Electronic Theses and Dissertation

Analisis ketahanan dalam rekayasa kendaraan sangat penting untuk menentukan umur struktur dengan mempertimbangkan pembebanan operasional dan perhitungan kerusakan lelah. Faktor utama dalam analisis ini mencakup geometri komponen, sifat material, dan riwayat pembebanan. Pendekatan domain waktu seperti metode stress-life dan strain-life banyak digunakan, tetapi memiliki keterbatasan dalam waktu komputasi. Oleh karena itu, pendekatan lain seperti domain frekuensi, pengeditan data kelelahan, dan pemodelan beban lelah dikembangkan untuk mempercepat proses analisis. Teknik pemrosesan sinyal seperti transformasi Fourier, analisis spektral daya, dan transformasi wavelet membantu mengekstrak fitur penting dari riwayat pembebanan. Transformasi Fourier cepat (FFT) sering digunakan, tetapi kurang efektif untuk sinyal non-stasioner. Alternatifnya, transformasi wavelet menawarkan resolusi waktu-frekuensi yang lebih fleksibel, sehingga menjadi metode unggulan dalam analisis kelelahan. Selain itu, teori wavelet telah berkembang dalam analisis singularitas untuk deteksi kesalahan dan pemantauan kesehatan struktural. Singularitas dalam sinyal pembebanan dapat menunjukkan potensi kerusakan akibat kelelahan tinggi. Metode multifraktal berbasis wavelet, seperti wavelet leader, juga digunakan untuk mengukur kompleksitas sinyal, yang relevan dalam analisis kelelahan komponen suspensi akibat profil jalan yang multifraktal. Meskipun teori kelelahan telah berkembang, model eksisting masih memiliki keterbatasan dalam memprediksi umur kelelahan pada kondisi pembebanan dinamis. Pengujian kelelahan diperlukan untuk memahami ketahanan material, namun metode ini memakan waktu lama. Oleh karena itu, simulasi berbasis Metode Elemen Hingga (FEM) ditawarkan sebagai alternatif untuk mempercepat analisis kelelahan komponen otomotif. Pengukuran sinyal regangan untuk jalan kota di ukur di Lamprieut, Banda Aceh, dimana nilai International Roughness Index (IRI) sebesar 2,40 dan terakhir untuk pengukuran jalan kasar dilakukan di Kampung Jawa, Banda Aceh, hal ini dikarenakan nilai sebesar IRI 15,0. Permukaan jalan rata dikemudikan dengan kecepatan diatas 70 km/jam, permukaan jalan kota dikemudikan dengan kecepatan 30 km/jam hingga 40 km/jam dan permukaan jalan kasar dikemudikan dengan kecepatan di bawah 20 km/jam. Pengujian juga dilakukan dengan mengendarai mobil di berbagai permukaan jalan—jalan raya (70-80 km/jam), jalan perkotaan (30-40 km/jam), dan jalan pedesaan (20-40 km/jam)—sesuai dengan kondisi jalan yang umum digunakan di Malaysia. Menggunakan pegas spiral depan dari Alvanza 2021 berkapasitas 1.300 cc dengan sistem suspensi strut McPherson sebagai studi kasus. Pegas memiliki kekakuan 18.639 N/m dan rasio redaman 0,95, berdasarkan spesifikasi pabrikan. Material yang digunakan untuk simulasi adalah baja karbon SAE5160, yang umum digunakan dalam industri otomotif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa umur kelelahan yang diperoleh dari simulasi elemen hingga (FEM) lebih rendah dibandingkan dengan prediksi model Coffin-Manson, dengan selisih hampir 100%. Namun, perbedaan ini sejalan dengan temuan sebelumnya yang menyatakan bahwa model strain-life sering kali memprediksi umur kelelahan dua kali lebih lama dari hasil eksperimen. Keterbatasan dalam aturan Palmgren-Miner, seperti tidak mempertimbangkan interaksi antar siklus dan pengaruh tegangan di bawah batas kelelahan, membuat model ini kurang akurat dalam memperkirakan umur kelelahan. Sinyal regangan yang dihasilkan dari strain gauge menunjukkan bahwa pembebanan amplitudo bervariasi sesuai dengan kondisi jalan. Pada jalan rata, rentang amplitudo regangan lebih rendah, sedangkan jalan kota memiliki amplitudo lebih tinggi. Jalan kasar menghasilkan rentang amplitudo tertinggi, yang menunjukkan hubungan langsung antara kontur permukaan jalan dan tingkat regangan yang dialami oleh pegas ulir. Umur lelah pegas ulir pada jalan kasar adalah 16 % kemungkinan lebih cepat terjadi kegagalan dibandingkan jalan kota dan 7 % kemungkinan lebih cepat dibandingkan jalan rata, dikarenakan kontur permukaan jalan memberikan beban secara vertikal sehingga sesuai dengan fungsi dari pegas ulir yang bekerja meredam beban secara vertikal.

Durability analysis in vehicle engineering is very important to determine the life of a structure by considering operational loads and calculating fatigue damage. The mainfactors in this analysis include geometric components, materialproperties, and loading history. Time domain approaches such as stress-life andstrain-life methods are widely used, but have limitations in computational time.Therefore, other approaches such as frequency domain, fatigue data editing, and fatigue load modeling were developed to speed up the analysis process.Signal transmission techniques such as Fourier transform, power spectral analysis, and wavelet transform help to extract important features from theloading history. The fast Fourier transform (FFT) is often used, but is lesseffective for non-stationary signals. Alternatively, the wavelet transform offersmore flexible time-frequency resolution, making it a superior method in fatigueanalysis.Additionally,wavelettheory has advanced in singularity analysis for faultdetection and structural health monitoring. Singularities in the loading signal canindicate potential damage due to high fatigue. Wavelet-based multifractalmethods, such as wavelet leaders, are also used to measure signal complexity,which isrelevantin fatigue analysis of suspension components due to multifractalroad profiles. Although fatigue theory has developed, existing models still havelimitations inpredicting fatigue life under dynamic loading conditions. Fatiguetesting is necessary to understand material durability, but this method is timeconsuming. Therefore, Finite Element Method (FEM) based simulation is offeredas an alternative to speed up fatigue analysis of automotive components.The strain signal measurements for city roads were measured inLamprieut, Banda Aceh, where the International Roughness Index (IRI) value was2.40 and finally the rough road measurements were carried out in Kampung Jawa,Banda Aceh, this was because the IRI value was 15.0. Flat road surfaces are driven at speeds above 70 km/h, city road surfaces are driven at speeds of 30 km/h to 40 km/h and rough road surfaces are driven at speeds below 20 km/h. Tests were also carried out by driving the car on various road surfaces—highways (70- 80 km/h), urban roads (30-40 km/h), and rural roads (20-40 km/h)—according to road conditions commonly used in Malaysia. Using the front spiral spring from the 2021 Alvanza with a capacity of 1,300 cc with a McPherson strut suspension system as a case study. The spring has a stiffness of 18,639 N/m and a damping ratio of 0.95, based on manufacturer specifications. The material used for the simulation is SAE5160 carbon steel, which is commonly used in the automotive industry. The research results show that the fatigue life obtained from finite element simulation (FEM) is lower than the prediction of the Coffin-Manson model, with a difference of almost 100%. However, this difference is in line with previous findings stating that strain-life models often predict fatigue lives twice as long as experimental results. Limitations in the Palmgren-Miner rule, such as not considering interactions between cycles and the influence of stresses below the fatigue limit, make this model less accurate in estimating fatigue life. The strain signal generated from the strain gauge shows that the loading amplitude varies according to road conditions. On flat roads, the strain amplitude range is lower, while city roads have higher amplitudes. Rough roads produce the highest range of amplitudes, indicating a direct relationship between the contour of the road surface and the level of strain experienced by the coil spring. The fatigue life of screw springs on rough roads is 16% more likely to fail than city roads and 7% faster than flat roads, because the contour of the road surface provides a vertical load so that it is in accordance with the function of the screw spring which works to reduce the load vertically.