## Pemilihan Jenis Pembebanan Statik untuk Analisa Tegangan Heavy Duty Truck Chassis Menggunakan Metode Elemen Hingga
Ojo Kurdi a, b, * a Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jalan Prof Sudarto, SH, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia
b National Center for Sustainable Transportation Technology, Indonesia Center for Research and Community Services (CRCS) Building, Lv. 2, Institut Teknologi Bandung
Jl. Ganesa No.10, Kota Bandung
Jawa Barat 40132 *E-mail: ojokurdi@ft.undip.ac.id

## Abstract
Stress analysts is very important in design and optimization of truck chassis. This paper discussed the procedure  to  choose  an  appropriate  kind  of  static  load  in  the  simulation  of  finite  element  stress analysis. In FEM simulation, the load can be represented by various types of load which are uniform pressure, gravity force and concentrated force with 6 and 4 contact points. The purpose of this paper is to determine the load type which best suit the real condition, all of the load types are first compared by applying each types in separated simulation.  The best load type was then used in the next simulations. Based on the simulation and comparison result, it can be concluded that the concentrated force with six contact points is the most suitable kind of load for this simulation.
Keywords: stress analysis; chassis; static load; finite element method

## Abstrak
Analisa tegangan pada chassis truk sangat diperlukan  untuk proses perancangan dan optimasi chassis truk. Makalah ini berisi kajian tentang penentuan jenis beban statis yang tepat, yang akan dipergunakan untuk  analisa  tegangan  chassis  truk  dengan  beban  total  36  ton.    Simulasi  pembebanan  chassis  truk dapat dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya berupa:  tekanan  seragam,  gaya gravitasi dan  gaya tunggal terkonsentrasi untuk 6 dan 4 titik kontak. Tujuan makalah ini adalah untuk mendapatkan jenis pembebanan  yang  cocok  dan  sesuai  dengan  kondisi  nyata  di  lapangan  untuk  proses  simulasi  Analisa tegangan  chassis  truk.    Metode  yang  dipakai  yaitu  dengan  mensimulasikan  setiap  jenis  pembebanan dengan berbagai variasi meshing dengan menggunakan perangkat lunak metode elemen hingga.  Jenis pembenan yang terbaik ditentukan jika didapat hasil yang konvergen untuk berbagai ukuran mesh serta memiliki  nilai  tegangan  yang  hampir  sama  dengan  tegangan  untuk  jenis  pembebanan  yang  lain. Berdasrkan  hasil  simulasi  dan  analisa  perbandingan  harga  tegangan  yang  dihasilkan  untuk  berbagai variasi  pembebanan,  didapat  jenis  pembebanan  yang  paling  cocok  adalah  gaya  tunggal  terdistribusi dengan 6 titik kontak.
Kata kunci : analisa tegangan; chassis; pembebanan statis; metode elemen hingga

## 1. Pendahuluan
Chassis  merupakan  komponen  penting  pada  truk,  dimana  banyak  komponen  mesin  yang  terletak  diatasnya, seperti:  mesin,  sistem  suspensi,  system  pendingin  mesin,  transmisi  dan  lain  lain.    Chassis  harus  cukup  kuat  untuk menahan  berat  komponen  komponen  tersebut.    Chassis  truk  juga  mengalami  beban  beban  lain  ketika  truk  berjalan, berupa beban dinamik dari ketidakrataan jalan, getaran mesin dan lain lain.  Oleh karena itu, dalam perancangan chassis truk  diperlukan  analisa  tegangan  dan  defleksi  untuk  memperoleh  dimensi  dan  jenis  material  yang  tepat  dan  aman. Untuk  tahap  awal  perancangan  chassis  truk,  metode  elemen  hingga  dengan  simulasi  menggunakan  perangkat  lunak banyak digunakan karena berbagai kelebihannya, yaitu: murah dan relatif cepat serta bisa menggunakan alternatif jenis material yang tidak terbatas.
Banyak peneliti yang telah melakukan kajian tentang analisa tegangan chassis truk dengan menggunakan metode elemen  hingga,  baik  untuk  kendaraan  konvensional  maupun  untuk  kendaraan  listrik  [1-17].    Dalam  makalah  ini  akan dibahas  salah  satu  tahapan  penting  dalam  simulasi  analisa  tegangan  chassis  truk,  yaitu  tentang  pemilihan  jenis  beban static dan  meshing dalam  simulasi analisis tegangan chassis truk.  Jenis beban  yang tepat  yang sesuai dengan kondisi lapangan  yang  dialami  oleh  chassis  truck  akan  mempengaruhi  keakuratan  hasil  simulasi.    Sehingga  sangat  penting dipilih beban yang tepat yang akan digunakan dalam simulasi.

## 2. Metode Elemen Hingga
Pada bagian ini akan dibahas tahapan tahapan simulasi untuk memperoleh tegangan akibat pembebanan statis yang berbeda  beda,  mulai  dari  pemodelan,  kondisi  batas,  pembebanan,  meshing  sampai  mengeksekusi  simulasinya.    Hasil simulasi  berupa  tegangan  von  Misses  akan  dibandingkan  dan  dianalisa  untuk  mendapatkan  jenis  pembebanan  statis yang paling bagus.
2.1 Model Chassis Truk
Dalam  makalah  ini,  model  chassis  truk  yang  digunakan  adalah  model  chassis  dengan  merk  Hino.  Chassis  ini dikategorikan sebagsai ladder frame chassis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.  Model chassis memiliki Panjang 12.350 m and width of 2.45 m.

## Gambar 1. Model chassis truk

## 2.2 Kondisi Batas
Dalam simulasi ini terdapat 3 kondisi batas yang merepresentasikan keadaan sebenarnya dari model chassis truk. Kondisi batas yang pertama terletak pada bagian depan chasiss dan kondisi batas yang kedua dan ketiga terletak pada bagian  belakang  chasiss.    Kondisi  Batas  (KB)  satu  menggambarkan  kontak  antara  chassis  dengan  kepala  truk,  dalam keadaan  sesungguhnya  kepala  truk  bisa  berbelok  ke  kanan  dan  ke  kiri,  seperti  engsel  pada  daun  pintu,  kontak  ini diwakili  oleh  satu  batang  dengan  ujung  bulat  yang  terletak  pada  bagian  depan  atas  chassis  yang  akan  kontak  dengan sebuah  lubang  yang  terletak  pada  bagian  bawah  tambahan  bagian  belakang  kepala  truk.      Dalam  simulasi  elemen hingga,  kondisi  batas  1  dimodelkan  sebagai  pin,  dimana  untuk  jenis  kondisi  batas  ini,  gerak  rotasi  diijinkan  untuk semua  arah  dan  gerak  translasi  tidak  diijinkan  untuk  semua  arah.    Sedangkan  kondisi  batas  2  dan  3  menggambarkan kontak antara chassis dengan bagian pegas daun diatas roda belakang, dan sifat sambunagn ini adalah sambungan jepit, dimana gerak rotasi dan translasi tidak diijinkan untuk semua arah.  Daam pemodelan elemen hingga, kondisi batas 2 dan 3 domodelkan sebagi fixed suppor t.  Representasi kondisi batas pada object ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Representasi kondisi batas dalam objek, (a) KB 1, (b) KB 2, (c) KB 3

## 2.3 Pembebanan Statik
Beban statik yang diterima oleh chassis truk berasal dari muatan dan berat dari chassis itu sendiri, berat totalnya sebesar  36  ton. Dalam  simulasi  elemen  hingga  beban  maksimum  sebesar  36  ton  dapat  dimodelkan  dengan  berbagai jenis gaya, seperti: tegangan seragam, gaya terdistribusi seragam, gaya gravitasi dan gaya tunggal terkonsentrasi.  Untuk mendapatkan  jenis  pembebanan  yang  paling  sesuai  dengan  kondisi  sesungguhnya,  maka  terlebih  dahulu  dilakukan simulasi pada model chassis truk dengan menggunakan masing masing jenis pembebanan tersebut diatas.

## 2.3.1 Tekanan Seragam
Beban  berupa  tekanan  seragam  diberikan  kepada  permukaan  chassis  bagian  atas  yang  besarnya  dihitung berdasarkan  beban  maksimum  sebesar  36  ton  dibagi  luas  total  permukaan  chassis  bagian  atas.    Pembebanan  sebagai tekanan  seragam  terdistribusi  ditunjukkan  pada  Gambar  3,  sedangkan  besarnya  tekanan  yang  diberikan  dihitung berdasarkan rumus dibawah ini:
2 2 2 67 ,
67564 277 , 5 / 81 , 9 36000
m N m s m kgx p = =
Gambar 3. Beban diasumsikan sebagai tekanan seragam yang bekerja pada seluruh permukaan atas chassis.

## 2.3.2 Gaya Gravitasi
Dalam  pemodelan  beban  truk  sebagai  gaya  gravitasi,  bak  truk  disertakan  dalam  simulasi  dan  ditempatkan  diatas chassis.    Empat  titik  kontak  diberikan  pada  bak  tersebut  sebagai  titik  kontak  dengan  chassis  dan  ini  menggambarkan kondisi  kontak  yang  sebenarnya  anatara  bak  dengan  chassis  truk.    Untuk  memberikan  efek  berat  pada  bak,  gaya gravitasi diterapkan pada keseluruhan bak truk.  Berat bak ditetapkan sebesar 3600 kg sesuai dengan berat maksimum yang bisa ditahan oleh truk.   Pada model truk tertentu, kontak antara bak dengan chassis memiliki enam titik kontak, sehingga  dalam  simulasi  disertakan  juga  model  pembebanan  gaya  gravitasi  dengan  enam  titik  kontak  seperti  masing masing ditunjukkan oleh gambar 4 (a) dan 4 (b).
(a)
(b)
Gambar 4. Gaya statik diasumsikan sebagai gaya gravitasi dengan 4 titik kontak; (b) Gaya statik diasumsikan sebagai gaya gravitasi dengan 6 titik kontak

## 2.3.3 Gaya Tunggal Terkonsentrasi
Gaya tunggal terkonsentrasi dasumsikan bekerja pada titik kontak antara bak truk dengan chassis.  Besarnya gaya tunggal  ini  adalah  beban  maksimum  truk  dibagi  dengan  jumlah  titik  kontak  pada  model.    Pemodelan  gaya  tunggal terkonsentrasi ditunjukkan pada gambar 5 (a) untuk 4 titik kontak dan sebagai pembanding gaya tunggal terkonsentrasi dengan 6 kontak juga dibuat simulasinya dan modelnya ditunjukkan pada gambar 5 (b).
(a)
(b)
Gambar 5. Beban diasumsikan sebagai gaya tunggal terkonsentrasi dengn empat titik kontak (a) dan enam titik kontak (b).

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil simulasi stress analisis menggunakan metode elemen hingga berupa tegangan von Misses, tegangan utama, tegangan  geser  dan  defleksi  serta  beberapa  parameter  lainnya.    Tegangan  von  Misses  merupakan  tegangan  hasil perhitungan  antara  tegangan  utama  dan  tegangan  geser  sehingga  ianya  lebih  komprehensif  dibandingkan  dengan tegangan  yang  lain,  sehingga  tegangan  ini  digunakan  sebagai  parameter  untuk  mengevaluasi  unjuk  kerja  dari  chassis truk. Distribusi tegangan von Misses pada chassis truk ditunjukkan pada gambar 6 (a) dan (b) dengan dua beban yang berbeda.
(a)
(b)
Gambar 6. (a) Distribusi tegangan von Misses pada daerah tegangan tertinggi akibat beban gaya gravitasi dengan 6 titik kontak (b) Distribusi tegangan von Misses akibat gaya tunggal terkonsentrasi.
Hasil lengkap besarnya tegangan von Misses maksimum untuk tiap tiap jenis pembebanan ditunjukkan pada Tabel 1. Berdasarkan data hasil tegangan von Misses yang ditunjukkan oleh Tabel 1, ianya menunjukkan bahwa hasil simulasi untuk beban berupa tekanan seragam, 6 titik kontak gaya terkonsentrasi dan 6 titik kontak gaya gravitasi menunjukkan besarnya tegangan yang hampir sama, sedangkan untuk jenis pembebanan 4 titik kontak gaya terkonsentrasi dan 4 titik kontak  gaya  gravitasi  menunjukkan  perbedaan  yang  cukup  besar.    Melihat  fenomena  tersebut  maka  ketiga  simulasi tersebut yaitu pembebanan dengan tekanan seragam, 6 titik kontak gaya terkonsentrasi dan 6 titik kontak gaya gravitasi dapat dijadikan sebagai acuan untuk dijadikan sebagai pembebanan yang valid.  Hal ini diperkuat dengan kenyataan di lapangan  bahwa  sebagian  besar  chassis  truck  memiliki  6  titik  kontak.    Dalam  prakteknya,  simulasi  dengan menggunakan  jenis  pembebanan  berupa  gaya  tunggal  terkonsentrasi  dengan  6  titik  kontak  lebih  mudah  dilaksanakan dibandingkan dua jenis pembebanan yang lainnya dari segi peletakkan gaya dan waktu simulasi yang diperlukan, maka jenis pembebanan ini tepat digunakan untuk simulasi analisa tegangan untuk model chassis truk dalam penelitian ini.
Tabel 1. Tegangan von Misses akibat berbagai jenis gaya statik
Ukuran meshing (m) Von Misses Stress (MPa) Tekanan seragam 6 titik kontak gaya terkonsentrasi 6 titik kontak gaya gravitasi 4 titik kontak gaya terkonsentrasi 4 titik kontak gaya gravitasi 0.05 258 240.3 282.8 510.7 385.9 0.04 258.1 286.9 343.2 514.5 450.6 0.02 258.1 379.3 394.2 589.8 593 0.01 395.9 607.4 655.8 522.5 864.8

## 4. Kesimpulan
Berdasrkan hasil simulasi dan analisa datanya maka untuk simulasi analisa tegangan chassis truk model Hino yang digunakan  dalam  penelitian  ini,  jenis  pembebanan  gaya  statik  yang  paling  cocok  adalah  jenis  gaya  tunggal terkonsentrasi dengan 6 titik kontak.

## Daftar Pustaka
[1] Bajwa, M Singh, Raturi, Yatin and J Amit 2013 Int. J. Mech. Prod. Eng . 1 55
[2] Azizi, M M.N. Rasyid, H., Mahyuddin, W.M.F.W. Azlan, M.A.M. and Mahmud, J. 2012. Procedia Eng. 41 995
[3] R.Rajappan, & M.Vivekanandhan 2013 Int. J. Eng. Sci. (Ijes) 2 63
[4] Dario Croccolo, Massimiliano de Agostinis and Nicolo Vincenzi 2011 J. Mech. Eng . 57 799
[5] Patil, Kamlesh Y., & Deore, Eknath R. 2015 IOSR J. of Mech. and Civil Eng. (IOSR-JMCE) 12(4 Ver. III) 111
[6] Kulkarni, Ravichandra R., Mane, Bhushan R., & Malve, Suhil H. 2014 Int. J. of Scientific Eng. and Tech. 3(5) 661
[7] Sharma P K, Parekh, Nilesh J, & Nayak, Darshit. 2014 Int. J. Eng. Adv. Technol. (IJEAT) 3 (3 ) 182Patil, N. R.,
[8] Madhu.Ps, & Venugopal.TR. 2014 Int. J. of Eng. Research and Applications 4(5 (Version 3)) 06
[9] Sanjay, Salvi Gauri, Abhijeet, Kulkarni, Pradeep, Gandhi Pratik, & P., Baskar 2014 Int. J. of Eng. Research and Applications 4(7 (Version 2)) 69
[10] LÜ, Xiaorong, Ding, Weimin, & Yang, Huaifeng Adv. Materials Research, 753-755(1587) 1587
[11] K.A, Bhat, S. P, Untawale, & H.V, Katore 2014 Int. of Pure and Applied Research in Eng. and Tech. 2(12) 71 [12] Gaikwad, Avinash V., & Ghawade, Pravin S. 2014 Int. J. of Tech. and Science 2 , 12
[13] O Kurdi, MS Yob, SR Dasson, S Barrathi, AA Altayeb, I Yulianti 2017 J.of Physics: Conf.Series 824(1) 012001
[14] Sreenath S and Kamalakkannan K 2016 Int. J. Mech. Prod. Eng. 4 8
[15] Gadagottu, Indu, & Mallikarjun, M V. 2015 Int. J. Mech. Eng. & Rob. Res, 4(1) , 163
[16] Qin-man, F. 2012 Advanced Materials Research, Vol. 590 (2012), 487-491.
[17] Jain, A. 2014 Sae Technical Paper Series, 2014-01-0355 . doi: 10.4271/2014-01-0355