< Kembali ke Rangkaian Alat Simulasi Otomotif

Pengarang: Johnny Liu
CEO — Dowway Vehicle

Terakhir Diperbarui: Maret 2026

---

Jawaban Singkat

Simcenter Nastran adalah perangkat lunak analisis elemen hingga yang digunakan dalam teknik otomotif untuk mengevaluasi kekuatan struktural, kekakuan, perilaku getaran, umur kelelahan, dan keamanan baterai kendaraan listrik. Perangkat lunak ini mendukung analisis linier dan nonlinier, menangani model yang sangat besar dengan jutaan elemen, dan terhubung dengan perangkat CAE yang digunakan untuk desain dan simulasi kendaraan.

---

Mengapa Pemecah Elemen Hingga Penting dalam Teknik Otomotif

Pengembangan kendaraan sangat bergantung pada simulasi komputer. Para insinyur menggunakan perangkat lunak CAE untuk memeriksa keamanan struktural, kinerja getaran, dan daya tahan sebelum membangun prototipe fisik.

Dalam alur kerja simulasi yang umum:

Panggung	Alat
Desain geometri	CAD
Persiapan model	HyperMesh / Simcenter 3D
Penyelesaian struktural	Simcenter Nastran
Visualisasi hasil	Postingan HyperView / Simcenter
Optimalisasi teknik	alat desain

Program pemecah masalah ini menghitung persamaan struktural yang dihasilkan oleh model elemen hingga.

Tanpa solver, hasil simulasi tidak dapat dihasilkan.

---

Apa itu Simcenter Nastran?

Simcenter Nastran adalah perangkat lunak simulasi struktur yang dikembangkan dari teknologi NASTRAN asli NASA.

Perangkat lunak ini sekarang menjadi bagian dari platform rekayasa Siemens Simcenter dan banyak digunakan di:

• teknik kedirgantaraan
• desain otomotif
• mesin berat
• sistem energi

Dalam bidang teknik otomotif, solver umumnya digunakan untuk menganalisis:

• struktur bodi kendaraan
• sistem sasis
• getaran dan kebisingan
• sistem baterai kendaraan listrik

Perangkat lunak ini dihargai karena stabilitas numerik dan hasil yang andal saat menyelesaikan model struktur besar.

---

Kemampuan Pemecah Masalah Inti

Analisis Struktur Linier

Analisis linier mengevaluasi:

• kekakuan
• menekankan
• deformasi

Simcenter Nastran menggunakan teknologi solusi matriks jarang termasuk Pemecah masalah MUMPS.

Struktur kendaraan besar dapat dipecahkan secara efisien sambil menjaga kesalahan prediksi dalam kisaran tertentu. 5% dibandingkan dengan tes fisik.

---

Analisis Struktur Nonlinier

Struktur kendaraan seringkali mengalami perilaku nonlinier.

Simcenter Nastran mendukung tiga kategori nonlinier utama.

Nonlinieritas Geometris

Efek deformasi dan perpindahan yang besar.

Nonlinieritas Material

Deformasi plastik dan kerusakan material komposit.

Nonlinieritas Kontak

Kontak permukaan ke permukaan dan kontak titik ke permukaan antar komponen.

Kemampuan ini memungkinkan simulasi realistis dari struktur seperti sistem suspensi dan paket baterai.

---

Analisis NVH Menggunakan Simcenter Nastran

NVH berarti Kebisingan, Getaran, dan Kekerasan.
Ini adalah salah satu tugas teknik utama dalam desain kendaraan.

Simcenter Nastran mencakup beberapa rangkaian penyelesaian untuk dinamika struktural.

---

Analisis Modal — SOL 103

Analisis modal menentukan frekuensi alami dan mode getaran struktur.

Para insinyur menggunakan hasil ini untuk menghindari resonansi dengan:

• getaran mesin
• frekuensi motor listrik
• eksitasi sistem penggerak.

---

Analisis Respons Frekuensi — SOL 108

Analisis respons frekuensi menghitung respons getaran di bawah beban harmonik.

Aplikasi meliputi:

• getaran bodi kendaraan
• eksitasi sistem penggerak
• jalur transfer akustik.

Baik metode respons frekuensi langsung maupun respons frekuensi modal didukung.

---

Analisis Dinamika Transien — SOL 111

Analisis transien menghitung respons struktural yang bergantung pada waktu.

Contohnya meliputi:

• beban benturan jalan
• denyut getaran
• gaya struktural sementara.

Ketika model simulasi dikalibrasi dengan data uji, prediksi modal dapat sesuai dengan pengujian fisik. korelasi lebih dari 90%.

---

Kemampuan Simulasi Model Skala Besar

Model elemen hingga kendaraan lengkap modern sering kali berisi jutaan atau puluhan juta elemen.

Simcenter Nastran menangani model-model ini melalui beberapa metode komputasi.

---

Komputasi Paralel

Tersedia dua mode komputasi.

SMP — Memori Bersama Paralel

Beberapa inti CPU berbagi memori sistem.

DMP — Memori Terdistribusi Paralel

Beberapa node komputasi bekerja bersama-sama.

Penyelesaian paralel dapat meningkatkan kinerja dengan cara 30–50%.

---

Penyempurnaan Jaringan Adaptif

Perangkat lunak pemecah masalah menyesuaikan kepadatan jala tergantung pada distribusi tegangan.

Daerah	Kepadatan Jala
Sambungan las	jaring halus
Lokasi baut	jaring halus
Daerah dengan tingkat stres rendah	jaring kasar

Hal ini menjaga akurasi sekaligus mengendalikan waktu komputasi.

---

Pengurangan Model

Model-model besar dapat disederhanakan sebelum simulasi dinamis.

Dua metode reduksi yang umum adalah:

Sintesis Mode Komponen (CMS)
Mempertahankan perilaku dinamis dari substruktur.

Pengurangan Guyana
Menghilangkan derajat kebebasan yang kurang penting.

Model yang disederhanakan umumnya digunakan dalam simulasi kendaraan multibody.

---

Aplikasi Teknik Otomotif

Simulasi Struktural BIW

Body-in-white (BIW) adalah struktur penahan beban utama sebuah kendaraan.

Para insinyur menganalisis:

• kekakuan lentur
• kekakuan torsi
• kinerja modal
• kekuatan struktural.

---

Pemodelan Elemen Hingga BIW

Model BIW meliputi:

• panel lembaran logam
• sambungan las
• baut.

Untuk menyederhanakan model:

• lubang yang lebih kecil dari 10 mm dapat dihapus
• fillet lebih kecil dari 7 mm dapat disederhanakan.

Hal ini mengurangi biaya komputasi.

---

Simulasi Uji Kekakuan

Dua kasus kekakuan umum disimulasikan.

Kekakuan lentur

Bak kendaraan dimuat secara vertikal di bagian tengah.

Kekakuan torsi

Roda yang berlawanan ditahan saat torsi diterapkan.

Kasus pembebanan ini mensimulasikan kondisi jalan yang tidak rata.

---

Contoh Hasil Rekayasa

Dalam satu program pengembangan kendaraan kompak:

• Kekakuan lentur BIW meningkat 12%
• berat badan menurun 8%

Perbaikan tersebut berasal dari perubahan penguatan dan penggantian material berkekuatan tinggi.

---

Analisis Ketahanan Suspensi

Komponen suspensi mengalami beban berulang selama berkendara.

Simulasi kelelahan memprediksi masa pakai dan mengidentifikasi area yang lemah.

---

Komponen Model Suspensi

Model suspensi standar biasanya meliputi:

• lengan kontrol
• peredam kejut
• batang penstabil
• bantalan
• sambungan bola.

Bushing dimodelkan menggunakan pegas nonlinier, sedangkan sambungan bola menggunakan batasan engsel.

---

Muat Data

Beban dapat berasal dari:

• uji jalan
• simulasi multibody menggunakan ADAMS.

Beban-beban ini diterapkan pada model struktural.

---

Simulasi Nonlinier

Penyelesai nonlinier SOL 106 Menghitung tegangan dan deformasi di bawah kondisi pembebanan realistis.

Konsentrasi tegangan sering muncul pada sambungan las.

---

Prediksi Umur Kelelahan

Umur kelelahan dihitung menggunakan:

Aturan kerusakan kumulatif linier penambang
dikombinasikan dengan kurva SN material.

Ini memprediksi berapa banyak siklus yang dapat ditahan oleh suatu komponen.

---

Contoh Hasil

Untuk lengan suspensi pada desain SUV:

• kehidupan awal: 2 × 10⁵ siklus

Setelah perbaikan pengelasan:

• masa pakai lelah meningkat menjadi 1 × 10⁶ siklus.

---

Simulasi Paket Baterai Kendaraan Listrik

Kendaraan listrik menghadirkan tantangan termal dan struktural.

Paket baterai harus tetap aman selama siklus getaran dan pengisian daya.

---

Model Elemen Hingga Paket Baterai

Komponen model tipikal meliputi:

• modul baterai
• kemasan perumahan
• saluran pendingin
• braket pemasangan.

Modul baterai menggunakan elemen padat sedangkan struktur wadah sering menggunakan elemen cangkang.

---

Kopling Termal-Struktural

Dua kategori beban diterapkan.

Beban termal

Panas yang dihasilkan selama pengisian dan pengosongan daya.

Beban mekanis

Getaran jalan dan gaya benturan.

Simcenter Nastran menghitung kedua efek tersebut secara bersamaan.

---

Contoh Hasil Rekayasa

Dalam satu proyek simulasi kendaraan listrik:

• Suhu baterai maksimum dikurangi dari 52°C hingga 38°C
• tekanan struktural berkurang 25%

Perbaikan ini diperoleh dari perubahan tata letak pendinginan dan penguatan struktur bangunan.

---

Integrasi Rantai Alat CAE

Simcenter Nastran beroperasi dalam lingkungan CAE yang lebih luas.

---

Alat Pra-pemrosesan

Alat persiapan model meliputi:

• HyperMesh
• Simcenter 3D
• Sistem CAD.

Format file yang didukung meliputi:

• BDF
• INP
• MELANGKAH.

---

Alat Pasca-Pemrosesan

Hasil simulasi dapat divisualisasikan menggunakan:

• HyperView
• Simcenter 3D Post
• Tecplot.

Alat-alat ini menampilkan peta tegangan, medan perpindahan, bentuk modal, dan hasil kelelahan.

---

Integrasi Dinamika Multibody

Hasil struktural dapat digunakan dalam model dinamika kendaraan yang dibuat di:

• ADAMS
• Simcenter Motion.

---

Integrasi Sistem Kontrol

Untuk pengembangan kendaraan listrik, model struktural dapat terhubung dengan model kontrol yang dibangun di dalamnya:

• MATLAB
• Simulink.

---

Korelasi Tes

Simcenter Nastran terhubung dengan Laboratorium Uji Simcenter untuk membandingkan hasil simulasi dengan pengukuran eksperimental.

Hal ini meningkatkan akurasi model.

---

Penggunaan Industri

Teknologi Simcenter digunakan oleh banyak perusahaan otomotif.

Contohnya meliputi:

Teknik & Teknologi Mazda

Waktu simulasi untuk analisis kisi-kisi speaker dikurangi dari 2,5 hari hingga 4 jam.

American Axle & Manufacturing

Simulasi NVH terintegrasi dengan pengujian menggunakan perangkat Simcenter.

Grup Motor Hyundai

Menggunakan simulasi multi-fisika dan platform kembaran digital selama pengembangan kendaraan listrik.

---

Arah Masa Depan dalam Simulasi Kendaraan

Beberapa tren teknologi memengaruhi perangkat lunak simulasi.

---

Model Kendaraan Miliaran Elemen

Simulasi kendaraan di masa depan mungkin akan mengandung ratusan juta atau bahkan miliaran elemen.

---

Simulasi Multi-Fisika

Model kendaraan semakin banyak menggabungkan:

• mekanika struktural
• perilaku termal
• aliran fluida
• elektromagnetik.

---

Simulasi Berbantuan AI

Kecerdasan buatan dapat mengotomatiskan:

• kalibrasi model
• pengaturan simulasi
• Optimalisasi desain.

---

Rekayasa Kembaran Digital

Kembaran digital menghubungkan model simulasi dengan data operasional nyata selama siklus hidup kendaraan.

---

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa yang membuat Simcenter Nastran berbeda dari perangkat lunak pemecah FEA lainnya yang digunakan dalam CAE otomotif?

Simcenter Nastran dikenal karena algoritma pemecah masalah struktur dan dinamika yang andal, yang awalnya dikembangkan dari penelitian kedirgantaraan NASA.

Perangkat lunak ini mendukung analisis elemen hingga linier dan nonlinier, termasuk simulasi statis, modal, respons frekuensi, kelelahan, dan multi-fisika dalam satu lingkungan.

Para insinyur sering menyebutkan:

• hasil yang dapat diandalkan untuk model besar
• kemampuan NVH yang kuat
• komputasi paralel yang dapat diskalakan
• integrasi dengan platform CAE Simcenter.

Fitur-fitur ini membuatnya umum digunakan dalam analisis struktur bodi, rekayasa sasis, dan simulasi NVH (Noise, Vibration, and Harshness) sistem penggerak.

---

Seberapa besar model yang dapat ditangani Simcenter Nastran dalam simulasi kendaraan lengkap?

Model elemen hingga kendaraan seringkali memiliki lebih dari puluhan juta elemen.

Simcenter Nastran menangani model-model ini melalui:

• Komputasi paralel SMP dan DMP
• pemecah matriks jarang yang efisien
• teknik pengurangan model seperti CMS.

Konfigurasi perangkat keras, pengaturan solver, dan strategi pengurangan model memengaruhi kinerja.

---

Simulasi otomotif apa yang paling sering dilakukan dengan Simcenter Nastran?

Para insinyur sering menggunakan pemecah masalah ini untuk beberapa tugas pengembangan kendaraan.

Analisis struktur BIW:

• kekakuan
• analisis modal
• kekuatan struktural

Analisis NVH:

• frekuensi modal
• respons getaran
• analisis jalur transfer

Analisis daya tahan:

• prediksi umur kelelahan
• keandalan struktural

Performa sasis:

• deformasi suspensi
• distribusi beban

Kendaraan listrik:

• keamanan struktural paket baterai
• kopling termal-struktural.

---

Bagaimana Simcenter Nastran terintegrasi dengan toolchain CAE otomotif?

Simcenter Nastran biasanya bertindak sebagai pemecah masalah inti dalam lingkungan rekayasa multi-alat.

Alat pra-pemrosesan meliputi HyperMesh, Simcenter 3D, dan sistem CAD.

Perangkat lunak pasca-pemrosesan meliputi HyperView dan Simcenter 3D Post.

Perangkat lunak simulasi sistem dapat mencakup ADAMS, Simcenter Motion, MATLAB, Simulink, dan perangkat lunak CFD seperti STAR-CCM+.

Lingkungan ini mendukung alur kerja rekayasa digital yang lengkap.

---

Apa saja tantangan umum yang dihadapi saat menggunakan Simcenter Nastran?

Para insinyur sering melaporkan beberapa masalah praktis.

Masalah kualitas mesh:

• elemen yang terdistorsi
• Kepadatan jala yang tidak konsisten.

Masalah data material:

• kurva kelelahan yang hilang
• sifat suhu yang tidak lengkap.

Masalah konfigurasi solver:

• pemilihan solver yang salah
• Ruang disk tidak mencukupi
• Kesalahan file hasil seperti masalah output *.f06.

Kondisi batas dan data material yang akurat sangat penting untuk hasil simulasi yang andal.

---

Pengarang

Johnny Liu
CEO — Dowway Vehicle

Johnny Liu bekerja di bidang teknik kendaraan dan pengembangan teknologi CAE. Pekerjaannya berfokus pada desain berbasis simulasi, alur kerja teknik digital, dan metode pengembangan kendaraan canggih.