Abstrak —Mobil pickup multiguna pedesaan adalah sebuah mobil pickup  yang  digabungkan  dengan  box  yang  dapat  dilepas  atau pasang  sesuai  kebutuhan.  Penggunaan  box  khususnya  untuk kegiatan  berniaga  kurang  maksimal,  dengan  ruang  yang  tidak terlalu  besar  membuat  penjual  membatasi  barang  yang  akan dijajakan,  sehingga  perlu  adanya redesign agar  lebih  fungsional untuk  kegiatan  berniaga.  Selain  itu  massa  total  box  yang  masih dapat  dikurangi  dengan  pemilihan  material  yang  lebih  ringan seperti polycarbonathe. Untuk melakukan redesign box mobil ini, pertama  merancang box  body dengan  menggunakan  software solid  modeling .  Selanjutnya  adalah  perhitungan  beban  yang meliputi  beban  akselerasi,  pengereman  dan  belok.  Simulasi dengan  metode  elemen  hingga  menggunakan  software  ANSYS 19.1  dilakukan  kemudian.  Pengujian  ini  diakhiri  dengan memperoleh  data  hasil  simulasi  berupa  tegangan von  Mises , deformasi  total  dan safety  factor ,  kemudian  mengevaluasi  hasil yang diperoleh. Hasil simulasi didapatkan penurunan massa box sebesar  8,65%.  Saat  mobil  pickup  multiguna  pedesaan mengalami  efek  percepatan  pada  lintasan  datar  diperoleh  nilai von  Mises stress  maksimum  yang  terjadi  sebesar  87,346  MPa, nilai total deformation maksimum sebesar 5,35 mm dengan safety factor 3,034.  Sebaliknya  saat  pengereman  nilai von  Mises stress maksimum  yang  terjadi  sebesar  81,671  MPa,  nilai  total deformation  maksimum  sebesar  5,56  mm  dengan safety  factor 7,02.  Saat  melewati  lintasan  belok  nilai von  Mises stress maksimum  yang  terjadi  sebesar  26,04  Mpa,  nilai  total deformation  maksimum  sebesar  1,63  mm  dengan safety  factor 3,28.  Dari  analisis  dan  verifikasi  hasil  uji  terhadap  persyaratan desain, box body memenuhi kelayakan keamanan.
Kata  Kunci —Struktur  Box  Body  Mobil,  Tegangan  Von  Mises, Deformasi Total, Metode Elemen Hingga.

## I. PENDAHULUAN
EMBUATAN prototype  box yang  pertama  menggunakan material  mild  steel  dengan  massa  total box  body sebesar 700  kg.  Massa  tersebut  menjadi  bahan  evaluasi  karena  mesin yang digunakan pada mobil tidak besar, 650 cc, sehingga untuk menunjukkan performa kerja yang baik dibutuhkan beban body yang    ringan  baik  pada  body  mobil  maupun box  body .  Hal inilah  yang  menjadi  alasan  dilakukan  pengembangan  desain yang  kedua  pada  tahun  2017  terhadap  prototype  box.  Hal  ini bertujuan untuk menurunkan massa box. Pada desain kedua ini material  diganti  menggunakan  komposit  fiber  glass  di  bagian lapisan terluar saja. Sehingga massa total box body menjadi 415 kg.
Box mobil pickup multiguna pedesaan ini dapat dilepas atau pasang  sesuai  kebutuhan.  Jika  ingin  mengangkut  hasil  panen dan  mesin  penggiling  padi,  maka  box  mobil  akan  dilepas. Sebaliknya  jika  untuk  mengangkut  penumpang  dan  kegiatan berniaga  maka  box  ini  akan  dipasang.  Penggunaan  box khususnya  untuk  kegiatan  berniaga  maka  bagian  jendela  akan dibuka  seperti  pada  Gambar  1,  dengan  ruang  yang  seperti  itu membuat penjual membatasi barang yang akan dijajakan,

## Gambar 1. Box digunakan dalam kegiatan berniaga.
Perancangan  struktur  bodi  terus  dikembangkan  seiring berjalannya  waktu.  Pada  tahun  1970-an  perancangan  struktur bodi  dilakukan  menggunakan  analisis  modern  berbasis komputer  dengan  menggunakan  metode  elemen  hingga. Kemudian  pada  tahun  1985  dikembangkan  struktur  bodi dengan  ukuran    yang  lebih  kecil  oleh  negara  Amerika  Serikat guna menurunkan konsumsi bahan bakar [1].
Untuk  material  yang  awalnya  berbahan  plain  carbon  steel menjadi bahan polycarbonate . Pemakaian bahan polycarbonate bisa  mendatangakan  beberapa  keuntungan.  Antara  lain  yaitu bahan  yang  digunakan  untuk  membuatnya  bersifat  ringan namun  punya  sifat  yang  kuat  dan  kokoh,  jadi  sangat  aman untuk  diaplikasikan  di  mana  saja.  Proses  pemasangan  juga sangat  sederhana  dan  cepat,  tidak  membutuhkan  waktu  yang lama,  terlebih  dibanding  dengan  pemasangan  bahan  atap  biasa [2].
Gaya-gaya  yang  terjadi  pada  kendaraan  berupa  gaya dinamis  atau  beban  dinamis.  Untuk  mempermudah  dalam analisis  permodelan,  gaya-gaya  dinamis  tersebut  digantikan dengan  gaya-  gaya  statis  (beban  statis)  yang  terjadi  pada kendaraan  dikalikan  dengan  faktor  beban  dinamis.  Faktor beban dinamis yang digunakan pada pembebanan ini adalah 2,5 hingga  3,0  untuk  kendaraan  komersial  dan  4  untuk kendaraan off-road atau cross-country [3].

## Redesign Kerangka Box Body Mobil Pickup Multiguna Pedesaan Berbasis Metode Elemen Hingga
Lina Damayanti dan Julendra Bambang Ariatedja Departemen  Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : ariatedja@me.its.ac.id
P
Teori  yang  diakui  paling  sederhana  ini  dikemukakan  oleh William  John  Macquorn  Rankine  (1802-1872),  sehingga  teori ini  sering  disebut  dengan  teori  kegagalan  Rankine.  Teori  ini cocok  digunakan  untuk  analisis  pada  material  getas  ( brittle ). Kegagalan  suatu  material  terjadi  bila  tegangan  normal maksimum  mencapai  suatu  harga  tegangan  luluh  ( yield )  atau tegangan  patahnya  ( fracture ),  tanpa  memperhatikan  tegangan utama (principal stress) lainnya [4].
Tahap-tahap  dasar  dalam finite  element  analysis adalah pre-processing ,  yaitu  melakukan  diskretisasi  model  menjadi elemen-elemen  hingga,  dalam  bentuk nodal-nodal dan elemen- elemen.  Selanjutnya  menggabungkan  elemen-elemen  lokal menjadi solusi global, dan membentuk matriks kekakuan global sekaligus  mengaplikasikan  kondisi  batas,  kondisi  awal,  dan beban-beban yang terjadi. Tahap kedua adalah processing atau solving , dimana komputer menyelesaikan sejumlah perhitungan aljabar  linier  atau  non  linier  sesuai  kondisi  yang  diterapkan pada  tahap pre-processing .  Kemudian  tahap  terakhir  adalah post processing , yaitu mengorganisasi dan mengintepretasi data hasil  perhitungan  yang  berupa  gambar,  kurva  atau  animasi. Untuk  melakukan  simulasi  ini menggunakan software ANSYS 19.1 [5].

## II. METODE PENELITIAN

## A. Model Struktur
Pemodelan gambar dengan konsep rancangan yang telah dibuat.  Gambar terdiri dari bagian kerangka yang ditunjukkan pada  Gambar  2  dan  bagian body  box pada  Gambar  3 , lalu  di assembly menggunakan software yang sama.
Gambar 2. Kerangka box mobil pickup multiguna pedesaan.
Gambar 3. Model assembly box mobil pickup.

## B. Sifat Material
Pada  model  digunakan  3  material  yang  berbeda  yaitu ASTM  A360  s teel,  plain  carbon  steel dan polycarbonate. Seperti pada Tabel 1 dibawah ini.
Tabel 1. Sifat material [6]. Objek Material Massa jenis Tensile yield strength Tensile ultimate strength Kerangka ASTM  A36 Steel 7850 kg/m 3 250 Mpa 415 Mpa Alas dan Pintu Plain Carbon Steel 7800 kg/m 3 220,594 Mpa 399,826  MPa Box Polycar- bonate 1200 kg/m 3 69,7 MPa 64  MPa

## C. Meshing
Jenis  elemen  meshing  yang  diaplikasikan  pada  struktur  box dengan nilai element size sebesar 11 mm
Gambar 4 Hasil meshing pada kerangka box body.
Gambar 5.Gambar detail hasil meshing .
Gambar 6. Hasil meshing untuk box bodi.
Gambar  4  menunjukkan  hasil meshing pada  kerangka  dan Gambar  6  menunjukkan  hasil  meshing  untuk  box  bodi.  Untuk detail meshing dapat terlihat pada gambar 4.
D. Pembebanan dan Boundary Condition
Boundary condition (kondisi batas) adalah inputan awal dari  simulasi  untuk  inisiasi  pada  perhitungan  selanjutnya. Kondisi  batas  adalah pin  support yang  berasal  dari  sistem clamping dan displacement pada permukaan bawah box seperti Gambar 7.
Gambar 7. Posisi kondisi batas.
Pembebanan  didapat  dari  gaya  inersia  akibat  akselerasi maupun  pengereman    dan  berat  muatan  seperti  Gambar  8. Dengan massa box sebesar 379,09 kg, massa muatan 2000 kg, percepatan  dan  pengeraman  7,5375  m/s 2 dan  percepatan sentripetal  3,133  m/s 2 ,Perhitungan  dilakukan  menggunakan rumus Newton.
Gambar 8.Penempatan pembebanan pada box body

## III. HASIL DAN ANALISA
A. Model Box
Tabel 2. Bagian-bagian pada box mobil. No Nama Bahan Massa (kg) 1 Rangka box ASTM A36 Steel 143,89 2 Rangka pintu ASTM A36 Steel 5,7481 3 Lapisan dalam Plain carbon steel 80,294 4 Alas Plain carbon steel 80,294 5 Pintu dalam Plain carbon steel 8,5277 6 Pintu luar Plain carbon steel 13,332 7 Lapisan luar Polycarbonate 34,05 8 Jendela belakang Polycarbonate 1,3975 9 Penutup samping Polycarbonate 11,603 Massa total 379,09
Massa  total  untuk  redesign  body  box  dapat  dilihat  pada Tabel 2  sebesar 379,09 kg. Sedangkan massa box body kedua sebesar 415 kg. Dengan pergantian material di beberapa bagian ini  mengakibatkan    penurunan  massa.  Penurunan  massa  yang terjadi  yaitu  sebesar  8,65%.  Tabel  3  menunjukkan  detail komponen yang mengalami perubahan
Tabel 3. Perbedaan prototype box kedua dengan hasil redesign. Nama Massa awal (kg) Massa redesign (kg) Perbedaan (%) Keterangan Rangka box 162.56 143.89 11,48 m awal > m redesign Lapisan luar 51.648 34.05 34,07 m awal > m redesign Penutup Samping 10.172 11.60 12,31 m awal < m redesign
a. Saat Mobil Mengalami Percepatan
Gambar 9. Detail area yang mengalami stress maksimal pada kerangka.
Gambar  9  merupakan  letak  tegangan  maksimal  pada kerangka  box  dengan  nilai  tegangan  von-Mises  maksimum sebesar 87,346 MPa.
Gambar 10. Deformasi yang terjadi pada bagian kerangka.
Gambar 11. Safety factor hasil simulasi efek percepatan.
Perubahan  bentuk  maksimal  yang  terjadi  pada  struktur rangka box adalah sebesar 5,35 mm dari bentuk awalnya yang ditunjukkan pada daerah berwarna merah pada Gambar 10.
Nilai safety factor maksimum dari hasil simulasi adalah 15 dan minimum 3,034 ditunjukkan  pada Gambar 11. b. Saat Mobil Mengalami Pengereman
Gambar 12. Hasil simulasi pembebanan pada kerangka box body dengan efek pengereman.
Gambar  12  merupakan    letak  tegangan  maksimal  pada kerangka  box  dengan  nilai  tegangan  von-Mises  maksimum sebesar 81,671 MPa
Gambar 13.Deformasi pada bagian box bodi mobil.
Perubahan  bentuk  maksimal  yang  terjadi  pada  struktur rangka box adalah sebesar 1,82  mm dari bentuk awalnya yang ditunjukkan pada daerah berwarna merah pada Gambar 13.
Gambar 14. Safety factor hasil simulasi efek pengereman.
Nilai safety factor maksimum dari hasil simulasi adalah 15 dan minimum 7,02 seperti pada Gambar 14. c. Saat Mobil dalam Kondisi Belok
Gambar 15. Detail area yang mengalami stress maksimal pada kerangka dalam kondisi belok
Gambar  15  merupakan    letak  tegangan  maksimal  pada kerangka  box  dengan  nilai  tegangan  von-Mises  maksimum sebesar 26,04 MPa.
Gambar 16. Gambar detail letak deformasi maksimum kondisi belok
Perubahan  bentuk  maksimal  yang  terjadi  pada  struktur rangka box adalah sebesar  1,63  mm dari bentuk awalnya yang ditunjukkan pada daerah berwarna merah pada Gambar 16.
Gambar 17. Safety factor hasil simulasi dalam kondisi belok
Nilai safety factor maksimum dari hasil simulasi adalah 15 dan minimum 3,28 seperti pada Gambar 17.
Setelah  diperoleh  hasil  dari  tiap-tiap load  case ,  berikutnya adalah melakukan evaluasi dari hasil yang diperoleh. Hasil dari kelima  kondisi  yang  dianalisa  memiliki  perbedaan  yang signifikan  dalam  hal safety  factor .  Dari  data  tersebut, didapatkan dan angka keamanan dari load case yang telah dilakukan sebagai berikut.
Tabel 4.
Verifikasi keamanan box body terhadap pembebanan Load case Verifikasi keamanan Percepatan 87,346 < Aman Pengereman 81,671 < Aman Belok 26,04 < Aman
Tegangan  maksimal  yang  terjadi  dari  beban  yang didefinisikan  dalam  beberapa  load  case  pada  Tabel  4  di  atas adalah  87,346  Mpa  yang  terjadi  ketika  mobil  mengalami percepatan  dengan  box  tanpa  muatan.  Sedangkan  saat  mobil dalam  keadaan  box  muatan  penuh  tegangan  maksimal  terjadi ketika berbelok dengan nilai sebesar 67,01. Tegangan ini masih aman dibandingkan dengan tegangan ijinnya. Dari evaluasi hasil simulasi  dapat  disimpulkan  juga  bahwa box  body ini  sudah cukup baik dalam menerima beban.
Tabel 5.
Nilai deformasi maksimum pada setiap kondisi. Load case Y (mm) Titik kritis Percepatan 5,35 Bagian atap
Pengereman 1,82 Bagian atap sisi kanan Belok 1,63 Bagian atap sisi kanan
Deformasi  maksimal  yang  terjadi  dari  beban  yang didefinisikan  dalam  beberapa load  case pada  Tabel  5  di  atas adalah  5,85  mm  yang  terjadi  ketika  mobil  mengalami percepatan
Tabel 6. Nilai safety factor . Load case Safety factor Percepatan 3,034 Pengereman 7,02 Belok 3,28
Tabel  6  menunjukkan  nilai safety  factor untuk  masing- masing  kondisi  dengan  box  bermuatan  penuh,  nilai safety factor yang  lebih  dari  2  menunjukkan  bahwa redesign mobil pickup multiguna pedesaan ini dapat dikatakan aman dan baik

## IV. KESIMPULAN
Dari hasil analisa yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Massa  total  untuk  redesign  body  box  sebesar  379,14  kg. Sedangkan massa box body kedua sebesar 415 kg. Dengan pergantian  material  di  beberapa  bagian  ini  mengakibatkan penurunan  massa.  Penurunan  massa  yang  terjadi  yaitu sebesar 36 kg atau sekitar 8,65%
2. Saat  mobil  pickup  multiguna  pedesaan  mengalami  efek percepatan  pada  lintasan  datar  diperoleh  nilai Von  Mises stress  maksimum  yang  terjadi  sebesar  87,346  MPa,  nilai total  deformation maksimum  sebesar  5,35  mm  dengan safety factor 3,034 3. Saat  mobil  pickup  multiguna  pedesaan  mengalami  efek pengereman  pada  lintasan  datar  diperoleh  nilai Von  Mises stress  maksimum  yang  terjadi  sebesar  81,671  MPa,  nilai total  deformation maksimum  sebesar  1,82  mm  dengan safety factor 7,02 4. Saat  melewati  lintasan  belok  atau  menerima curve resistance dengan radius lengkung minimum yaitu 14,33 m diperoleh nilai Von Mises stress maksimum yang terjadi sebesar  26,04  Mpa,  nilai total  deformation maksimum sebesar 1,63 mm dengan safety factor 3,28. 5. Dari  analisis  dan  verifikasi  hasil  uji  terhadap  persyaratan desain, box  body mobil  pickup  multiguna  pedesaan  yang sudah  dirancang  dapat  dinyatakan  memenuhi  kelayakan keamanan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B. S.I. Nyoman., Sampurno, Teknologi Otomotif Edisi Kedua . Guna
Widya, 2010. [2]
Moretti  and  et  al, Polycarbonate  dari  International  Polymer
Solutions . 2013. [3] J.  Brown  and  A.  Robertson,  “Motor  Vehicle  Structures:  Concepts and Fundamentals.”
[4] R.  Juvinall, Engineering  Consideration  of  Stress,  Strain,  and Strength . USA: Mc Graw Hill, 1967.
[5] ANSYS, “ANSYS help 19.1.Element,” USA.
[6] D.  J.  Brunelle  and  M.  R.  Korn, Advances  in  Polycarbonates . Washington D.C., 2005.