Optimasi Struktural Front Upright Mobil Formula SAE ARJUNA EV UGM AF05 melalui Relokasi Mekanisme Pengaturan Camber Menggunakan Metode Elemen Hingga

Aqila Putra Nan Arif, Dr. Eng. Ir. Rachmat A. Sriwijaya, ST., MT., IPU., ASEAN Eng.

2026 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Pada mobil Formula SAE Arjuna EV UGM AF05, konfigurasi pushrod yang terhubung ke upper arm menyebabkan titik mounting upper arm menanggung gaya vertikal sprung mass sekaligus gaya lateral suspensi. Penempatan mekanisme pengaturan camber berupa shim plate dan clevis tepat pada titik tersebut menambah beban pada area yang sudah kritis. Penelitian ini bertujuan membandingkan distribusi tegangan von-Mises, deformasi total, safety factor minimum, dan fatigue life antara desain lama dan desain optimasi akibat relokasi shim plate dan clevis ke mounting lower arm pada kondisi braking dan cornering dengan variasi beban 0 G, 1 G, dan 2 G, serta menentukan varian desain dengan performa struktural terbaik sebagai dasar rekomendasi.

Evaluasi dilakukan secara numerik menggunakan metode elemen hingga (FEM) melalui modul Static Structural dan Fatigue Analysis pada ANSYS Workbench dengan material Aluminium 7075-T6. Dua varian desain dibandingkan: desain lama dengan shim plate dan clevis pada mounting upper arm, dan desain optimasi dengan komponen tersebut direlokasi ke mounting lower arm. Validasi model dilakukan melalui studi konvergensi mesh dan verifikasi analitik kasus simply supported beam with center load.

Pada beban puncak 2 G, relokasi mereduksi tegangan von-Mises maksimum pada kondisi cornering dari 239,44 menjadi 204,70 MPa dan braking dari 338,15 menjadi 271,06 MPa. Deformasi total cornering turun dari 0,222 menjadi 0,169 mm dan safety factor minimum meningkat pada kedua kondisi, cornering dari 2,062 menjadi 2,412 dan braking dari 1,460 menjadi 1,828, melampaui ambang perancangan 1,5. Umur kelelahan meningkat pada kondisi cornering (14.339 menjadi 51.701 jam, hampir tiga kali lipat) dan braking (1.908,1 menjadi 2.920,2 jam). Berdasarkan seluruh metrik, desain optimasi memberikan performa struktural lebih baik pada kedua skenario kritis, sehingga relokasi shim plate dan clevis ke mounting lower arm direkomendasikan untuk pengembangan generasi berikutnya.

In the Arjuna EV UGM AF05 Formula SAE car, the pushrod to upper arm configuration causes the upper arm mounting point to simultaneously carry the sprung mass vertical force and the suspension lateral force. Placing the camber adjustment mechanism consisting of a shim plate and clevis at this already critical location adds further load concentration. This study aims to compare the von-Mises stress distribution, total deformation, minimum safety factor, and fatigue life between the original and optimized designs resulting from relocating the shim plate and clevis to the lower arm mounting, under braking and cornering conditions at load factors of 0 G, 1 G, and 2 G, and to determine the design variant with superior structural performance as the basis for a design recommendation.

The evaluation was conducted numerically using the Finite Element Method (FEM) through the Static Structural and Fatigue Analysis modules in ANSYS Workbench, with Aluminium 7075-T6 as the material. Two design variants were compared: the original design with the shim plate and clevis at the upper arm mounting, and the optimized design with these components relocated to the lower arm mounting. Model validation was performed through a mesh convergence study and analytical verification of a simply supported beam with center load.

At the 2 G peak load, relocation reduced the maximum von-Mises stress under cornering from 239.44 to 204.70 MPa and under braking from 338.15 to 271.06 MPa. Total deformation under cornering decreased from 0.222 to 0.169 mm, and the minimum safety factor improved in both scenarios, cornering from 2.062 to 2.412 and braking from 1.460 to 1.828, surpassing the 1.5 design threshold. Fatigue life increased under cornering (14,339 to 51,701 hours, nearly threefold) and under braking (1,908.1 to 2,920.2 hours). Based on all metrics, the optimized design delivers better structural performance under both critical scenarios, and relocation of the shim plate and clevis to the lower arm

Kata Kunci : Front upright, Formula SAE, clevis bracket relocation, ANSYS Static Structural, Fatigue Analysis, Von-Mises Stress.