## ANALISIS KOMPARATIF TEGANGAN STATIK PADA FRAME GANESHA ELECTRIC VEHICLES 1.0 GENERASI 1 BERBASIS CONTINOUS VARIABLE TRANSMISSION (CVT) BERBANTUAN SOFTWARE ANSYS 14.5
K. Budarma, K. Rihendra Dantes, G. Widayana
Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja, Indonesia
e-mail : ( budarma_kadek@yahoo.com , rihendra79@gmail.com , gedewidayana@gmail.com )

## Abstrak
Rangka  ( frame )  merupakan  salah  satu  komponen  yang  penting  dari  sepeda  motor  karena  berfungsi sebagai penopang mesin, sistem suspensi dan sistem kelistrikan sehingga menjadi satu kesatuan yang membuat  sepeda  motor  dapat  berjalan.  Untuk  itu,  dilakukan  analisis  tegangan  statik  pada frame Ganesha electric  vehicles 1.0  Generasi  1  yang  menggunakan frame Yamaha  Nouvo  dengan menggunakan software  Ansys 14.5  dengan  perbandingan  pembebanan  satu  penumpang  dan  dua penumpang.  Tujuan  penelitian  adalah  untuk  mengetahui  distribusi  tegangan  serta  daerah  kritis  yang terjadi pada frame . Setelah proses analisis dilakukan, didapatkan tegangan von mises maksimum untuk frame standart  dengan  satu  penumpang  sebesar  4,5884  x  10 7 N/m 2 dan frame modifikasi  sebesar 4,1374 x 10 7 N/m 2 . Untuk frame standart dengan dua penumpang sebesar 1,0324 x 10 8 N/m 2 dan frame modifikasi  sebesar  9,3092  x  10 7 N/m 2 .  Faktor  keamanan frame standart  dengan  satu  penumpang sebesar  13,52  dan frame modifikasi  sebesar  14,99.  Untuk frame standart  dengan  dua  penumpang sebesar 6,00 dan frame modifikasi sebesar 6,66.
Kata Kunci : Frame , Analisis Tegangan Statik, Ansys 14.5, Tegangan Von Mises , Faktor Keamanan

## Abstract
Frame is one of the important components of the motorcycle because it is functioned as the supporting unit  of  the  machine,  suspension  system  and  electricity  system  to  make  the  motorcycle  runs  as  one complete unit. For that reason, the analysis of the static stress was conducted to the first generation of Ganesha electric vehicles 1.0, which uses the frame of Yamaha Nouvo through Ansys 14.5 software with the comparison of one person weight and two persons weight. The purpose of the research is to know the  distribution  of  the  stress  and  the  critical  area  that  occurs  at  the  frame.  After  the  analysis  ha s  been conducted, it was found that the stress of the maximum von mises for the standart frame with one weight was 4,5884  x  10 7 N/m 2 and  the  modificated  frame  was  4,1374  x  10 7 N/m 2 ,  for  standart  frame  with  two weights was 1,0324 x 10 8 N/m 2 and modificated frame was  9,3092 x 10 7 N/m 2 . The factor of safety with one weight was at the value 13,52 while the modificated one valued 14,99. For the standart frame with two weights the value was 6,00 while the modificated valued 6,66.
Keywords : Frame , The analysis of static stress, Ansys 14.5, Von Mises stress , Factor of safety

## I.  PENDAHULUAN
Rangka ( frame ) merupakan komponen yang paling penting dari sepeda motor  karena  berfungsi  sebagai  penopang mesin,  sistem  suspensi  dan  sistem kelistrikan  sehingga  menjadi  satu  kesatuan
yang  membuat  sepeda  motor  dapat berjalan.  Oleh  karena  itu,  agar  dapat berfungsi  sebagaimana  mestinya  sebuah frame harus  kuat  dan  kokoh  sehingga mampu menopang beban dari penumpang, mesin  beserta  kelengkapannya  tanpa
mengalami  kerusakan  ataupun  perubahan bentuk.  Selain  itu, frame juga  harus  ringan agar  tidak  membebani  kerja  mesin  dan mempunyai nilai fleksibilitas yang berfungsi meredam  getaran  yang  diakibatkan  kondisi jalan  yang  rusak  dan  oleh  mesin.  Melihat fungsi frame sangat  penting  pada  sepeda motor,  maka  perlu  diketahui  tegangan maksimum  yang  terjadi  pada  setiap pembebanan    dengan     cara   melakukan analisis  terhadap frame tersebut  dengan menggunakan software ansys 14.5. Tujuan penelitian  tugas  akhir  ini  adalah  untuk mengetahui distribusi tegangan statik  yang terjadi.

## II.  KAJIAN TEORI
2.1.  Pengertian Frame Frame
merupakan komponen terpenting  dari  sebuah  sepeda  motor karena berfungsi sebagai penopang mesin, penyangga  penumpang  atau  beban  dan menyatukan  atau  merangkai  mesin,  sistem suspensi  dan  sistem  kelistrikan  menjadi satu  kesatuan  sepeda  motor  yang  dapat berjalan [8] .
2.2.  Jenis Frame Frame sepeda  motor  terdiri  dari beberapa jenis, antara lain [8] : 1.  Rangka Pelat Baja dan Pipa ( Pressed Steel and Tubular )
2.  Rangka Pelat Baja ( Pressed Steel ) 3.  Rangka Pipa ( Tubular )
4.  Rangka Backbone
5.  Rangka Diamond
6.  Rangka Single Cradle
7.  Rangka Double Cradle
8.  Rangka Alumunium

## 2.3.  Baja
Baja  merupakan  paduan  yang  terdiri dari  besi,  karbon  dan  unsur  lainnya [4] .  Baja mempunyai  keuntungan  yang  cukup  tinggi yaitu  kekuatan  tariknya  yang  tinggi  antara 300  Mpa  sampai  2000  Mpa  sehingga membuat  struktur  dari  baja  mempunyai ukuran  penampang  yang  lebih  kecil  jika dibandingkan  dengan  struktur  dari  bahan yang lainnya [10] .
2.4.  Tegangan ( Stress )
Tegangan atau sering disebut dengan stress dilambangkan  dengan 𝜎 yang
memiliki  satuan  N/m 2 .  Konsep  tegangan dapat  diilustrasikan  dalam  bentuk  yang paling  mendasar  seperti  pada  sebuah batang prismatis yang diberikan/mengalami gaya  aksial [5] .  Batang  prismatis  adalah sebuah  elemen  struktur  lurus  yang mempunyai penampang konstan di seluruh panjangnya, sedangkan gaya aksial adalah beban  yang  mempunyai  arah  yang  sama dengan  sumbu  elemen,  sehingga  pada batang  tersebut  akan  mengalami  tarikan ataupun tekanan.
Tegangan  yang  terjadi  pada  suatu benda dapat dirumuskan sebagai berikut :
σ = ! ! …………………… ..(1)
Dimana : 𝜎 = Tegangan/gaya persatuan luas (N/m 2 ) F = Gaya (N) A = Luas Penampang (m 2 )
2.5.  Regangan ( Strain ) Regangan  atau strain dilambangkan dengan ε .  Regangan  pada  suatu  benda terjadi  jika  benda  tersebut  mengalami perubahan  panjang  akibat  diberikan  beban secara  aksial.  Sama  halnya  dengan tegangan,  regangan  juga  mengalami tekanan dan tarikan [5] . Rengangan dapat dirumuskan
sebagai berikut :
𝜀 = ∆ ! ! ………………………… ..(2)
Dimana : ε = Regangan Δ L  = Pertambahan panjang (mm) L   = Panjang mula-mula (mm)

## 2.6.  Deformasi
Benda  yang  diberikan  beban  akan mengalami  suatu  perubahan  dari  bentuk awalnya,  baik  yang  berupa  perubahan bentuk  maupun  ukuran  atau  berdeformasi. Bertambahnya ukuran benda akibat mengalami  pembebanan  disebut  dengan perpanjangan  atau  elongasi.  Sebaliknya, jika  ukuran  benda  setelah  mendapatkan beban  menjadi  pendek  disebut  dengan pemendekan atau konstraksi.
Selama
mengalami proses deformasi,  benda  akan  menyerap  energi
sebagai  akibat  dari  adanya  gaya  yang bekerja  sehingga  benda  tersebut  akan mengalami perubahan bentuk dan dimensi. Perubahan bentuk secara fisik pada benda dibagi  menjadi  dua,  yaitu  deformasi  elastis dan deformasi plastis.
Dimana  deformasi  elastis  bahan sangat  ditentukan  oleh  modulus  elastisitas atau  yang  sering  disebut  dengan  modulus young yang dirumuskan sebagai berikut :
E = !
! . ……………………… ..(3)
Dimana : E  = Modulus elastisitas 𝜎 = Tegangan (N/m 2 ) ε = Regangan
2.7.  Teori Von Mises
Teori kegagalan
material ini dikemukakan  oleh Von  Misses tahun  1913 yang  menyatakan  bahwa  akan  terjadi  luluh pada  benda  jika  tegangan  yang  diterima benda  tersebut  melampaui  kekuatan  luluh [7] .  Teori Von  Misses ini  sering  digunakan untuk  memprediksi  faktor  keamanan  dari suatu material pada benda.
Adapun  rumus  yang  digunakan  untuk mengetahui faktor keamanan adalah sebagai berikut :
η = ! ! ! ! ……………………… ..(4)
Dimana : η = Faktor keamanan S ! = Tegangan luluh material (N/m 2 ) σ ! =  Tegangan  von  misses  maksimum (N/m 2 )
2.8. Ansys 14.5 Ansys adalah  sebuah software yang mampu menyelesaikan persoalan- persoalan  elemen  dari  pemodelan  sampai analisis. Ansys ini banyak digunakan untuk membantu  penelitian  yang  berbentuk  statis maupun dinamis, analisis struktural, perpindahan  panas,  dinamika  fluida,  dan elektromagnetik untuk para engineer .
2.9.  Kerangka Berpikir
Untuk  memecahkan  permasalahan yang  ada  dapat  dijelaskan  pada fish  bone
diagram penelitian  analisis  tegangan  statik berikut.
Gambar 2.1. Fish bone Diagram Penelitian Analisis Tegangan Statik
III.  METODE Dalam
penelitian ini, untuk memperoleh  data  hasil  penelitian  dapat dijelaskan seperti pada flow chart penelitian analisis statik pada frame .
Gambar 3.1.Flow Chart Penelitian Analisis Tegangan Statik Pada Frame

## IV.  HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Berikut  ini  adalah  hasil  analisis  yang telah  dilakukan  pada frame standart  dan frame modifikasi  dengan  beban  1  orang penumpang
dan
beban 2 orang penumpang.

## 4.1.1. Hasil  Analisis  Tegangan  Statik
Frame Standart  dengan  beban penumpang  1  orang  sebesar  80 kg Distribusi  tegangan  statik  yang  terjadi pada frame standart akibat diberikan beban penumpang  1  orang  sebesar  80  kg  bisa dilihat pada gambar 4.1.

## Gambar 4.1. Distribusi Tegangan Statik Frame Standart dengan beban penumpang
1 orang sebesar 80 Kg
Hasil  tegangan  ( von  misses  stress ) maksimum  ditunjukkan  dengan  warna merah  sebesar  4,5884  x  10 7 N/m 2 dan tegangan  ( von  misses  stress )  minimum ditunjukkan  dengan  warna  biru  sebesar 0,0029945  N/m 2 dengan  beban  yang diberikan sebesar 80 kg. Maka berdasarkan tegangan  luluh  material  yang  digunakan yaitu Carbon Steel AISI 1044 sebesar 6,204 x  10 8 N/m 2 dapat  dipastikan  struktur tersebut  mampu  menahan  beban  yang diberikan.
Dari  hasil  analisis,  dapat  dicari  faktor keamanan  ( factor  of  safety )  dari frame standart yang menerima beban penumpang 1  orang  sebesar  80  kg  yang  dapat dirumuskan sebagai berikut.
η = S ! σ ! = ! , !"# ! !" ! ! / ! ! ! , !""# ! !" ! ! / ! !
= 13 , 52

## 4.1.2. Hasil  Analisis  Tegangan  Statik
Frame Standart  dengan  beban penumpang  2  orang  sebesar 180 Kg
Distribusi tegangan Statik yang terjadi pada frame standart akibat diberikan beban penumpang  2  orang  sebesar  180  kg  bisa dilihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Distribusi Tegangan Statik Frame Standart dengan beban penumpang
2 orang sebesar 180 Kg
Hasil  tegangan  ( von  misses  stress ) maksimum  ditunjukkan  dengan  warna merah  sebesar  1,0324  x  10 8 N/m 2 dan tegangan  ( von  misses  stress )  minimum ditunjukkan  dengan  warna  biru  sebesar 0,0067195  N/m 2 dengan  beban  yang diberikan sebesar 180 kg. Maka berdasarkan  tegangan  luluh  material  yang digunakan  yaitu Carbon  Steel AISI  1044 sebesar  6,204  x  10 8 N/m 2 dapat  dipastikan struktur  tersebut  mampu  menahan  beban yang diberikan.
Dari  hasil  analisis,  dapat  dicari  faktor keamanan  ( factor  of  safety )  dari frame standart yang menerima beban penumpang 2  orang  sebesar  180  kg  yang  dapat dirumuskan sebagai berikut.
η = S ! σ ! = ! , !"# ! !" ! ! / ! ! ! , !"#$ ! !" ! ! / ! !
= 6 , 00

## 4.1.3. Hasil  Analisis  Tegangan  Statik
Frame Modifikasi dengan beban  penumpang  1  orang sebesar 80 Kg Distribusi  tegangan  statik  yang  terjadi pada frame modifikasi  akibat  diberikan beban  penumpang  1  orang  sebesar  80  kg bisa dilihat pada gambar 4.3.
Gambar 4.3. Distribusi Tegangan Statik Frame Modifikasi dengan beban penumpang 1 orang sebesar 180 Kg
Hasil  tegangan  ( von  misses  stress ) maksimum  ditunjukkan  dengan  warna merah  sebesar  4,1374  x  10 7 N/m 2 dan tegangan  ( von  misses  stress )  minimum ditunjukkan  dengan  warna  biru  sebesar 0,006561  N/m 2 dengan  beban  yang diberikan sebesar 80 kg. Maka berdasarkan tegangan  luluh  material  yang  digunakan yaitu Carbon Steel AISI 1044 sebesar 6,204 x  10 8 N/m 2 dapat  dipastikan  struktur tersebut  mampu  menahan  beban  yang diberikan.
Dari  hasil  analisis,  dapat  dicari  faktor keamanan  ( factor  of  safety )  dari frame modifikasi yang menerima beban penumpang  1  orang  sebesar  80  kg  yang dapat dirumuskan sebagai berikut.
η = S ! σ ! = ! , !"# ! !" ! ! / ! ! ! , !"#$ ! !" ! ! / ! !
= 14 , 99

## 4.1.4. Hasil  Analisis  Tegangan  Statik
Frame Modifikasi dengan
beban  penumpang  2  orang sebesar 180 Kg
Distribusi  tegangan  statik  yang  terjadi pada frame modifikasi  akibat  diberikan beban penumpang 2 orang sebesar 180 kg bisa dilihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4. Distribusi Tegangan Statik Frame Modifikasi dengan beban penumpang 2 orang sebesar 180 Kg
Hasil  tegangan  ( von  misses  stress ) maksimum  ditunjukkan  dengan  warna merah  sebesar  9,3092  x  10 7 N/m 2 dan tegangan  ( von  misses  stress )  minimum ditunjukkan  dengan  warna  biru  sebesar 0,014756  N/m 2 dengan  beban  yang diberikan sebesar 180 kg. Maka berdasarkan  tegangan  luluh  material  yang digunakan  yaitu Carbon  Steel AISI  1044 sebesar  6,204  x  10 8 N/m 2 dapat  dipastikan struktur  tersebut  mampu  menahan  beban yang diberikan.
Dari  hasil  analisis,  dapat  dicari  faktor keamanan  ( factor  of  safety )  dari frame modifikasi yang menerima beban penumpang  2  orang  sebesar  180  kg  yang dapat dirumuskan sebagai berikut.
η = S ! σ ! = ! , !"# ! !" ! ! / ! ! ! , !"#$ ! !" ! ! / ! !
= 6 , 66

## 4.2. Pembahasan
Komparatif Frame Standart  dan Frame Modifikasi 4.2.1. Komparatif Tegangan Maksimum Frame Standart dan
Frame Modifikasi
Grafik 4.1. Komparatif Tegangan Maksimum Frame Standart dan Frame

## Modifikasi
Dari  grafik  4.1.  diketahui  bahwa setelah frame standart dan frame modifikasi dianalisis  dengan  beban  penumpang sebesar  80  kg  dan  180  kg.  Hasil  tegangan maksimum pada frame standart mengalami penurunan  setelah  mengalami  modifikasi yaitu sebesar 9,82% untuk beban 80 kg dan 9,82 % untuk beban 180 kg. Semakin kecil nilai tegangan yang didapat maka kekuatan frame juga semakin baik.
4.2.2. Komparatif Tegangan Minimum Frame Standart  dan Frame Modifikasi
Grafik 4.2. Komparatif Tegangan Minimum Frame Standart dan Frame Modifikasi
Dari  grafik  4.2.  diketahui  bahwa setelah frame standart dan frame modifikasi dianalisis  dengan  beban  penumpang sebesar  80  kg  dan  180  kg.  Hasil  tegangan minimum  pada frame standart  mengalami peningkatan  setelah  mengalami  modifikasi yaitu  sebesar  54,35  %  untuk  beban  80  kg dan  54,45  %  untuk  beban  180  kg. Peningkatan ini diakibatkan karena peralihan tegangan maksimum yang terjadi. Dimana  yang  tadinya  pada  dudukan penumpang  sebelah  kanan  beralih  pada pipa  penghubung  setelah  dimodifikasi, sehingga  membuat  tegangan  minimum menjadi meningkat.

## 4.2.3. Komparatif Factor of safety

## Grafik 4.3. Komparatif Factor of safety
Dari  grafik  4.3.  diketahui  bahwa setelah frame standart dan frame modifikasi dianalisis  dengan  beban  penumpang
sebesar  80  kg  dan  180  kg.  Faktor keamanan (factor  of  safety) pada frame standart  mengalami  peningkatan  setelah mengalami modifikasi yaitu sebesar 9,80 % untuk beban 80 kg dan 9,90 % untuk beban 180  kg.  Semakin  besar  faktor  keamanan (factor  of  safety) yang  didapat  maka kekuatan frame juga semakin baik.

## V.  PENUTUP
Berdasarkan  hasil  analisis  dengan menggunakan software Ansys 14.5  pada frame standart  dan frame modifikasi diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1.  Tegangan  yang  dihasilkan  dari beban penumpang 1 orang sebesar 80 kg terhadap frame standart yaitu tegangan maksimum sebesar 4,5884  x  10 7 N/m 2 dan  tegangan minimum  sebesar  0,0029945  N/m 2 , serta  didapatkan  faktor  keamanan ( factor of safety) sebesar 13,52.
2.  Tegangan  yang  dihasilkan  dari beban penumpang 2 orang sebesar 180  kg  terhadap frame standart yaitu  tegangan  maksimum  sebesar 1,0324  x  10 8 N/m 2 dan  tegangan minimum  sebesar  0,0067195  N/m 2 , serta  didapatkan  faktor  keamanan ( factor of safety ) sebesar 6,00.
3.  Tegangan  yang  dihasilkan  dari beban penumpang 1 orang sebesar 80  kg  terhadap frame modifikasi yaitu  tegangan  maksimum  sebesar 4,1374  x  10 7 N/m 2 dan  tegangan minimum  sebesar  0,006561  N/m 2 , serta  didapatkan  faktor  keamanan ( factor of safety ) sebesar 14,99.
4.  Tegangan  yang  dihasilkan  dari beban penumpang 2 orang sebesar 180  kg  terhadap frame modifikasi yaitu  tegangan  maksimum  sebesar 9,3092  x  10 7 N/m 2 dan  tegangan minimum  sebesar  0,014756  N/m 2 , serta  didapatkan  faktor  keamanan ( factor of safety ) sebesar 6,66.
5.  Selain  itu,  dari  hasil  analisis  yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan khusus yaitu frame hasil modifikasi lebih baik daripada frame standart,  hal  ini  terbukti  dari penurunan  tegangan  maksimum yang dialami frame standart setelah dimodifikasi,
meskipun
terjadi
peningkatan pada tegangan minimum yang dikarenanakan terjadinya peralihan tegangan setelah frame mengalami modifikasi. Tidak  hanya  itu,  juga  terjadi peningkatan  faktor  keamanan  yaitu sebesar  9,80%  untuk  beban  80  kg dan 9,90 % untuk beban 180 kg.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Berata,  Wayan.  Diktat  Elemen  Mesin  I. Fakultas  Teknologi  Industri  Institut Teknologi  Sepuluh  Nopember  : Jurusan Teknik Mesin.
[2]  Fauzi,  Helmi.  2013.  “Analisis  Tegangan Pada Frame Mobil  Listrik  Sinosi Menggunakan Metode Elemen Hingga”. Tugas Akhir (tidak diterbitkan).  Jurusan  Teknik  Mesin, Universitas Jember. [3]  Firmansyah. 2012. “Analisis Statik Rangka Motor Hybrid Menggunakan Software Catia V5”.  Tugas  Akhir (tidak  diterbitkan).Jurusan  Teknik Mesin, Universitas Gunadarma.
[4]  Joko  Prasetyo,  Apri.  2010.  “Aplikasi Metode Elemen Hingga (MEH) Pada Struktur  Rib  Bodi  Angkutan  Publik. Jurusan  Teknik  Mesin  Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret.
[5]  Mulyati.  “Bahan  Ajar  Mekanika  Bahan”
Tegangan dan Regangan. Pertemuan I,II,III, hlm 1-20. [6]  Nurfauziawati,  Nova.  2010.  Laporan Praktikum  Fisika  Dasar  Modul  4 Modulus Elastisitas. Universitas Padjadjaran  :  Jurusan  Teknologi Industri Pangan. [7]  Santoso, Puguh. 2014. “Analisis Tegangan  Statik  Pada  Rangka Sepeda Motor Jenis Matic Menggunakan Software Catia P3 V5R14”. Tugas Akhir (tidak diterbitkan).  Jurusan  Teknik  Mesin, Univertitas Gunadarma.
[8]  Setya  Nugraha,  Beni.  2005. Chasis Sepeda Motor. Fakultas Teknik UNY : Jurusan Pendidikan Teknik
Otomotif
[9]  Studi Perancangan dan Rekayasa Sistem Jurusan  Teknik  Mesin  Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Modul Finite Element Analysis .
[10]Willy  Chandra,  Maha.  2014.  “Aplikasi Finite Elemen Analysis Pada
Struktur Rib Bodi Angkutan Publik”. Tugas  Akhir  (tidak  diterbitkan). Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
[11]Situs internet : https://id.wikipedia.org/wiki/Yamaha_Nouvo .