Louhenapessy, J: Analisa Pengaruh Tipe Lubang Baut terhadap Deformasi

Transkripsi

1 !

2 ohenapess, J: Analisa Pengarh Tipe bang Bat terhadap Deformasi ANAISA PNGARUH TIP UBANG BAUT TRHADAP DFORMASI DAN TGANGAN MAKSIMUM PADA CONDYAR PROSTHSIS DNGAN MNGGUNAKAN ANSYS SOFTWAR Jandri ohenapess Abstrak: Groningen temporomandiblar joint prosthesis merpakan salah sat temporomandiblar joint (TMJ aloplastik ang didesain ntk menjaab penanganan pembedahan melali rekonstrksi ketika disfngsi temporomandiblar joint ata persendian ang ada di kepala sdah semakin parah dan tidak dapat ditangani lagi melali non pembedahan. Komponen-komponen hasil desain adalah Skll part (terdiri dari basic part dan fitting member, disc dan mandiblar part/condlar. Komponen ang dignakan dalam penelitian ini adalah condlar prosthesis.perangkat lnak ANSYS ang bebasis metode elemen hingga dignakan sebagai alat dalam menganalisa pengarh tipe lbang bat terhadap deformasi dan tegangan maksimm pada peralatan biomekanikal orthopedic ait condlar prosthesis. Variabel ang dikaji adalah condlar prosthesis dengan menggnakan bentk lbang fiksasi ang berpa tipe lbang bat conter boring dan conter shinking. Dari hasil Analisa dengan menggnakan ANSYS SOFTWAR, diperoleh ariabel tipe lbang bat ang dignakan ntk condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis tidak berpengarh terhadap deformasi sedangakan terhadap tegangan maksimm tipe lbang bat mempnai pengarh. Hasil Analisa tegangan on-mises maksimm menatakan baha condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis sangat baik menggnakan tipe lbang bat conter boring. Deformasi total adalah, mm. Deformasi dalam arah smb adalah -, mm, deformasi dalam arah smb, mm dan deformasi dalam arah smb adalah -, mm. Tegangan on-mises maksimm adalah, MPa. Kata-kata knci: Condlar prosthesis, tipe lbang bat, metode elemen hingga, deformasi, tegangan maksimm.. PNDAHUUAN Temporomandiblar joint (TMJ adalah persendiaan dari kondils mandibla dengan fossa gleinodalis dari tlang temporal, merpakan sat-satna sendi ang ada di kepala ang bertanggng jaab terhadap pergerakan membka dan mentp rahang, mengnah serta berbicara ang letakna dibaah depan telinga (lihat gambar. Apabila terjadi sesat kelainan/disfngsi pada salah sat sendi ini, maka seseorang akan mengalami neri saat membka ata mentp mlt, makan, mengnah, berbicara, bahkan dapat menebabkan mlt terknci. Terdapat da kategori mm ntk penanganan disfngsi Temporomandiblar joint, ait: peraatan konseratif dan peraatan bedah. Peraatan konseratif melipti cara terapi fisik, obat-obatan dan mekanis. Sedangkan penanganan secara bedah ditjkan ntk rekonstrksi, kass trama dan patologi tertent dan ntk kelainan ssnan bagian dalam. Penderita deasa, rekonstrksi dapat dilakkan dengan graft tlang atologs/alogenik ata dengan prosthesis (Pedersen Gordon.W.,. Jandri ohenapess, ST, MT adalah Dosen tetap Fakltas Teknik Unpatti Ambon

3 ogika, Volme. Nomor Mei Prosthesis dapat diartikan sebagai alat pengganti anggota gerak ang hilang baik dikarenakan oleh amptasi ata dikarenakan sat penakit (Toha Isa Setiasah,. Temporomadiblar joint prosthesis (TMJ prosthesis adalah merpakan salah st dari joint aloplastik ang dimanfaatkan sebagai pengganti temporomandiblar joint akibat disfngsi ata penakit ang dialamina sdah sangat parah. Gambar. Posisi Temporomandiblar joint pada tengkorak mansia. Groningen temporomandiblar joint prosthesis (gambar adalah merpakan salah sat alat ang dikembangkan ntk menangani penderita disfngsi temporomandiblar joint. Alat ini dikembangkan oleh Jan Pal an oon tahn -. Analisis ang dilakkan pada penelitian ini hana pada bagian condlar prosthesis (mandiblar part dengan ariable analisa adalah tipe lbang bat (tipe lbang bat conter boring dan tipe lbang bat conter shinking. Tjan dari penelitian ini adalah ntk mengealasi ada tidakna pengarh tipe lbang bat terhadap deformasi dan tegangan maksimm pada condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesi. Analisis dilakkan dengan menggnakan Softare ANSYS ang berbasis metode elemen hingga. Gambar. Posisi komponen-komponen Groningen temporomandiblar joint prosthesis pada tengkorak mansia ANDASAN TORI. Konsep lemen Hingga Dalam analisa ntk menentkan tegangan dan deformasi ang terjadi pada setiap titik dalam sat benda pejal, dibthkan sat fngsi tegangan ata fngsi perpindahan ang hars memenhi persamaan kesetimbangan, hbngan tegangan regangan dan kompatibilitas pada setiap titik. Untk bentk geometri benda ang kompleks, pembentkan fngsi fngsi tersebt akan sangat kompleks pla sehingga pemecahan masalahnapn menjadi slit.. Pada metode elemen hingga, sebah kontinm dibagi bagi menjadi elemen elemen kecil berhingga ang memiliki bentk geometri ang lebih sederhana, sehingga mengbah sat masalah ang memiliki derajat kebebasan tak berhingga menjadi sejmlah derajat kebebasan berhingga. Metode ini merpakan analisa pendekatan terhadap nilai perpindahan dan tegangan pada elemen, dengan memaskkan beban beban ang terjadi pada elemen.

4 ohenapess, J: Analisa Pengarh Tipe bang Bat terhadap Deformasi. Hbngan Tegangan Regangan Gaa dalam sebagai reaksi terhadap gaa lar ang terjadi mengakibatkan perpindahan titik nodal ang menimblkan deformasi elemen. Regangan dari elemen tersebt terdiri dari komponen ait : komponen regangan aksial dalam arah smb (ε, komponen regangan aksial dalam arah smb (ε, komponen ragangan aksial dalam arah smb (ε, komponen regangan geser pada bidang (γ, komponen regangan pada bidang (γ dan komponen regangan geser pada bidang (γ. Hbngan regangan perpindahan dalam bentk persamaan sebagai berikt:... ( Hbngan tegangan regangan dapat dilihat pada persamaan sebagai berikt:......( Hbngan diatas dapat ditlis sebagai berikt: C......( dimana : C.... ( Hbngan tegangan regangan diperoleh dari iners persamaan ( dan dapat ditlis dalam bentk matrik lengkap : ( (... ( ata... ( Untk kass tegangan bidang / plane stress ( :

5 ogika, Volme. Nomor Mei... (. lemen Solid -D Tetrahedral Node Gambar.. lemen solid tetrahedral -node Pada penelitian ini, tipe elemen ang dipergnakan adalah elemen solid tetrahedral - node seperti ang tampak pada gambar. Pemilihan tipe elemen ini didasarkan atas beberapa pertimbangan sebagai berikt: lemen ini sangat cocok ntk menganalisa permasalahan teknik, baik permasalahan kekenalan (plasticit, perangkakan, penggelembngan material (selling, defleksi dan regangan ang besar. Mamp menganalisa beban ang dikenakan pada permkaan mapn bodi benda kerja dengan sangat baik. Sangat adaptie dengan berbagai model pembebanan. Memiliki tiga derajat kebebasan (,,. ebih mempnai ketelitian dibandingkan lemen solid tetrahedral -node. Secara mm, langkah-langkah pensnan persamaan elemen tetrahedral -node sama dengan langkah-langkah ang ditemph dalam mensn persamaan elementetrahedral -node. Gambar. lemen tetrahedral -node dengan nomor node. Shape fnction (fngsi perbahan bentk ntk tipe elemen ini dapat dilihat pada persamaan sebagai berikt: ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( MTOD Dalam penelitian ini komponen ang dignakan adalah condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis. Condlar prosthesis merpakan komponen ang pertama-tama menerima beban akibat menggigit dan mengnah kemdian melalina beban tersebt

6 ohenapess, J: Analisa Pengarh Tipe bang Bat terhadap Deformasi didistribsi ke komponen ang lain. Perilak mekanik TMJ prosthesis di dalam tbh mansia menebakan beban terbesar terjadi pada permkaan kontak antara disc dan spherical head dari condlar prosthesis, ang besarna N dalam arah cranial, N dalam arah entral, dan N dalam arah mediolateral. Beban tersebt dapat saja menebabkan kegagalan pada material disekitar daerah kritis ait pada lbang bat. Data teknik condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis ang dignakan. Setelah penetapan komponen ang akan dianalisa berserta data teknikna, selanjtna ditetapkam ariabel analisa. Telah dikatakan sebelmna baha, pada daerah diameter lbang tempat ddkan bat didesain bertingkat dengan kedalaman sebesar mm dan merpakan daerah konsentrasi tegangan ang ckp tinggi. Dengan demikian akan dilakkan ariasi analisa seperti terlihat pada gambar. Gambar. Tipe ddkan bat pada plat: tipe A (conter boring dan tipe B (conter shinking. Volme (pemodelan tiga dimensi Condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis dimodelkan sesai dengan geometri dan dimensi seperti terlihat pada gambar dan tabel. Model dibat dengan menggnakan SOFTWAR CATIA ersi ang kemdian hasil pemodelanna di-import ke SOFTWAR ANSYS WORKBNCH. Diskritisasi bertjan ntk mejdkan kriteria tama metode elemen hingga dalam kaitan dengan analisa titik tertent pada konstrksi dengan membagi olme geometri dari model menjadi elemen-elemen ang lebih kecil dan lebih sederhana.. Gambar. Meshing pada condlar prosthesis ntk tipe lbang bat bat conter boring. Gambar. Meshing pada Condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter shinking. HASI DAN PMBAHASAN

7 ogika, Volme. Nomor Mei. Hasil Simlasi Deformasi Hasil simlasi deformasi total ntk keda tipe lbang bat (gambar dan gambar memiliki kontr ang hamper sama. Melali kontr tersebt dapat dilihat baha nilai maksimm (kontr arna merah terjadi di daerah pncak spherical head dari condlar prosthesis ang padana jga merpakan tempat diterapkan beban kemdian kontr minimm (kontr arna bir disekitar daerah lbang tempat ddkan bat. Gambar. Deformasi total pada condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter boring Gambar. Deformasi total pada condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter shinking Deformasi total ang didapat pada Tabel adalah merpakan resltan dari deformasi dalam arah smb, arah smb dan arah smb. Mengingat penerapan beban pada condlar prosthesis dalam arah tiga dimensi sehingga menebabkan pergerakan deformasi jga dalam arah tiga dimensi. Oleh sebab it, disamping diperlihatkan hasil simlasi deformasi total, jga diperlihatkan hasil simlasi deformasi dalam arah smb, arah smb dan arah smb. Tabel. Hasil Simlasi Deformasi Total Maksimm Tebal Plat (mm Tebal Plat (mm Deformasi Total Tipe bang Bat Conter Boring (m Deformasi Total Tipe bang Bat Conter Shinking (m Ma Ma,, Tabel. Hasil Simlasi Deformasi dalam Arah smb, arah smb dan arah smb Tipe bang Bat Tipe bang Bat Conter Boring Conter Shinking Arah Arah Arah Arah Arah Arah (m (m (m (m (m (m -,, -, -,, -,. Hasil simlasi Tegangan Maksimm Hasil simalsi dari keda tipe lbang bat, kedana memperlihatkan kontr distribsi tegangan on-mises ekialen mempnai nilai ang sangat berarti sampai mencapai nilai maksimm, terjadi disikitar daerah antara condlar head dan lbang bat pertama pada jarak mm dari condlar head. Tegangan on-mises ekialen maksimm ntk tipe lbang bat conter boring dan tipe lbang bat conter shinking terjadi disekitar tepi lbang bat pertama pada jarak mm jika dikr dari condlar head ang jag merpakan daerah kontak antara

8 ohenapess, J: Analisa Pengarh Tipe bang Bat terhadap Deformasi plat dan bat. Besar tegangan on-mises ekialen maksimm ntk sema ariabel analaisa ang disebtkan di atas dapat dilihat pada Tabel. Tabel. Hasil Simlasi Tegangan on-mises kialen Maksimm Tebal Plat (mm Tegangan on-mises kialen Maksimm Tipe bang Bat Conter Boring (MPa Tegangan on-mises kialen Maksimm Tipe bang Bat Conter Shinking (MPa Ma Ma,, Gambar. Tegangan on-mises kialen pada condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter boring Gambar. Tegangan on-mises kialen pada condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter shinking. Analisa Hasil Simlasi Berikt ini akan dilakkan analisa hasil simlasi deformasi dan tegangan on-mises ekialen berdasarkan kriteria ang berlak. Menrt Anggono dan Sprianto ( mengatakan baha sarat deformasi ang diijinkan oleh sat strktr adalah krang dari mm. Tegangan on-mises maksimm hars lebih kecil dari tegangan tarik ield/mlr material. Dalam analisa ini tegangan tarik ield/mlr material adalah sebesar MPa. Berdasarkan kriteria ang telah dijelaskan di atas, maka dapat diprediksi aman ata kritis condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter boring dan tipe lbang bat conter shinking. Hasil perbandingan tersebt dapat dilihat melali Tabel. Selain it jga pada Tabel diperlihatkan perbandingan deformasi dalam arah, arah dan arah. Tabel. Analisa Hasil Simlasi Deformasi Total dan tegangan on-mises kialen Maksimm Tebal Plat (mm Deformasi Total (m Tipe bang Bat Conter Boring Tegangan Von- Mises kialen Maksim (MPa Deformasi Total (m Tipe bang Bat Conter Shinking Tegangan Von- Mises kialen Maksimm (MPa Ma Ma Ma Ma Aman Aman Aman Aman Tabel. Analisa Deformasi dalam Arah smb, Arah smb dan Arah smb

9 Tebal Plat (mm Tipe bang Bat Conter Boring ogika, Volme. Nomor Mei Tipe bang Bat Conter Shinking Arah Arah Arah Arah Arah Arah (m (m (m (m (m (m Aman Aman Aman Aman Aman Aman Berdasarkan Tabel dapat dilihat baha tipe lbang bat tidak berpengarh terhadap deformasi total maksimm, hal ini dapat dibktikan dengan besar deformasi total maksimm ntk keda tipe lbang bat cenderng sama ata mempnai perbedaanna sangat kecil. Berdasarkan logika hal tersebt dapat diterima, sebab dari kondisi kerja ang sangat berpengarh adalah beban, kondisi batas dan tebal plat. Hasil simlasi ang cenderng sama ntk keda tipe lbang bat disebabkan karena menggnakan beban, kondisi batas dan tebal pelat ang sama. Apabila salah sat faktor diariasikan dan keda lainna dijaga konstan, maka sdah tent akan sangat jelas perbahan deformasi. Namn aman ata kritis sat plat tergantng dari besar deformasi ang dialami oleh plat tersebt. Beradasarkan hasil perbandingan dengan kriteria deformasi, maka dapat disimplkan condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis dengan menggnakan keda tipe lbang bat deformasi total maksimmna berada pada leel ang aman. Disamping it jga, perl diealasi deformasi dalam arah, arah dan arah. Berdasarkan hasil simlasi pada Tabel, dapat dilihat baha keda tipe lbang mempnai nilai/besar deformasi ang cenderng sama ntk masing-masing arah. Tanda negatif adalah merpakan nilai mtlak ang menatakan baha deformasi terbesar terjadi dalam arah smb negatif. Deformasi terbesar ntk tipe lbang bat conter boring mapn tipe lbang bat conter shinking terjadi dalam arah smb. Besar gaa dalam arah smb hampir sama dengan besar gaa dalam arah smb, namn besar deformasi ang terjadi ntk kedana sangat berbeda. Hal ini disebabkan karena arah gaa tersebt terjadi pada penampang ang berbeda, dimana penampang tersebt menatakan besar momen inersia. Dalam hal ini momen inersia ntk gaa dalam arah smb lebih kecil dari momen inersia ntk gaa dalam arah smb, sehingga menebabkan deformasi terbesar terjadi dalam arah. Tabel adalah analisa berdasarkan perbandingan dengan kriteria deformasi ang diijinkan. Jika dilihat berdasarkan deformasi terbesar ait deformasi dalam arah smb, maka condlar prosthesis dari Groninge TMJ prosthesis ntk keda tipe lbang bat berada pada leel ang aman. Selain it jga analisa deformasi ini perl dipadkan dengan keadaan tegangan on- Mises ekialen maksimm ang terjadi pada condlar prosthesis sebab kemampanna sangat ditentkan oleh besar tegangan tersebt. Berdasarkan hasil simlasi pada table dapat dilihat baha ada pengarh tipe lbang bat terhadap tegangan on-mises ekialen maksimm. Hal ini disebabakan karena ada perbedaan las penampang disekitar lbang bat ntk keda tipe lbang tersebt. Ditinja dari besar tegangan on-mises ekialen maksimm, maka dapat dipastikan baha tegangan on-mises ekialen maksimm ang terjadi pada condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter shinking lebih besar dari condlar prosthesis ntk tipe lbang bat conter boring. Selanjtna kemampan condlar prosthesis ntk keda tipe lbang bat perl dinilai jga berdasarkan perbandingan antara tegangan on-mises ekialen maksimm dengan tegangan tarik ield/mlr. Hasil perbandinganna menatakan baha semana aman dalam menahan beban ang diberikan, dimana fakor keamanan ntk tipe lbang bat conter boring, dan ntk tipe lbang bat conter shinking.. Berdasarkan hasil analisa ang telah dijelaskan di atas, maka dapat disimplkan baha condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis ntk tipe lbang bat conter boring memiliki kemampan lebih baik dalam menahan beban ang diberikan. KSIMPUAN

10 ohenapess, J: Analisa Pengarh Tipe bang Bat terhadap Deformasi Hasil penelitian dengan menggnakan tipe lbang bat pada condlar prosthesis dari Groningen TMJ prosthesis diperoleh hasil baha tipe lbang bat tidak berpengarh pada deformasi total mapn deformasi dalam arah smb, dan. Besar deformasi ang didapat ntk masing-masing tipe lbang bat dibandingkan dengan deformasi ijin berada pada leel aman. Untk tipe lbang bat terhadap tegangan maksimm diperoleh sangat berpengarh. Besar tegangan maksimm ntk keda tipe lbang bat dibandingkan dengan tegangan ield ijin berada pada leel aman. Berdasarkan hasil analisa tertama terhadap tegangan on-mises maksimm dapat disimplkan baha dari keda tipe lbang bat tersebt diperoleh tipe lbang bat conter boring memiliki kemampn lebih baik dari conter shinking alapn tipe lbang bat conter shinking jga berada pada leel aman. SARAN Beberapa saran ang dapat disampaikan dalam penelitian ini, tertama demi penemprnaan peneltian ini adalah sebagai berikt:. Perl dilakkan analisa tentang ketebalan plat ang optimal tertama ntk mengealasi pengarh deformasi.. Perl dilakkan simlasi dengan menempatkan condlar prosthesis pada rahang.. Perl dilakkan penelitian terhadap jmlah bat ang optimm pada condlar prosthesis. DAFTAR RUJUKAN Anggono Willanto dan Sprianto Fandi Dipra.. Penentan Desain Optimm Rangka Giant Water Dispenser dengan Menggnakan ANSYS Softare dan Steart Pg s Concept Selection, Stdi Kass: Penentan Desain Optimm Rangka Giant Water Dispenser dengan Kapasitas Beban, Ton, Jrnal Teknik Mesin. Fletcher Mark C., Piecch Joseph F., ieblich Start.. Anatom and Pathophsiolog of the Temporomandiblar Joint,dalam Principles of Oral and Maillofacial Srger, eds. Michael Miloro, BC Decker Inc. Hamilton / ondon. Granding Hartle, Jr.. Fndamental of the Finite lement Method Macmillan Pblishing Compan, Ne York, Colller Macmillan Pblishers, ondon. Jinall Robert. C.. ngineering Considerations of Stress, Strain, and Strength, McGra-Hill Book Compan, Ne York / St. ois / San Francisco / Toronto / ondon / Sdne. Shigle Joseph.., Mitchell arr. D.. Mechanical ngineering Design, dalam Perencanaan Teknik Mesin, Alih bahasa: Harahap Gandhi, Jilid, disi Keempat, Penerbit rlangga, Jakarta,. Toha Isa Setiasah.. Pengembangan Prodk dan Proses Pembatan Prostesa Tangan dan Prostesa Kaki, aporan Akhir Program Insentif Peningkatan Kapasitas IPTK Sistem Prodksi Tahn Anggaran, Institt Teknologi-Bandng. an oon Jan Pal, de Bont ambert. G.M., Stegenga. B., Spijkeret, F.K.., Verkerke, G.J.. Groningen Temporomandiblar Joint Prosthesis. Deelopment and First Clinical Application, International Jornal of Oral and Maillofacial Srger: Clinical Paper TMJ,, hal. -. an oon Jan Pal, Falkenstrom, C.H., de Bont ambert. G.M., Verkerke, G.J., Stegenga. B.. The Theoretical Optimal Center of Rotation for a Temporomandiblar Joint Prosthesis: A Three-Dimensional Kinematic Std, Jornal of Dental Research,, hal. -. Yang. T. Y.. Finite lement Strctral Analsis, Premice Halt, Inc. ngleood Cliffs, N.J..