Optimasi Topologi Dan Analisis Fatigue Crank Arm Sepeda Dengan ANSYS
DOI:
https://doi.org/10.55642/eatij.v7i01.922Keywords:
Crank arm, Optimize topology, Fatigue life, Stress, Ansys.Abstract
Crank arm adalah komponen penghubung pedal sepeda dengan poros tengah yang berfungsi mentransfer tenaga dari kaki pengendara ke drivetrain. Biasanya, crank arm kanan dilengkapi dengan chainring, sedangkan crank arm kiri terhubung langsung ke poros. Panjang standar crank arm berkisar antara 165–175 mm, yang harus disesuaikan dengan ukuran tubuh pengendara untuk kenyamanan optimal. Dalam olahraga bersepeda, efisiensi energi dan performa crank arm menjadi perhatian utama. Material seperti aluminium 6061-T6 sering digunakan karena ringan dan kuat. Namun, desain yang ada masih menghadapi tantangan, seperti distribusi tegangan yang tidak merata dan adanya material berlebih di area tertentu. Oleh karena itu, teknik optimasi topologi dan analisis kelelahan dapat digunakan untuk merancang crank arm yang lebih ringan, kuat, dan tahan lama dengan distribusi material yang lebih efisien. Hipotesis yang diajukan adalah, melalui pendekatan perhitungan beban pedal dengan beberapa variasi sudut kemiringan, yaitu 15°–90°, dapat ditemukan variasi beban ketika dikayuh. Beban terberat dijadikan standar untuk optimasi topologi. Dari hasil simulasi menggunakan ANSYS, optimasi topologi menghasilkan empat iterasi varian desain topologi. Keempat varian desain tersebut dibuat menjadi alternatif desain baru menggunakan SolidWorks. Salah satu varian desain yang dipilih memiliki berat 243 gram, lebih ringan 98 gram dibandingkan desain eksisting. Hasil analisis menunjukkan stress sebesar 128,89 MPa, masih berada di bawah yield strength material. Untuk hasil fatigue life, desain ini memiliki siklus 4,36 × 10⁶ dengan faktor keamanan (SOF) 1,22. Siklus ini berlaku jika beban maksimum menyentuh 1.737,19 N dengan stress 128,89 MPa. Jika beban maksimum tersebut tidak tercapai, desain ini akan tetap aman secara permanen karena berada pada tingkat stress terendah.
Downloads
References
B. Höchli, et al., "Using a goal theoretical perspective to reduce negative and promote positive spillover after a bike-to-work campaign," Frontiers in Psychology, vol. 10, p. 433, 2019, doi: 10.3389/fpsyg.2019.00433.
S. S. K. Singh, S. Abdullah, and A. K. Ariffin, "Fatigue reliability assessment in time domain using stochastic-induced random stress loads due to limited experimental data," Engineering Failure Analysis, vol. 117, p. 104794, 2020, doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.104794.
M. Chamberlain, J. Miller, T. Dowd, J. S. Rhim, D. Heflin, I. Akturk, and J. A. Mansson, "Development of a bicycle crank arm demonstrator via Industry 4.0 principles for sustainable and cost-effective manufacturing," Sports Engineering, vol. 26, no. 1, p. 2, 2023, doi: 10.1007/s12283-023-00353-4.
E. Tyflopoulos and M. Steinert, "A comparative study of the application of different commercial software for topology optimization," Applied Sciences, vol. 12, no. 2, p. 611, 2022, doi: 10.3390/app12020611.
A. Y. Ismail, G. Na, and B. Koo, "Topology and response surface optimization of a bicycle crank arm with multiple load cases," Applied Sciences, vol. 10, no. 6, p. 220, 2020, doi: 10.3390/app10006220.
R. Gutiérrez-Moizant, M. Ramírez-Berasategui, J. A. Calvo, and C. Alvarez-Caldas, "Validation and improvement of a bicycle crank arm based on numerical simulation and uncertainty quantification," Sensors, vol. 20, no. 7, p. 1814, 2020, doi: 10.3390/s20071814.
M. U. Rosli and S. Zulkifli, "Finite element analysis of bicycle crank arm on the mechanical aspect," Advanced and Sustainable Technologies (ASET), vol. 1, no. 2, 2022, doi: 10.12913/24362566/149016.
H. M. Htun and C. Z. N. Nyi, "Structural analysis of crank arm for quadracycle," International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR), vol. 8, no. 1, pp. 1–5, 2019, doi: 10.19064/ijsetr.v8i1.54649.
K. Aliakbari, R. M. Nejad, T. A. Mamaghani, P. Pouryamout, and H. R. Asiabaraki, "Failure analysis of ductile iron crankshaft in compact pickup truck diesel engine," in Structures, vol. 36, pp. 482–492, Feb. 2022, doi: 10.1016/j.istruc.2021.12.008.
