PENDAHULU
Dalam bidang teknik mesin, solusi numerik menjadi kunci utama untuk menyelesaikan masalah kompleks yang sulit dipecahkan secara analitis. Salah satu teknik yang sering dipakai adalah Finite Element Analysis (FEA), yang kini juga digunakan dalam simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Artikel ini akan membahas penerapan metode numerik berbasis FEA melalui CFD untuk menganalisis karakteristik aerodinamika stang sepeda balap, menggunakan pendekatan DAI5 (Deep Awareness of I). Simulasi dilakukan pada kecepatan angin 20 m/s, kondisi yang sering dialami pembalap sepeda saat sprint di lintasan lurus.
1. Deep Awareness of I
Tahap pertama dalam DAI5 adalah memahami masalah secara mendalam. Fokus utama di sini adalah meneliti interaksi antara aliran udara dan bentuk stang sepeda balap, serta melihat bagaimana distribusi kecepatan dan tekanan udara memengaruhi gaya hambat (drag). Tujuannya adalah mengidentifikasi area bertekanan tinggi atau rendah, mendeteksi turbulensi, dan mencari peluang untuk mengoptimalkan desain agar lebih aerodinamis.
2. Intention
Tahap kedua adalah menentukan tujuan dan strategi penyelesaian. Simulasi ini menggunakan software Simcenter STAR-CCM+ dengan metode Finite Volume Method (FVM), turunan dari FEA yang cocok untuk analisis fluida. Langkah-langkahnya meliputi:
- Pembuatan model 3D stang sepeda
- Penentuan domain aliran fluida
- Penetapan kondisi batas (boundary conditions)
- Proses pembuatan mesh
- Konfigurasi solver untuk simulasi aliran tunak (steady-state)
3. Initial-Thinking
Pada tahap ini, berbagai pendekatan numerik dipertimbangkan. Finite Difference Method (FDM) kurang cocok karena tidak fleksibel untuk geometri kompleks. Finite Element Method (FEM) lebih sering dipakai untuk analisis struktur padat, sementara FVM dipilih karena kemampuannya menjaga konservasi massa dan energi dalam aliran fluida. Selain itu, FVM lebih stabil untuk geometri rumit seperti stang sepeda.
4. Idealization
Tahap ini melibatkan penyederhanaan masalah agar simulasi lebih efisien. Model geometri diimpor dalam bentuk surface mesh dari CAD. Beberapa asumsi yang digunakan:
- Aliran udara tunak (steady)
- Viskositas udara konstan
- Pengabaian pengaruh suhu
- Domain udara dibuat cukup besar agar aliran berkembang alami
Penyederhanaan ini mempercepat proses komputasi tanpa mengurangi akurasi hasil.
5. Instruction-Set
Tahap terakhir adalah eksekusi simulasi dengan langkah-langkah teknis:
- Import geometri stang sepeda ke STAR-CCM+
- Pembuatan mesh menggunakan polyhedral mesh dan prism layer
- Penetapan kondisi batas:
- Inlet: Kecepatan 20 m/s
- Outlet: Tekanan atmosfer (0 Pa)
- Permukaan stang: No-slip wall
- Pemilihan model turbulensi k-epsilon dengan segregated flow solver
- Analisis hasil berupa kontur kecepatan dan tekanan
KESIMPULAN
Hasil simulasi menunjukkan aliran udara yang lancar di sekitar stang, dengan pola kecepatan dan tekanan yang bervariasi, terutama di area lengkungan. Daerah berwarna merah menunjukkan kecepatan tinggi (hingga 24 m/s), sedangkan area biru hingga kuning menandakan tekanan tinggi akibat stagnasi di depan stang. Di belakang stang, terbentuk wake atau daerah turbulensi yang meningkatkan gaya hambat.
Dengan pendekatan DAI5, simulasi ini tidak hanya memberikan visualisasi aliran, tetapi juga menjadi dasar pengambilan keputusan desain. Pemahaman terhadap distribusi tekanan dan turbulensi dapat digunakan untuk memodifikasi bentuk stang agar lebih aerodinamis.
Sebagai penutup, kombinasi CFD dan kerangka DAI5 memberikan solusi sistematis dalam analisis teknik. Bagi mahasiswa dan praktisi, pendekatan ini sangat berguna untuk menghubungkan teori, simulasi, dan aplikasi nyata. Teruslah mengeksplorasi metode numerik dan CFD—karena di balik setiap turbulensi, selalu ada peluang untuk menemukan solusi.
