursi plastik.
Kata kunci: Kursi Plastik, Rusuk Penguat, Analisis Elemen Hingga, Von-Mises Stress, Safety Factor
Abstract-- Plastic  chairs  are  furniture  that  is  often  found  in  the  general  public  because  of  their  easy use  to  carry  everywhere  and  also  save  storage  because  they  can  be  stacked.  In  daily  use,  plastic chairs  are  often  damaged.  For  ideal  constant  performance,  the  plastic  chair  must  have  a  maximum load  capacity  that  is  much  greater  than  the  operating  load,  so  that  the  stress  does  not  damage  the plastic chair over time. This research refers to finite element analysis, Von-Mises stress analysis, and design failure of plastic chairs. The analysis was carried out in a static loading structure at Solidworks 2021,  with  the  load  being  a  force  of  1200N  acting  downwards  (Y-axis)  along  four  fixedly  positioned plastic  chair  legs.  The  analysis  was  carried  out  on  three  alternative  designs,  namely  the  design  of plastic chairs without reinforcing ribs, plastic chairs with reinforcing ribs in model X, and plastic chairs with reinforcing ribs in a box-shaped model. The analysis was carried out using ABS plastic material. After  simulation,  the  results  of  the  von-mises  stress  value  of  the  three  alternative  designs  are  38.30 MPa; 30.81 MPa; and 8.86 MPa with the allowable stress limit by ABS material being 28.00 MPa. The safety factor values of the three alternative designs are 0.73; 0.91; and 3.16. The minimum safe limit for  static  loads  is  1.25  according  to  Dobrovolsky's  "machine  element"  book.  Thus  the  alternative design that meets the requirements is a plastic chair with reinforcing ribs in a box-shaped model with a safety factor value of 3.16. As for the other two designs, it is not safe. The unsafe location occurs at the corner of the base of the plastic chair legs.
Keywords: Plastic Chair; Rib; Finite Element Analysis; Von Mises Stress; Safety Factor

## 1. PENDAHULUAN
Kursi  adalah  benda  yang  dirancang  secara struktural  untuk  menahan  atau  menopang  suatu objek  pada  posisi  tertentu  yang  diinginkan. Kapasitas  beban  operasi  merupakan  faktor  vital yang  dipertimbangkan  oleh  perusahaan  produksi untuk memaksimalkan keuntungan tanpa mengurangi  kualitas  dan  keandalan  produk  [1]. Faktor-faktor ini berkisar dari lingkungan, tegangan, sifat pembebanan, dan faktor lain  yang digunakan untuk menentukan desain kursi plastik,
berat,  ukuran,  dan  jenis  bahan  yang  digunakan untuk produksi.  Pilihan kursi  plastik  yang memiliki struktur  kokoh  untuk kebutuhan  sehari-hari  sudah tersedia.  Kursi  plastik  yang  ada  di  pasaran menggunakan material ABS dan PP.
Untuk  menentukan  desain  kursi  plastik yang memiliki kapasitas beban operasi maksimum dilakukan pengujian pada tiga alternatif desain. Dalam  proses  pengujian,  prototipe  analitik  akan digunakan  dalam  penelitian  dengan  simulasi. Pendekatan  simulasi  lebih  mudah  dan  murah daripada melakukan eksperimen model.
Modifikasi  dan  variasi  dapat  dilakukan  dalam simulasi  untuk  menghindari  produksi  kursi  plastik yang  banyak.  Simulasi  desain  kursi  plastik  akan dianalisis  menggunakan Finite  Element  Method (FEM).  FEM  adalah  metode  pendekatan  dengan memecah  model  geometri  menjadi  elemen- elemen  kecil,  kemudian  diterjemahkan  ke  dalam model  matematika  untuk  memprediksi  perilaku dan  kekuatan  material  dengan  batas  tertentu  [2], [3].  Harapan  dari  simulasi  desain  kursi  plastik  ini adalah memiliki kekuatan tegangan dan perpindahan  dengan  menggunakan safety  factor sebagai  tolak  ukur  apakah  kursi  tersebut  aman dan siap untuk diproduksi [4], [5].
Finite  Element  Analysis (FEA)  melibatkan simulasi  struktur  rekayasa  fisik  menggunakan teknik  numerik  yang  disebut  FEM  [6] –[12].  Ini terdiri dari membagi struktur menjadi elemen yang lebih  kecil  yang  disebut  mesh.  Beberapa  jumlah analisis  desain  di  bawah  kendala  yang  berbeda dilakukan dengan FEA. Dalam merancang struktur yang  kompleks,  desain  berbantuan  komputer digunakan.  Kemudian  analisis  dilakukan  dengan menggunakan  perangkat  lunak  Computer  Aided Engineering  seperti  Solidworks,  yang  merupakan perangkat lunak yang paling banyak digunakan di antara  yang  lain  [13] –[16].  Penelitian  lebih  lanjut juga  dapat  dilakukan  untuk  meningkatkan  desain untuk  kinerja  dan  umur  optimal  terkait  kegagalan desain.  Solidworks  memiliki  platform  yang  mudah digunakan.  Perangkat  lunak  solid  modelling mendefinisikan geometri struktur kursi plastik [17] – [20]. Meshing dilakukan menggunakan Solidworks.  Untuk  hasil  yang  lebih  akurat,  ukuran meshing yang lebih halus digunakan ( fine ). Dalam persyaratan  aplikasi  beban,  kursi  plastik  harus memiliki  kapasitas  beban  maksimum  yang  lebih tinggi  daripada  yang  dibutuhkan  untuk  menopang suatu  objek.  Untuk  kinerja  konstan  yang  ideal, kursi  plastik  harus  memiliki  kapasitas  beban maksimum  yang jauh  lebih  besar daripada beban operasi,  sehingga  tegangan  tidak  merusak  kursi plastik seiring waktu [21].
Penelitian ini bertujuan menganalisis deformasi,  von-mises  stress,  dan  kegagalan desain. Analisis dilakukan dalam struktur pembebanan  statis  di  Solidworks,  dengan  beban berupa gaya 1200 Newton yang bekerja ke bawah (Y-axis) di sepanjang empat kaki kursi plastik yang diposisikan  tetap.  Analisis  dilakukan  pada  tiga alternatif  desain,  yaitu  desain  kursi  tanpa  rusuk penguat,  desain  kursi  dengan  rusuk  penguat model  X,  dan  desain  kursi  dengan  rusuk  penguat model kotak-kotak. Analisis dilakukan menggunakan  material  ABS  sesuai  dengan material  yang  digunakan  untuk  pembuatan  kursi plastik.

## 2.  METODE PENELITIAN

## 2.1. Diagram Alir
Diagram  alir  merupakan  urutan  langkah  kerja yang  akan  dilakukan  untuk  menyelesaikan masalah  dan  mencapai  tujuan.  Berikut  adalah penjelasan dari diagram alir pada Gambar 1. 1. Observasi Lapangan: Penelitian diawali dengan observasi lapangan, proses observasi lapangan  adalah  proses  melihat  langsung keadaan  di  lapangan.  Proses  ini  berguna untuk melihat langsung masalah yang terjadi.
2. Pengumpulan Data: Pengumpulan data merupakan  proses  mengumpulkan  data-data hasil  dari  observasi  yang  dilakukan.  Pada proses pengumpulan data, data yang dikumpulkan  merupakan  data-data  yang berhubungan  dengan  permasalahan  yang ada.
3. Studi Literatur: Literatur  yang dipelajari dalam penelitian  ini  meliputi  proses  desain  rusuk penguat  pada  kursi  plastik,  simulasi  pada software  solidworks ,  FEA,  kegagalan von mises ,  dan factor  of  safety .  Hal-hal  lain  yang berkaitan dengan pencarian alternatif material. Disamping itu dilakukan pengumpulan  data-data  yang  diperlukan untuk  mencari  alternatif  material  yaitu,  data material  termoplastik;  meliputi  sifat-sifat  fisik dan mekanik.
4. Identifikasi  Masalah:  Identifikasi  masalah adalah proses mengidentifikasi masalah  yang ada.  Proses  identifikasi  dilakukan  setelah proses  pengumpulan  data  dan  studi  literatur dilakukan. Proses identifikasi masalah dilakukan  dengan  cara  membandingkan  hasil data  yang  diperoleh  dengan  referensi  dari studi literatur yang didapatkan.
5. Improvisasi Desain (Proses Modelling ):
Improvisasi  desain  adalah  proses  perubahan pada  desain  yang  ada.  Desain  yang  diubah adalah bagian atau geometrik yang berhubungan  dengan  permasalahan  yang ada.  Pada  tahap  ini  improvisasi  desain menggunakan software solidworks .
6. Proses Meshing :  Proses meshing adalah proses  membagi  desain  hasil  improvisasi sebelumnya menjadi beberapa diskret. Proses  ini  bertujuan  untuk  menentukan bagian  dari  desain  yang  telah  dibuat.  Pada tahap  ini  proses meshing menggunakan software solidworks .
7. Analisis Von-Mises  Stress dan Factor  of Safety :  Pada  tahap  ini  prototipe  analitik dibawa  ke  tahap  simulasi.  Simulasi  dilakukan menggunakan software  solidworks .  Simulasi yang  dilakukan  adalah  simulasi  pembebanan statis  dan  diterapkan  pada  alternatif  desain
yang  sudah  dibuat.  Setelah  pembebanan statis,  pada  tahap  ini  dilakukan  pengujian desain  yang  telah  dibuat  serta  untuk mengetahui  besaran safety  factor yang didapatkan  pada  masing-masing  alternatif desain.
8. Evaluasi  Hasil:  Evaluasi  digunakan  untuk mengetahui hasil dari analisis FEM yang telah dilakukan.  Pada  tahap  ini  juga  dilakukan perbandingan  antara  hasil  rancangan  dengan tujuan penelitian.
Gambar 1. Diagram alir penelitian

## 2.1  Teknik Pengumpulan Data
1.  Tahap Pre-Processing Langkah pertama dalam memulai proses simulasi adalah membuat sebuah model geometri kursi plastik melalui software Solidworks 2021.  Model  tersebut  adalah  berupa kursi  plastik  dengan  keadaan  tanpa  rusuk penguat, dengan rusuk penguat berbentuk X dan dengan  rusuk  penguat  berbentuk  kotak.  Hasil model  geometri  dari  kursi  plastik  dapat  dilihat pada  Gambar  2.  Selanjutnya  hasil  dari  model dilakukan  proses meshing sehingga  dapat dilakukan proses running study dan solving . Hasil meshing kursi  plastik  dapat  dilihat  pada  Gambar 3.
Gambar 2. 3D modelling kursi plastik
Gambar 3. Meshing kursi plastik Setelah melakukan tahapan meshing , selanjutnya  adalah  menentukan  kondisi  batas. Kondisi  batas force atau  gaya  yang  digunakan untuk  mendefinisikan  kekuatan  pembebanan statis  dan  penentuan  bagian fixtures dari  kursi plastik.
2. Apply Loads and Constraints
Tahapan  selanjutnya  setelah  geometri  diberikan meshing yaitu  pemberian loads  and  constraints . Loads  and  constraints adalah  jenis  perlakuan yang  diberikan  kepada  geometri  komponen.
Loads adalah pembebanan dengan cara memberikan  gaya  dalam satuan  Newton  dengan arah  vektor  x,  y,  dan  z.  Sementara constraints berfungsi  sebagai boundary atau  pembatasan deformasi yang terjadi, selain sebagai pembatas, constraints digunakan  sebagai fix atau  tempat tumpuan gaya dari loads .
Gambar 4. Apply loads and contraints kursi plastik
Pada  Gambar  4  dapat  dilihat apply  loads pada  kursi  plastik  ditunjukkan  dengan  arah panah  ke  bawah  berwarna  ungu  sedangkan
constrains ditunjukkan  oleh  panah  berwarna hijau.  Pada  tahapan  ini,  semua  yang  sudah dilakukan  di  tahap  sebelumnya  akan  dilakukan perhitungan (iterasi). Pada tahap iterasi, diharapkan  tercapai  hasil  yang  konvergen dikarenakan  jika  tidak  mencapai  konvergensi maka  harus  mengulangi  tahapan  ke  pembuatan mesh dengan  memperbaiki mesh .  Namun  jika hasil  yang  didapat  adalah  konvergen,  maka dapat  melanjutkan  ke  tahap  selanjutnya  yaitu tahap post-processing .
3.  Tahap Post-Processing Pada tahap post-processing hasil dari perhitungan  (iterasi)  yang  telah  dilakukan  di tahap processing ditampilkan  berupa  data kualitatif  maupun  data  kuantitatif.  Data  kualitatif yang  ditampilkan  antara  lain von  misses  stress , displacement , dan safety factor .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Desain Geometri Kursi Plastik
Gambar 5. Geometri kursi plastik
Desain geometri kursi plastik ini memiliki panjang 327  mm,  lebar  327  mm,  tinggi  440  mm,  dengan sudut  kemiringan  pada  kaki-kaki  kursi  sebesar 10°  dan  dirancang  menggunakan software Solidworks 2021.  Desain  geometri  kursi  plastik dapat dilihat pada Gambar 5.
Salah  satu  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah membuat  alternatif  desain  kursi  plastik  yang mampu menopang beban sebesar 1200 Newton. Oleh  karena  itu  dibuat  tiga  alternatif  desain dengan  metode  berupa  penambahan  rusuk penguat pada bagian bawah dudukan kursi.
Alternatif  pertama  berupa  kursi  plastik standar  dengan  tanpa  rusuk  penguat.  Kursi plastik  tanpa  rusuk  penguat  dapat  dilihat  pada Gambar 6(a).
Alternatif  kedua  berupa  kursi  plastik  dengan penambahan  rusuk  penguat  bersilangan  pada diagonalnya atau membentuk huruf X. Penambahan rusuk penguat berbentuk X bertujuan untuk memperkuat kursi plastik dengan meminimalisir  penambahan  material  plastik. Desain  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  X dapat dilihat pada Gambar 6(b).
Gambar 6. Alternatif desain kursi plastik: (a) tanpa rusuk, (b) rusuk X, dan (c) rusuk kotak
Alternatif  ketiga  berupa  kursi  plastik  dengan penambahan  rusuk  penguat  berbentuk  kotak. Penambahan  rusuk  penguat  kotak  membuat kursi plastik memiliki lebih banyak rusuk penguat. Dengan  desain  rusuk  penguat  kotak  diharapkan kursi  plastik  mampu  menahan  beban  lebih  berat dari alternatif-alternatif desain sebelumnya. Desain kursi plastik dengan rusuk penguat kotak dapat dilihat pada Gambar 6c.
3.2 . Assignment Material Pada software Solidworks 2021, material
ditentukan  pada  saat  proses  simulasi part atau desain  yang  dibuat.  Jenis  material  dapat  dipilih melalui tabel material pada Solidworks 2021 atau pada Solidworks  Materials  Web  Portal .  Jenis material  tersebut  dapat  diverifikasi  ulang  saat proses  pengujian.  Verifikasi  material  tersebut terdapat  pada Material  Properties .  Berikut ilustrasi  tampilan  menu  material  properties  yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Material  yang  digunakan  pada  penelitian  ini yaitu  material  plastik  dengan  jenis  ABS.  ABS atau acrylonitrile  butadiene  styrene adalah polimer  organik  pembentuk  plastik  yang  cukup mempunyai  kekuatan.  Sifat  dasar  paling  penting dari  ABS  adalah  ketahanan  pada  benturan  dan ketangguhan. Modifikasi dalam komposisi monomer yang membentuk ABS dapat menyebabkan  variasi  dalam  ketahanannya  pada benturan, suhu dan ketangguhan. Ini menyebabkan  ABS  dapat  diproduksi  dengan banyak  jenis  kategori  tingkatan  dan  varian.  Dua kategori besar dari ABS adalah yang dipergunakan  untuk  injeksi  dan  ekstrusi.  Proses pembuatan kursi plastik sendiri dilakukan dengan cara injeksi.
3.3. Menentukan Constraint dan Pembebanan Tahap  berikutnya  adalah  menentukan  letak constraint yang ditempatkan dengan acuan posisi dari  tumpuan  yang  ada  pada  desain  yang  telah dimodelkan.
Gambar 7. Material properties ABS pada solidworks 2021
Constraint dapat  berupa fixed  constraints , pin constraints ,  dan friction  constraints . Constraint pada kursi plastik ini berupa fixed constraints dan berapa  di  bagian  alas  pada  keempat  kaki  kursi plastik. Posisi fixed constraints dapat dilihat pada Gambar 8. Setelah menentukan posisi dan jenis constraint ,  dilakukan  input  pembebanan  pada kursi  plastik.  Letak  pembebanan  berapa  pada alas dudukan kursi yang memiliki luas penampang  235  mm  x  235  mm.  Pembebanan terhadap daya tampung maksimal dibuat sebesar 1200  Newton.  Berikut  tampilan  hasil  simulasi terhadap pembebanan yang diberikan pada kursi plastik.
Gambar 8. Constraints kursi plastik
3.4. Meshing dan Running Program
Langkah  utama  analisis  menggunakan  metode elemen  hingga  adalah  proses meshing ,  di  mana sistem kontinu benda akan dianalisis didiskritisasi sehingga struktur utama menjadi elemen-elemen
yang  memiliki  ukuran  lebih  kecil  dan  berjumlah tertentu dan berhingga.
Gambar 9. Pembebanan kursi plastik
Gambar 10. Pengaturan meshing
Pada  simulasi  ini,  kursi  plastik  akan  diubah menjadi  63.934 nodes dan  31.087 elements . Gambar  10  menunjukkan  pengaturan meshing yang dilakukan pada software solidworks 2021.
Meshing yang  digunakan  pada  simulasi  ini adalah standard  mesh di solidworks 2021 dengan  standar density pada  kategori fine . Elemen  paling  kecil  memiliki  dimensi  0,37  mm dan  elemen  paling  besar  pada  kategori  fine adalah sebesar 7,56 mm. Hasil tampilan meshing dapat dilihat pada Gambar 11.
3.5. End Simulation Setelah  proses running ,  maka  didapat hasil-hasil  dari  simulasi  tersebut.  Terdapat beberapa  hasil  yaitu  berupa von  misses  stress , displacement , dan safety factor.
Gambar 11. Meshing kursi plastik
3.6. Von-Mises Stress Tegangan adalah salah satu hasil dari perhitungan  hubungan  tegangan –  regangan pada  model  benda.  Regangan  diperoleh  dari deformasi  yang  dialami  oleh  model  kursi  plastik. Tegangan  ekivalen  mengacu  pada  metode Von Mises . Pada simulasi pertama dilakukan pengujian  pembebanan  statis  dengan  metode von  mises  stress pada  ketiga  alternatif  desain kursi plastik.
Gambar 12. Von mises stress pada desain kursi plastik tanpa rusuk penguat (tampak atas)
Pengujian  pertama  dilakukan  pada  alternatif desain  pertama,  yaitu  kursi  plastik  tanpa  rusuk penguat.  Pengujian  kedua  dilakukan  pada alternatif desain kedua, yaitu kursi plastik dengan rusuk  penguat  model  X.  Pengujian  ketiga dilakukan  pada  alternatif  desain  ketiga,  yaitu kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  model  kotak. Masing-masing dari pengujian tersebut dijabarkan  dengan  gambar  ilustrasi  dari  hasil simulasi  di software  solidworks 2021.  Berikut ilustrasi hasil analisis von mises stress . Hasil  pengujian von  mises  stress pada alternatif desain 1, yaitu kursi plastik tanpa rusuk penguat menunjukkan bahwa tegangan maksimum von  mises yang  didapat  sebesar 38,30  MPa  dan  tegangan  minimumnya  sebesar 0,0036  MPa.  Tegangan  maksimum  ditandai dengan  warna  merah  dan  minimum  ditandai dengan  warna  biru.  Semakin  merah  maka semakin  besar  tegangan  pada  area  tersebut,
sebaliknya semakin pekat birunya, maka semakin  kecil  tegangan  yang  terjadi  pada  area tersebut.
Gambar 13. Von mises stress pada desain kursi plastik tanpa rusuk penguat (tampak bawah)
Dilihat  dari mechanical  properties dari material  ABS,  tegangan  maksimum  yang  dapat diterima  pada  kursi  plastik  adalah  sebesar  28 MPa.  Dari  hasil  pengujian  dapat  dilihat  bahwa terdapat  bagian  kursi  yang  mengalami  fraktur, ditandai  dengan  warna merah  yang artinya  pada bagian  tersebut  tegangan  yang  diterima  kursi melebihi  batas  tegangan  yang  diizinkan,  dalam hal ini yaitu yield strength material plastik ABS.
Gambar 14. Von mises stress pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat X (tampak atas)
Hasil  pengujian von  mises  stress pada alternatif  desain  2,  yaitu  kursi  plastik  dengan rusuk  penguat  X  menunjukkan  bahwa  tegangan maksimum  von  mises  yang  didapat  sebesar 30,81  MPa  dan  tegangan  minimumnya  sebesar 0,0008 MPa.
Jika  dilihat  lebih  saksama  maka  dapat ditemukan warna merah pada bagian ujung rusuk penguatnya yang bersambungan langsung dengan  kaki  kursi  plastik.  Di  area  tersebut menerima tegangan yang melebihi batas tegangan  yang  diizinkan,  sehingga  kursi  plastik mengalami  kegagalan  atau  fraktur  pada  area tersebut.  Akan  tetapi  fraktur  yang  terjadi  pada alternatif desain kedua tidak seburuk yang terjadi pada alternatif desain pertama.
Gambar 15. Von mises stress pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat X (tampak bawah)
Hal  ini  dapat  dilihat  juga  pada  perbandingan tegangan von  mises maksimum  yang  diterima pada kedua alternatif desain. Tegangan maksimum  yang  diterima  pada  alternatif  desain pertama  jauh  lebih  besar  daripada yield  strength material ABS.
Gambar 16. Von mises stress pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat kotak (tampak atas)
Gambar 17. Von mises stress pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat kotak (tampak bawah)
Sedangkan  tegangan  maksimum  yang  diterima pada  alternatif  desain  kedua  masih  di  atas  nilai yield  strength namun  angkanya  di  bawah  dari tegangan  maksimum  alternatif  desain  pertama dan masih mendekati nilai yield strength . Hasil  pengujian von  mises  stress pada alternatif  desain  3,  yaitu  kursi  plastik  dengan rusuk  penguat  kotak  menunjukkan  bahwa tegangan  maksimum von  mises yang  didapat
sebesar  8,86  MPa  dan  tegangan  minimumnya sebesar 0,0012 MPa.
Pada  hasil  pengujian  dapat  dilihat  bahwa beban  pada  alternatif  desain  ketiga  mampu tersebar  lebih  merata.  Hal  ini  dapat  dilihat  dari sebaran  warna  yang  cenderung  seragam  dan tidak terdapat warna yang mencolok.
Tegangan von  mises maksimum  yang diterima kursi plastik dengan rusuk penguat kotak memiliki  nilai  yang  jauh  di  bawah  tegangan maksimum  yang  diizinkan.  Tidak  seperti  kedua alternatif  desain  sebelumnya,  desain  ketiga  ini sama  sekali  tidak  berpotensi  fraktur.  Sehingga alternatif  desain  ketiga  ini  merupakan  desain yang paling aman digunakan.

## 3.7. Displacement
Hasil dari analisis struktur menggunakan metode elemen hingga adalah deformation atau displacement .  Berikut  ini  adalah  hasil  analisis deformation pada  tiga  alternatif  desain  kursi plastik.
Pada  alternatif  desain  kursi  plastik  tanpa rusuk  penguat,  hasil  simulasi  menunjukkan bahwa deformation terbesar  ada  pada  bagian alas  tempat  duduk  sebesar  17,51  mm  ditandai dengan  warna  merah  pada  gambar,  dan deformation terkecil  ada  pada  bagian  kaki-kaki kursi  dengan fixed  constraints /  daerah  tumpuan yaitu sebesar 0 mm.
Gambar 18. Displacement pada desain kursi plastik tanpa rusuk penguat (tampak atas)
Pada  alternatif  desain  kursi  plastik  dengan rusuk  penguat  X,  hasil  simulasi  menunjukkan bahwa deformation terbesar berada pada bagian samping  atas  antara  kaki-kaki  kursi  plastik sebesar  5,36  mm  ditandai  dengan  warna  merah pada gambar, dan deformation terkecil ada pada bagian  kaki-kaki  kursi  dengan fixed  constraints atau daerah tumpuan yaitu sebesar 0 mm.
Gambar  19. Displacement pada  desain  kursi plastik dengan rusuk penguat X (tampak atas)
Gambar 20. Displacement pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat kotak (tampak atas)
Pada  alternatif  desain  kursi  plastik  dengan rusuk penguat kotak, hasil simulasi menunjukkan bahwa deformation terbesar berada pada bagian tengah  alas  tempat  duduk  kursi  plastik  sebesar 1,75  mm  ditandai  dengan  warna  merah  pada gambar,  dan deformation terkecil  berada  pada bagian  kaki-kaki  kursi  dengan fixed  constraints / daerah tumpuan yaitu sebesar 0 mm.
Gambar 21. Safety factor pada desain kursi plastik tanpa rusuk penguat (tampak bawah)
3.8. Safety Factor
Safety  factor atau factor  of  safety adalah  nilai keamanan  pada  suatu  desain  yang  merupakan salah  satu  parameter  penting  untuk  menentukan
apakah  suatu  konstruksi  itu  aman  atau  tidak. Faktor  keamanan  diperhitungkan  dengan  acuan pada hasil perbandingan dari besar tegangan ijin ( yield  strength )  dibagi  dengan  besar  tegangan yang terjadi. Konstruksi dinyatakan aman apabila angka  keamanannya  di  atas  satu.  Pengujian safety  factor dilakukan  pada  ketiga  alternatif desain  kursi  plastik  yang  telah  dibuat.  Berikut adalah  hasil  dari  simulasi safety  factor pada  tiga alternatif desain kursi plastik.
Pada  alternatif  desain  kursi  plastik  tanpa rusuk  penguat,  nilai  minimum safety  factor didapatkan sebesar 0,73 yang berada pada area sudut  kursi  plastik  dan  ditandai  dengan  warna merah  pada  gambar.  Nilai  tersebut  berada  di bawah standar minimum safety factor untuk jenis beban statis, yaitu di angka 1,25 - 2,00.
Gambar 22. Safety factor pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat X (tampak bawah)
Gambar 23. Safety factor pada desain kursi plastik dengan rusuk penguat kotak (tampak bawah)
Pada  alternatif  desain  kursi  plastik  dengan rusuk  penguat  X,  nilai  minimum safety  factor didapatkan sebesar 0,91 yang berada pada area ujung  rusuk  penguat  di  sudut  kursi  plastik  dan ditandai dengan warna merah pada gambar. Nilai tersebut  masih  berada  di  bawah  standar minimum safety factor untuk jenis beban statis. Pada  alternatif  desain  kursi  plastik  dengan rusuk  penguat  kotak,  nilai  minimum safety  factor didapatkan  sebesar  3,16  yang  berada  pada  titik tengah  rusuk  penguat  kursi  plastik  dan  ditandai dengan warna merah pada gambar. Safety factor pada  alternatif  desain  ini  memiliki  nilai  di  atas
standar minimum safety factor untuk jenis beban statis.  Sehingga  alternatif  desain  ini  merupakan desain kursi plastik yang paling aman dari ketiga alternatif desain yang diuji.
Pada  Gambar  24  terlihat  grafik  tegangan von-mises yang  terjadi  pada  alternatif  desain kursi  plastik.  Dari  tiga  alternatif  desain,  dua alternatif  desain  memiliki  nilai  yang  melebihi batas  tegangan  yang  diizinkan,  yaitu  pada alternatif desain kursi plastik tanpa rusuk penguat dengan  nilai  tegangan von-mises sebesar  38,30 MPa  dan  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  X dengan  nilai  tegangan von-mises sebesar  30,81 MPa.
Gambar 24. Tegangan Von-Mises terhadap Alternatif Desain
Satu  alternatif  desain,  yaitu  desain  kursi  plastik dengan  rusuk  penguat  kotak  memiliki  nilai tegangan di bawah nilai tegangan  yang diijinkan, yaitu sebesar 8,86 MPa.
Gambar 25. Displacement terhadap Alternatif Desain
Pada  Gambar  25  terlihat  grafik displacement atau  perubahan  bentuk  yang  terjadi  pada alternatif  desain  kursi  plastik.  Dari  tiga  alternatif desain,  desain  kursi  plastik  tanpa  rusuk  penguat mengalami  pertambahan  panjang  paling  besar dengan  nilai  17,51  mm.  Desain  kursi  plastik dengan rusuk penguat X mengalami pertambahan  panjang  sebesar  5,36  mm.  Dan desain  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  kotak mengalami  pertambahan  panjang  paling  kecil, yaitu sebesar 1,75 mm.
Pada  Gambar  26  terlihat  grafik safety  factor pada  alternatif  desain  kursi  plastik.  Dari  grafik tersebut  dapat  dilihat  bahwa  desain  kursi  plastik tanpa  rusuk  penguat  dan  desain  kursi  plastik dengan  rusuk  penguat  X  memiliki  nilai safety factor di  bawah  nilai  minimum safety  factor -nya. Sehingga  dua  alternatif  desain  tersebut  tidak aman untuk digunakan.
Nilai safety  factor dari  desain  kursi  plastik tanpa  rusuk  penguat  sebesar  0,73  dan  nilai safety  factor dari  desain  kursi  plastik  dengan rusuk  penguat  X  sebesar  0,91.  Desain  kursi plastik  dengan  rusuk  penguat  kotak  merupakan satu-satunya  alternatif  desain  yang  memiliki  nilai safety  factor di  atas  nilai  minimum safety  factor , yaitu sebesar 3,16.
Gambar 26. Safety factor terhadap Alternatif Desain

## 3.  KESIMPULAN
Nilai  tegangan von-mises dari  alternatif  desain pertama, kursi  plastik  tanpa  rusuk  penguat  pada proses  simulasi  yang  dilakukan  adalah  sebesar 38,30  MPa,  dimana  nilai  tersebut  berada  di  atas dari  nilai yield  strength dari  material  plastik  ABS sebesar  28,00  MPa.  Tegangan von-mises pada desain  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  X memiliki  nilai  sebesar  30,81  MPa,  dimana  nilai tersebut masih berada di atas nilai yield strength dari  material  plastik  ABS.  Tegangan von-mises pada  desain  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat kotak  memiliki  nilai  sebesar  8,86  MPa,  dimana nilai tersebut berada di bawah nilai yield strength material  plastik  ABS.  Sehingga  alternatif  desain ketiga,  yaitu  kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat kotak  memiliki  keamanan  yang  baik  saat diberikan beban sebesar 1200 Newton.
Displacement atau  perubahan  bentuk  yang terjadi  pada  ketiga  altenatif  desain  adalah pertambahan panjang pada area dimana tegangan  maksimum  terjadi.  Perbandingan  nilai displacement dari  alternatif  desain  kursi  plastik tanpa  rusuk  penguat,  kursi  plastik  dengan  rusuk penguat  X,  dan  kursi  plastik  dengan  rusuk penguat  kotak  adalah  sebesar  17,51  mm;  5,36 mm;  1,75  mm.  Dari  hasil  tersebut  dapat disimpulkan  bahwa  dengan  menambahan  rusuk
penguat  akan  memperkecil  nilai  perubahan bentuk pada kursi plastik.
Nilai safety  factor yang  didapatkan  pada desain  kursi  plastik  tanpa  rusuk  penguat  adalah sebesar  0,73.  Nilai safety  factor pada  desain kursi  plastik  dengan  rusuk  penguat  X  adalah sebesar 0,91. Dan nilai safety factor pada desain kursi  plastik  dengan  rusuk penguat  kotak  adalah sebesar  3,16.  Berdasarkan  Dobrovolsky  dalam buku  “ machine  element ”  rentang safety  factor untuk  beban  statis  adalah  1,25 –  2,00  maka untuk  alternatif  desain  kursi  plastik  tanpa  rusuk penguat dan dengan rusuk penguat X tidak aman untuk  digunakan  dengan  beban  1200  Newton, sedangkan  untuk  alternatif  desain  kursi  plastik dengan  rusuk  penguat  kotak  yang  memiliki  nilai safety  factor 3,16  dinyatakan  aman  untuk digunakan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  D.  Romahadi,  N.  Ruhyat,  and  L.  B.  D. Dorion,  “Condensor  design  analysis  with Kays  and  London  surface  dimensions,” SINERGI ,  vol.  24,  pp.  81 –86,  2020,  doi: 10.22441/sinergi.2020.2.001.
[2]  F.  Anggara,  D.  Romahadi,  A.  L.  Avicenna, and Y. H. Irawan, “Numerical analysis of the vortex  flow  effect  on  the  thermal-hydraulic performance  of  spray  dryer,” SINERGI ,  vol. 26,  no.  1,  pp.  23 –30,  Feb.  2022,  doi: 10.22441/SINERGI.2022.1.004.
[3]  A. A. Luthfie, D. Romahadi, H. Ghufron, and S. D. Murtyas, “Numerical simulation on rear spoiler angle of mini MPV car for conducting stability and safety,” SINERGI , vol. 24, no. 1, pp. 23 –28, Dec. 2019, doi:
10.22441/SINERGI.2020.1.004.
[4]  A.  Sutisna,  N.  A.,  Aulia,  M.  F.,  &  Akbar, “FEM  Simulation  of  Electric  Car  Chassis Design  with  Torsional  Bar  Technology  FEM Simulation  of  Electric  Car  Chassis  Design with Torsional Bar Technology,” 2019.
[5]  M.  F.  Ashby, Materials  Selection  In Mechanical  Design,  4th  Edition .  Burlington: Elsevier Ltd, 2011.
[6]  P.  Jindal,  F.  Worcester,  F.  L.  Siena,  C. Forbes,  M.  Juneja,  and  P.  Breedon, “Mechanical  behaviour  of  3D  printed  vs thermoformed  clear  dental  aligner  materials under  non-linear  compressive  loading  using FEM,” J.  Mech. Behav. Biomed. Mater. ,  vol. 112, p. 104045, Dec. 2020, doi: 10.1016/J.JMBBM.2020.104045.
[7]  M. E. Mohamed, P. Bonello, P. Russhard, P. Procházka,  M.  L.  Mekhalfia,  and  E.  B.  T. Tchuisseu, “Experimental validation of FEM- computed  stress  to  tip  deflection  ratios  of
aero-engine  compressor  blade  vibration modes  and  quantification  of  associated uncertainties,” Mech.  Syst.  Signal  Process. , vol.  178,  p.  109257,  Oct.  2022,  doi: 10.1016/J.YMSSP.2022.109257.
[8]  F.  Klocke et  al. ,  “Examples  of  FEM application  in  manufacturing  technology,” J. Mater.  Process. Technol. ,  vol. 120, no. 1 –3, pp. 450 –457, Jan. 2002, doi:
10.1016/S0924-0136(01)01210-9.
[9]  S.  Daniele,  D.  Spaggiari,  D.  Santoro,  P. Cova, and N. Delmonte, “FEM analysis of a HF  coreless  transformer  for  automotive applications,” Microelectron.  Reliab. ,  vol.
126, p. 114224, Nov. 2021, doi: 10.1016/J.MICROREL.2021.114224.
[10] K.  Korus,  M.  Salamak,  and  M.  Jasiński, “Optimization  of  geometric  parameters  of arch bridges using visual programming FEM components  and  genetic  algorithm,” Eng. Struct. ,  vol.  241, p. 112465, Aug. 2021, doi: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2021.112465.
[11]  Q. Gao, L. Qi, S. Gao, L. Lu, L. Song, and F. Zhang, “A FEM based modeling method for analyzing the static performance of aerostatic  thrust  bearings  considering  the fluid-structure  interact ion,” Tribol.  Int. ,  vol. 156, p. 106849, Apr. 2021, doi: 10.1016/J.TRIBOINT.2020.106849.
[12] Z.  Xu  and  W.  Xie,  “Phase-field  model  for brittle  fracture  based  on  the  inner-element edge-based  smoothed  finite  method  (IES- FEM),” Eng.  Fract.  Mech. ,  vol.  254,  p. 107919, Sep. 2021, doi: 10.1016/J.ENGFRACMECH.2021.107919.
[13] P. Karban, D. Pánek, T. Orosz, I. Petrášová, and  I.  Doležel,  “FEM  based  robust  design optimization with Agros and Ārtap,” Comput. Math.  with  Appl. ,  vol.  81,  pp. 618 –633, Jan. 2021, doi: 10.1016/J.CAMWA.2020.02.010.
[14] W.  Sun,  W.  Lu,  F.  Bao,  and  P.  Ni,  “A  PD- FEM  coupling  approach  for  modeling thermal  fractures  in  brittle  solids,” Theor. Appl. Fract. Mech. , vol. 116, p. 103129, Dec. 2021, doi:
10.1016/J.TAFMEC.2021.103129.
[15] A.  Putranto,  “Redesain  dan  analisis  Finite Element Method Rangka Monocoque Bagian  Atas  (Top  Frame)  pada  Bus  Listrik PT MAB Berbasis Software Inventor,” Unnes Repos.  T  Technol.  TJ  Mech.  Eng.  Mach. , 2020.
[16]  C.  Xiaolin, Finite  Element  Modeling  and Simulation with ANSYS Workbench . London New York: CRC Press, 2014.
[17]  J.  D.  Bethune, Engineering  design  and graphics  with  SolidWorks .  Macromedia Press, 2019.
[18]  R.  Mahakul,  D.  Nath  Thatoi,  S.  Choudhury, and  P.  Patnaik,  “Design  and  numerical analysis  of  spur  gear  using  SolidWorks simulation  technique,” Mater.  Today  Proc. , vol.  41,  pp.  340 –346,  Jan.  2021,  doi:
10.1016/J.MATPR.2020.09.554.
[19] B.  Shi,  “Abaqus  vs  .  SolidWorks :  Dawn  of FEA Department
of
Mechanical Engineering,”  Imperial  College  London, 2021.
[20]  K. Vardaan and P. Kumar, “Design, analysis, and  optimization  of  thresher  machine flywheel  using  Solidworks  simulation,”
Mater. Today Proc. , vol. 56, pp. 3651
–3655,
Jan.
2022,
doi:
10.1016/J.MATPR.2021.12.348.
[21]  L. Wilis, Puspita Kartika; Hyunsoo, “Simulation Testing On Improved Design Of College Chair Using Finite Element Method,” in eProceedings  of  Engineering ,  2018,  pp.
1329 –1334.