A. Project Title
simulasi tegangan dan deformasi rangka sepeda saat melewati jalan kasar berdasarkan framework dai5
B. Author Complete Name
Muhammad Ijlal Akbar – 2306231795
C. Affiliation
Program Studi Teknik Mesin, Universitas Indonesia
D. Abstract
Penelitian ini dimaksudkan untuk menganalisis distribusi tegangan dan deformasi yang dialami oleh rangka sepeda gunung ketika melintas medan kasar menggunakan metode numerik berdasarkan Analisis Elemen Hingga (FEA) pada perangkat lunak Autodesk Inventor. Simulasi dilakukan dengan menerapkan gaya dinamis yang setara dengan benturan pada beberapa titik kritis pada rangka, yaitu sambungan head tube dan seat tube. Melalui pendekatan DAI5, setiap fase analisis dimulai dengan kesadaran yang mendalam terhadap tujuan pemahaman fenomena mekanis yang merupakan ciptaan Allah YME, diikuti oleh proses pemodelan ideal, asumsi rasional, dan terakhir prosedur simulasi yang terstruktur.
E. Author Declaration
1. Deep Awareness (of) I
Sebagai mahasiswa teknik mesin, sayaย menyadariย bahwa proyek ini bukanย hanyaย sebatasย kegiatanย teknis,ย melainkanย jugaย merupakan suatuย bentuk pengakuan terhadap keteraturan alam semesta yangย telahย diciptakan oleh Allah YME. Setiap hukum mekanika, setiap gaya yangย beroperasi, dan setiap deformasiย merupakanย manifestasi dariย kepastianย hukum-hukum Allah YME. Sayaย mulaiย memulai proyek ini denganย tujuanย untuk mempelajari dan memahami fenomena tersebut denganย rasa syukur dan tanggung jawabย yang tinggi.
2. Intention
Niat dari projek ini merupakan untuk meningkatkan pemahaman mengenai aplikasi metode numerik dalam analisis kekuatan struktur mekanik sederhana, terutama pada rangka sepeda gunung, dengan kesadaran yang tinggi akan pentingnya menciptakan desain yang lebih aman, efisien, serta berkelanjutan, sejalan dengan prinsip-prinsip etika dan tanggung jawab.
F. Introduction
Dalam bidang teknik mesin, penting untuk memahami respons struktur terhadap beban guna menjamin keandalan serta keselamatan. Salah satu struktur yang sering terpapar pada beban dinamis adalah rangka sepeda gunung. Saat sepeda melewati medan yang kasar, rangka tersebut mengalami interaksi berbagai jenis beban, termasuk tekan, tarik, lentur, dan puntir. Kegagalan rangka dalam menghadapi beban ini dapat berakibat pada kecelakaan yang serius dengan menggunakan metode numerik Finite Element Analysis (FEA) di Autodesk Inventor, kita dapat melakukan simulasi distribusi tegangan dan deformasi secara akurat sebelum produk benar-benar diproduksi. Melalui pendekatan DAI5, kita menyadari bahwa studi ini bukan hanya soal angka, tapi juga tentang memahami hukum fisika ciptaan Allah YME yang penuh keteraturan.
3. Initial Thinking
- Rangka sepede harus terbuat dari material yang kuat dan ringan
- Beban utama berasal dari benturan ketika roda menghantam tanah
- Daerah kritis biasanya terdapat pada head tube, top tube, dan down tube
- Diperlukan analisis untuk memerika apabila alaumunium-6061 aman untuk digunakan terhadap tegangan maksimal.
G. Methods & Procedures
4. Idealisasi
Material rangka = Aluminium 6061
Model = Sederhana, hanya main frame tanpa fork dan roda.
Asumsi :
- Beban statik-ekivalen untuk benturan (1000 N) diterapkan pada head tube.
- Kondisi sambungan dianggap rigid (kaku sempurna).
- efek kelelahan material (fatigue) diabaikan untuk simulasi awal.
Rangka dimodelkan sebagai benda padat homogen.
5. Intruction set
- Modeling: Membuat 3D model rangka sederhana di Autodesk Inventor.
- Meshing: Membuat mesh finite element (tetrahedral element).
- Load Setting:
- Beban 1000 N pada head tube.
- Fixed constraint di rear dropout (belakang) dan bottom bracket.
- Run Simulation: Menjalankan simulasi statik menggunakan Autodesk Inventor Stress Analysis Environment.
- Post-Processing: Mengambil data hasil:
- Stress maximum (von Mises stress).
- Deformasi maksimum.
H. Results & Discussion
Hasil Simulasi:
Maximum Stress (von Mises) = 53.5087 MPa
Maximum Deformation = 0,085 mm
Faktor Keamanan (FoS) = 5,1935
Gambar Hasil Simulasi:
Diskusi :
- Tegangan maksimum sebesar 53.5 MPa terjadi di pertemuan antara head tube dan down tube, sesuai prediksi karena di situ konsentrasi gaya sangat tinggi akibat benturan.
- Deformasi maksimum sebesar 0.085 mm terjadi di top tube, sangat kecil relatif terhadap dimensi rangka, menunjukkan kekakuan struktur yang baik.
- Faktor keamanan 5.19 berarti struktur cukup aman untuk penggunaan normal, tetapi tidak sangat aman untuk beban ekstrem.
- Rekomendasi: mempertebal sambungan pada head tube atau mengganti desain sambungan untuk mendistribusikan beban lebih baik.
I. Kesimpulan, penutup, rekomendasi
Kesimpulan: Simulasi metode numerik menggunakan Autodesk Inventor menunjukkan bahwa rangka sepeda gunung berbahan aluminium 6061 dapat menahan beban benturan standar dengan faktor keamanan 5.19. Konsentrasi tegangan terjadi pada sambungan head tube.
Closing Remarks: Dengan pendekatan DAI5, proyek ini mengajarkan bahwa merancang struktur mekanis tidak hanya membutuhkan ketelitian teknis, tetapi juga kesadaran akan hukum-hukum alam yang lebih besar, yang harus dihormati dan dipahami.
Rekomendasi:
- Desain ulang sambungan head tube untuk memperbesar faktor keamanan.
- Lakukan simulasi dinamis (dynamic impact) untuk kasus real-world lebih akurat.
- Lanjutkan ke analisis kelelahan material untuk skenario pemakaian jangka panjang.
J. Acknowledgments
Saya mengucapkan terima kasih kepada Prof.Ir. Ahmad Indra Siswantara Ph.D yang merupakan dosen pengampu mata kuliah Metode Numerik yang telah membimbing saya dalam memahami aplikasi metode numerik di bidang teknik mesin.
K. References
- Autodesk Inc. “Inventor Professional 2025 Help Documentation.”
- Beer, F.P., Johnston, E.R. “Mechanics of Materials.” McGraw-Hill Education, 2011.
- Callister, W.D., “Materials Science and Engineering: An Introduction”, Wiley, 2007.
- Shao, X., et al. “Structural analysis and lightweight optimization design of mountain bike frame based on finite element method.” Engineering Failure Analysis, 2021.
L. Lampiran
