## Pengujian dan Analisis Lower Guard Frame pada
Kendaraan Bak Terbuka Menggunakan Metode FEA Static Analysis
Tono Sukarnoto 1, a , Ricky Harto Nugroho 2,b and Yusep Mujalis 3,c
1,2,3 Universitas Trisakti, Jakarta Indonesia
a tsukarnoto@trisakti.ac.id, b rickkyy25@gmail.com , c yusep@trisakti.ac.id

## Abstrak.
Kementerian perhubungan dalam hal ini Direktorat Jenderal Perhubungan Darat mengeluarkan surat edaran  Nomor:  SE.2/AJ.307/DRJD/2018  yang  mewajibkan  pemasangan  teralis  pelindung  bawah pada  kendaraan  barang  dengan  berat  kotor  maksimum  3500  kg.  Pelindung  ini  untuk  melindungi dinding belakang kabin dari dorongan muatan yang bergeser pada kondisi tertentu.
Kendaraan pick up Daihatsu Himax awalnya belum dilengkapi dengan pelindung dimaksud. Untuk memenuhi  surat  edaran  tersebut  dibuatlah  pelindung  yang  selanjutnya  disebut  lower  guard  frame (LGF). Penelitian ini mengevaluasi kinerja dari  LGF terhadap beban Tarik dan tekan dengan cara pengujian dan melakukan analisis kekuatan dengan metode elemen hingga. Hasilnya LGF cukup kuat untuk diaplikasikan.  Untuk displacement hasil pengujian lebih besar dari pada hasil MEH, namun posisi kritis yang diperoleh sama.
Kata kunci . pick-up, bingkai pelindung bawah, uji kekuatan, FEA.

## Abstract.
Ministry of Transportation, qq Directorat General of Land Transportation, has issued new regulation for  pick-up  truck  in  circular  letter  number:  SE.2/AJ.307/DRJD/2018  that  regulated  mandatory installment of lower guard frame for pick-up truck with maximum gross vehicle weight (GVW) 3.500 kgs. The guard function is to protect rear cabin panel from loading goods displacement under certain circumstances.
One of the pick-up truck is Daihatsu Himax, that from initial design was not equipped with lower guard  frame.  This  research  conduct  to  evaluate  the  performance  of  lower  guard  frame  fo  Himax. Strength analysis was done by Finite Element Analysis (FEA) and compared with testing in factory. The  result  shows  that  lower  guard  structure  was  strong  enough  to  applied  in  the  vehicle  and  for displacement, results from testing are higher than from FEA, but the critical locations are similar.
Keywords: pick-up, lower guard frame, uji kekuatan, FEA.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2021

## Latar Belakang
Pada  Peraturan  Pemerintahan  Republik  Indonesia  No  55  tahun  2012  pasal  55  menjelaskan mengenai ketentuan dan regulasi mengenai kendaraan di Indonesia. Kendaraan adalah suatu sarana angkut  di  jalan  yang  terdiri  atas  kendaraan  bermotor  dan  kendaraan  tidak  bermotor.  Kendaraan bermotor  adalah  setiap  kendaraan  yang  digerakkan  oleh  peralatan  mekanik  berupa  mesin  selain kendaraan  yang  berjalan  di  atas  rel.  Kendaraan  tidak  bermotor  adalah  setiap  kendaraan  yang digerakkan oleh tenaga manusia dan/atau hewan. Salah satu kendaraan bermotor adalah mobil barang. Mobil  barang  adalah  kendaraan  bermotor  yang  dirancang  sebagian  atau  seluruhnya  untuk mengangkut barang. Salah satu jenis mobil barang yang ada di Indonesia adalah mobil bak muatan terbuka [1].
Dalam  upaya  memastikan  keselamatan  dan  kemanan  lalu  lintas  tidak  terkecuali  terhadap kendaraan  barang,  Kementerian  Perhubungan  melalui  Direktorat  Jenderal  Perhubungan  Darat mengeluarkan ketentuan baru yang mengatur mengenai bak kendaraan barang. Surat Edaran Nomor: SE.2/AJ.307/DRJD/2018  telah  ditandatangani  Dirjen  Perhubungan  Darat  Budi  Setiyadi  pada  awal Maret 2018. Dalam surat edaran ini, ada hal yang mengatur soal ketentuan pemasangan perangkat pelindung  (teralis)  khususnya  pada  kendaraan  barang  bak  terbuka  dengan  JBB  maksimal  3.500 kilogram. JBB atau yang disebut jumlah berat yang diperbolehkan adalah berat maksimum kendaraan bermotor berikut muatannya yang diperbolehkan menurut rancangannya. Teralis harus dipasang pada jendela  kabin  belakang  dari  lantai  bak  muatan  sampai  menutupi  jendela  kabin  belakang.  Dengan adanya  ketentuan  baru  ini  mengharuskan  para  produsen  mobil  kendaraan  bak  terbuka  untuk melakukan penambahan komponen berupa pelindung teralis yang bertujuan untuk memenuhi regulasi baru yang telah ditetapkan [2].
Untuk memenuhi Surat Edaran tersebut produsen menambahkan perangkat pelindung atau teralis pada kendaraan barang produksinya. Salah satu tipe kendaraan yang ditambahkan pelindung tersebut adalah pick-up Himax. Pelindung Teralis bagian bawah atau disebut Lower Guard Frame (LGF) pada unit  Himax merupakan suatu komponen baru.  Pada  komponen  ini  belum  dilakukan  pengujian  dan analisis mengenai performa dan kemampuannya . LGF diharapkan mampu menahan beban Tarik arah longitudinal sebesar 2680 N dan beban arah vertikal sebesar 3940 N.
Sebelum adanya pelindung teralis bagian bawah, beban muatan dari bak memiliki kontak langsung dengan  panel  bagian  belakang  kabin.  Dengan  adanya  pelindung  teralis,  beban  dari  muatan  tidak langsung  kontak  dengan  panel  bagian  belakang  kabin  sehingga  mengurangi  resiko  panel  bagian belakang kabin rusak. Hal ini mungkin dapat mengakibatkan pengemudi dan penumpang di dalam kabin terkena dampak dari kerusakan kabin secara langsung. Oleh karena itu, perlu dilakukan evaluasi untuk mengetahui performa dan kemampuan LGF. Dalam hal ini, untuk mendapatkan evaluasi yang akurat perlu dilakukan pengujian secara aktual dan simulasi analisis menggunakan metode CAE.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  mengetahui  hubungan  antara  pengujian  aktual  dan  analisis menggunakan CAE Analysis & Simulation pada performa dan kemampuan LGF Himax.

## Tinjauan Pustaka
Daihatsu  Himax  merupakan  salah  satu  kendaraan  bak  terbuka  yang  diproduksi  oleh  PT  Astra Daihatsu Motor. Daihatsu Himax memiliki mesin 1000 cc dengan 3 silinder. Himax memiliki berat total  kendaraan  sebesar  1730  kilogram  dan  memiliki  kapasitas  muatan  barang  mencapai  750 kilogram.  Himax  dikategorikan  sebagai  kendaraan  bak  terbuka  dengan  jumlah  berat  beban  (JBB) maksimal 3.500 kilogram [3]. Posisi LGF pada Himax dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Posisi LGF pada dinding belakang kabin.
Material yang digunakan pada komponen  LGF dikategorikan menjadi 2 komponen pembentuk, yaitu  baja  lembaran  dengan  material  SHGA270C  dan  pipa  persegi  dengan  material  STKM11A. Susunan komponen LGF ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Bagian LGF terbuat dari pipa baja persegi no 1,2 dan 3, sisanya dari baja lembaran [4].
Untuk  keperluan  pengujian  dilakukan  pengukuran  gaya  penarikan  menggunakan load  cell dan perpindahan menggunakan displacement gauge dengan prinsip  LVDT (Linear Variable Differetial Transformer).  LVDT terdiri dari satu kumparan primer di tengah dua kumparan sekunder dan inti magnetik yang bisa bergerak di tengahnya. Bila inti magnetik berada di tengah-tengah, tegangan dari kumparan sekunder 1 dan 2 akan seimbang sehingga tegangan luran nol. Pergerakan inti magnetik akan menghasilkan tegangan kumparan sekunder proporsional dengan jarak perpindahan [5].
Finite  Element  Analysis ( FEA )  tidak  hanya  digunakan  di  dunia  benda  padat , tetapi juga  untuk analisis termal, perpindahan panas, mekanika fluida dan electromagnet. Untuk mekanika benda padat ada banyak aplikasi penggunaan FEA seperti statis dan dinamis, linear dan nonlinear, analisi tegangan dan perpindahan; getaran bebas dan paksa; perpindahan panas (yang dapat dikombinasikan dengan analisi  tegangan dan  perpindahan);  ketidakstabilan  elastis  (buckling);  akustik;  elektrostatik  dan magnetic [6] .
( 4 ) ( 1 ) ( 6 ) ( 3 ) ( 5 ) ( 2 ) ( 7 )

## Metode
Penelitian ini dilakukan dengan dua metode, pengujian fisik dan analisis FEA  menggunakan Catia V5. Tahapan penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Diagram alir analisis CAE (kiri) dan diagram alir pengujian (kanan)
Set up pengujian ditunjukkan pada Gambar 4, peralatan yang digunakan meliputi:
- Prototipe Lower Guard Frame ( Benda Uji ) - EDX Sensor Fusion
- Load cell
- Displacement Gauge
- Load Jig
Gambar 4 Set-up pengujian tarik arah sumbu x.
a : Wire 1 : Wire 2 : Displacement Gauge d : Load Cell b c
c

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2021
Pengujian dilakukan dengan penarikan pada arah sumbu x (arah longitudinal ke belakang) dan z (arah vertikal ke bawah) seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Orientasi pengujian, penarikan arah sumbu x dan penekanan arah sumbu z.

## Hasil dan Diskusi

## Pengujian Tarik arah sumbu x
Data yang diperoleh pada penarikan arah sumbu x dengan beban 2680 N ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil penarikan dengan gaya 2680 N arah sumbu x.
Terlihat  deformasi  terbesar  terjadi  pada  tengah frame sebesar  50,5  mm,  ketika  beban  dilepas deformasi  sisa  atau  deformasi  plastis  sebesar  30,2  mm.  Jadi  dengan  penarikan  pada  pengujian  ini terjadi deformasi plastis namun  LGF tidak lepas dari dudukannya. Deformasi tersebut tidak hanya terjadi pada komponen LGF namun juga pada panel belakang kabin sebagai dudukan LGF.

## Pengujian tekan arah sumbu z.
Pada  pengujian ini terjadi  deformasi  maksimum  pada  titik  tengah  LGF.  Fenomena yang terjadi pada pengujian kedua ini adalah saat beban yang diberikan mencapai 2990 N, LGF menyentuh bagian lantai  bak  kendaraan.  Pada  kondisi  ini  deformasi  yang  terjadi  pada  panel  adalah  sebesar  15  mm. Pengujian dilanjutkan hingga beban  yang diberikan mencapai 5160 N. Target beban tercapai pada kondisi tegangan sebesar 3940 N. Deformasi maksimumnya mencapai 28,3 mm. Adapun hasil dari pengujian kedua yang telah dilakukan ditunjukkan pada Tabel 2.
2680 N F = Z Y X Max. Residual
Komponen Load [N] Displacement  Displacement [mm] [mm] Center Frame 2680 50,5 30,2 Bracket RH UPR 2680 21,2 13,5 Bracket RH LWR 2680 6,7 3,5 Bracket LH UPR 2680 8,4 5,8

## Tabel 2 Hasil penarikan arah sumbu y

## Analisis dengan Catia
Persiapan  awal  analisis  dengan  Catia  ditunjukkan  pada  Gambar  6.  Untuk  meshing  digunakan octree  tetrahedron dengan  jenis  elemen  parabolik.  Untuk  material  braket  digunakan  baja  SHGA 270C-45 dengan  y =195 MPa dan material retainer SCGA 270C-45 dengan  y =285 MPa.
Gambar 6. Penyiapan analisis dengan Catia
Proses meshing dilakukan  pada  setiap  komponen  pembentuk  LGF,  kemudian  dilakukan pemeriksaan kualitas meshing yang ditunjukkan pada Gambar 7. Selanjutnya dilakukan connecting antar komponen, pemberian batas (boundary) dan pembebanan.
Komponen
Load [N]
Center Frame Frame RH UPR Bracket RH UPR Frame LH UPR
Bracket LH UPR Max. Displacement [mm] 3940 28,3 3940 26,3 3940 13 3940 18,2 3940 5
Gambar 7 Pemeriksaan kualitas meshing .

## Analisis Pembebanan Arah x
Pembebanan dilakukan seperti pada pengujian yaitu penarikan arah sumbu x dan penekanan arah sumbu y. Hasil analisis Catia untuk arah x ditunjukkan pada Gambar 8 dan 9.
Gambar 8. Tegangan Von Misses yang terjadi pada gaya penarikan 2680 N arah x.
Pada bagian yang terdeformasi plastis ditandai dengan warna merah pada retainer sisi kanan. Hal ini disebabkan posisi penarikan lebih dekat dengan retainer sisi kanan. Terdapat spot-spot tegangan maksimum yang melebihi kekuatan tarik material hal ini sesuai dengan kondisi aktual pembebanan bahwa terjadi deformasi plastis. Namun tidak ditemukan retakan pada LGF dan distribusi keseluruhan tegangan berada pada daerah aman.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2021
Gambar  9  menunjukkan  perpindahan  terbesar  terjadi  di  bagian  yang  diberikan  gaya  penarikan sebesar 19,1565 mm.
Gambar 9. Perpindahan yang terjadi pada gaya penarikan 2680 N arah x.
Perpindahan pada pengujian aktual merupakan deformasi total mulai dari panel dinding belakang braket dan LGF pada titik – titik yang ditunjukkan di Gambar 10.
Gambar 10. Posisi pengukuran perpindahan pada pengujian aktual.
Perpindahan  yang  diperoleh  dari  analisis  Catia  pada  titik  yang  sama  untuk  pengujian  aktual ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Hasil Catia untuk perpindahan pada titik-titik yang diukur pada pengujian aktual.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2021

## Analisis pembebanan arah sumbu Z
Hasil analisis untuk pengujian tekan arah sumbu z ditunjukkan pada Gambar 12 dan Gambar 13. Gambar 12 menunjukkan terjadi tegangan lokal yang melebihi kekuatan material, hal ini sama dengan kondisi penarikan arah x, yaitu LGF mengalami deformasi plastis namun tidak ditemukan retakan.
Gambar 12. Tegangan Von Misses pada pembebanan arah z.
Gambar 13. Perpindahan yang terjadi pada pembebanan arah z.
Perbandingan  hasil  yang  diperoleh  dari  pengukuran  dengan  pengujian  dan  analisis  ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel 3. Perbandingan perpindahan pengujian dan Catia untuk penarikan arah x
Tabel 4. Perbandingan perpindahan pengujian dan Catia untuk penekanan arah y
No Komponen Displacement       Displacement [mm] Center Frame 19,2 1,5
0,6

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2021
Dari Tabel 3 dan 4, perpindahan yang terjadi dari seluruh hasil pengukuran lebih besar dari hasil analisis. Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan ini.
Pada  saat  pembebanan  selain  LGF,  panel  kabin  dan  retainer  juga  ikut  tertarik  atau  tertekan akibatnya hasil pengukuran LVDT lebih besar dari hasil Catia karena analisis hanya dilakukan pada bagian LGF saja.
Hubungan komponen standar seperti baut dan mur  yang dilas dianggap kaku, realitanya terjadi deformasi di bagian ini.
Analisis Catia  dilakukan yang dilakukan untuk kondisi elastis memberikan hasil tegangan  yang lebih besar karena terjadi perubahan sifat material yang tidak lagi isotrop setelah terdeformasi plastis.

## Kesimpulan
Dari pengujian dan analisis Catia yang sudah dilakukan dapat ditarik kesimpulan:
- Hasil analisis Catia dapat menunjukkan bagian-bagian yang kritis pada LGF sama dengan yang ditunjukkan pada pengujian.
- Analisis Catia tidak mengikutkan panel kabin dan retainer , berbeda dengan kenyataan pada pengujian menyebabkan perbedaan hasil yang signifikan untuk perpindahan.
- Pembebanan yang diberikan menimbulkan deformasi plastis.

## Ucapan terima kasih
Terima  kasih  kami  ucapkan  kepada  PT  ADM  tempat  dilakukan  pengujian  dan  menyediakan instrumentasi serta benda uji.

## Referensi
[1]  PP No 55 tahun 2012. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No 55 tahun 2012 tentang kendaraan. Kendaran. 2012;2:1-92.
[2]  Surat Edaran Nomor: SE.2/AJ.307/DRJD/2018. Maret 2018
[3]  Daihatsu, A., Model Spesifikasi Himax. Retrieved from Daihatsu Himax, Maret 2018 https://daihatsu.co.id/ product /hi-max .
[4]  Daihatsu Technical Standard. Galvannealed Steel Sheets and Carbon Steel Tubes for Automobiles. 2018-EN.pdf. 2018:10.
[5]  K. I. S. Baidwan , C. R. S. Kumar, Design of Linear Variable Differential Transformer (LVDT) Based Displacement Sensor with Wider Linear Range Characteristics. The International Journal of Technoledge, Vol 3 Issue 4 April (2015) 74-79.
[6]  R.G. Budynas, J. K. Nisbeth, Mechanical Engineering, Eighth Edition, United States of America, McGraw-Hill, 2006.
No Komponen Displacement Displacement
[mm] Center Frame
Frame LH UPR 7,4 3,5 1,1