Bab IV Analisis. 4.1 Uji Konvergensi

Transkripsi

1 Bab IV Analisis Uji Konvergensi Pendahuluan Uji Konvergensi pada model tanpa cacat Uji Konvergensi pada model cacat Analisis Tegangan Bilah Kipas Perhitungan Analitis Analisis Tegangan pada Model Bilah Kipas Analisis Kekuatan Material Analisis Cacat pada Bilah Kipas Penentuan Tegangan Nominal Pada Bilah Kipas Penentuan Faktor Konsentrasi Tegangan Perbandingan Harga Faktor Konsentrasi Tegangan Pengaruh Scalloping pada Konsentrasi Tegangan Tabel 4. 1Data Hasil Uji Konvergensi Bilah Tanpa Cacat dengan Menggunakan MSC NASTRAN Tabel 4. 2 Data Hasil Uji Konvergensi BIlah Kipas Tanpa Cacat Menggunakan CATIA- Elfini Solver Gambar 4. 1 Grafik Hasil Uji Konvergensi pada Bilah tanpa Cacat Tabel 4. 3 Data Hasil Uji Konvergensi Tegangan Daerah Cacat pada Bilah Kipas Menggunakan CATIA-Elfini Solver Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji Konvergensi Tegangan Maksimum Daerah Cacat pada Bilah Kipas Tabel 4. 4 Perhitungan Analistis Tegangan Normal pada Bilah Kipas Gambar 4.3 Distribusi Tegangan Normal Hasil Perhitungan Analitis Gambar 4.4 Hasil Analisis Numerik pada Model Tanpa Twist Tabel 4. 5 Data Tegangan Maksimum Hasil Perhitungan Numerik pada Model Tanpa Sudut twist Gambar 4.5 Hasil Analisis Numerik pada Model dengan Twist Tabel 4. 6 Data Tegangan Maksimum Hasil Perhitungan Numerik pada Model dengan Sudut Twist Gambar 4.6 Hasil Analisis Bilah Kipas TAY akibat Gaya Sentrifugal dan Gaya Dorong menggunakan perangkat lunak MSC NASTRAN dan CATIA-Elfini Solver Tabel 4. 7 Data Tegangan Nominal pada Leading Edge zona AE Tabel 4. 8 Data Tegangan Nominal pada Leading Edge Zona AD Tabel 4. 9 Data Tegangan Nominal pada Trailing Edge Zona AE Tabel Data Tegangan Nominal pada Trailling Edge Zona AD Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Lingkaran pada Leading Edge Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Lingkaran pada Trailing Edge Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Ellips pada Leading Edge Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Ellips pada Trailing Edge Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Leading Edge Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Trailing Edge Bab IV Analisis 35

2 Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan setelah Bilah Kipas mengalami Scalloping Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Model Cacat dengan Model Scalloping pada Leading Edge Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Model Cacat dengan Model Scalloping pada Trailing Edge Bab IV Analisis 36

3 Bab IV Analisis Pada bab IV ini akan diuraikan tentang uji konvergensi pada model bilah kipas dengan geometri tanpa cacat dan model cacat bilah kipas. Selanjutnya akan diuraikan tentang analisis tegangan pada bilah kipas dengan geometri tanpa cacat dan analisis cacat pada bilah kipas. 4.1 Uji Konvergensi Pendahuluan Uji konvergensi pada analisis menggunakan metode elemen hingga bertujuan untuk mendapatkan hasil yang akurat pada jumlah elemen tertentu. Pada uji konvergensi ini suatu kasus dimodelkan dengan jumlah elemen yang berbeda-beda. Semakin tinggi jumlah elemen yang digunakan, maka hasil yang didapatkan akan semakin akurat. Jika jumlah elemen yang digunakan terlalu tinggi, waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan analisis juga semakin lama. Maka dari itu uji konvergensi ini selain digunakan untuk mendapatkan hasil yang akurat, juga digunakan untuk memilih jumlah elemen paling sedikit yang hasilnya tetap akurat. Jumlah elemen yang dapat memodelkan suatu kasus dengan akurat berbeda-beda. Pada analisis struktur, jumlah elemen yang sedikit dapat digunakan untuk menganalisis kasus-kasus sederhana dengan akurat. Namun pada kasus analisis struktur dengan geometri dan pembebanan yang kompleks diperlukan jumlah elemen yang banyak untuk mendapatkan pemodelan yang akurat Uji Konvergensi pada model tanpa cacat Uji konvergensi pada model tanpa cacat dilakukan pada perangkat lunak, yaitu MSC NASTRAN dan CATIA-Elfini Solver. Hasil yang dibandingkan pada uji konvergensi ini adalah tegangan Von Mises maksimum yang terjadi pada nodal. Bab IV Analisis 37

4 Kasus yang dimodelkan pada uji konvergensi ini adalah bilah kipas yang diberi beban sentrifugal dengan kecepatan angular 8393 rpm dengan tumpuan pin (T x, T y,t z ) pada permukaan penampang root. Material yang digunakan adalah Ti6Al4V. Berikut ini adalah hasil uji konvergensi model tanpa cacat Tabel 4. 1Data Hasil Uji Konvergensi Bilah Tanpa Cacat dengan Menggunakan MSC NASTRAN Jumlah Elemen σ max (MPa) E E E E E E E E E E E+03 Tabel 4. 2 Data Hasil Uji Konvergensi Bilah Kipas Tanpa Cacat Menggunakan CATIA-Elfini Solver Ukuran Elemen Jumlah Elemen σ max (MPa) E E E E E E E E+03 Bab IV Analisis 38

5 Grafik Hasil Uji Konvergensi Max Stress (MPa) 3.50E E E E E E E E Jumlah Elemen MSC NASTRAN Elfini Solver Gambar 4. 1 Grafik Hasil Uji Konvergensi pada Bilah tanpa Cacat Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa hasil perhitungan dengan menggunakan MSC NASTRAN mampu menunjukkan hasil yang lebih stabil dimana kurva tegangan maksimum terhadap jumlah elemen tidak begitu fluktuatif. Perhitungan dengan perangkat lunak ini menunjukkan bahwa model mencapai hasil yang konvergen pada jumlah elemen di atas elemen. Sedangkan perhitungan dengan menggunakan Elfini Solver menunjukkan hasil yang lebih fluktuatif dengan rentang antara 2540 MPa hingga 3160 MPa Uji Konvergensi pada model cacat Seperti yang telah dibahas pada Bab II, di daerah benda yang terdapat diskontinuitas tegangan, misalnya cacat notch pada tepi, terjadi fenomena konsentrasi tegangan. Uji konvergensi pada model cacat ini dilakukan dengan membandingkan tegangan Von Mises maksimum yang terjadi di sekitar cacat pada beberapa jumlah elemen yang bervariasi. Pada uji konvergensi model ini, kasus yang akan dianalisis adalah cacat setengah lingkaran dengan radius cacat 10 mm pada leading edge yang berjarak 450 mm dari poros. Perangkat lunak yang digunakan dalam uji konvergensi ini adalah Elfini Solver. Tabel 4.3 dan Gambar 4.2 adalah hasil uji konvergensi model cacat: Bab IV Analisis 39

6 Tabel 4. 3 Data Hasil Uji Konvergensi Tegangan Daerah Cacat pada Bilah Kipas Menggunakan CATIA-Elfini Solver Ukuran Elemen Jumlah Elemen σ max (MPa) Uji Konvergensi Model Cacat Max Stress (MPa) Jumlah Elemen Gambar 4.2 Grafik Hasil Uji Konvergensi Tegangan Maksimum Daerah Cacat pada Bilah Kipas Hasil uji konvergensi menunjukkan bahwa harga tegangan maksimum yang dianalisis dengan menggunakan CATIA-Elfini Solfer masih fluktuatif, yaitu berkisar antara 586 MPa 605 MPa. Maka pada uji konvergensi kali ini dipilih ukuran elemen yang menunjukkan harga tegangan maksimum paling mendekati tegangan maksimum ratarata dari beberapa analisis di atas. Tegangan maksimum rata-rata pada tabel di atas adalah 598 MPa, sehingga ukuran elemen yang dipilih adalah 3 mm atau sekitar elemen. Bab IV Analisis 40

7 4.2 Analisis Tegangan Bilah Kipas Perhitungan Analitis Perhitungan analitis dilakukan untuk mengetahui besarnya tegangan normal yang terjadi di setiap penampang pada jarak-jarak tertentu dari poros putaran. Perhitungan analitis ini hanya dilakukan pada model yang mengalami beban sentrifugal murni. Berikut ini adalah tabel 4.4 hasil perhitungan analitis. Tabel 4. 4 Perhitungan Analistis Tegangan Normal pada Bilah Kipas N r (m) A (m 2 ) f s (N) σ (MPa) Bab IV Analisis 41

8 Distribusi Tegangan Normal Hasil Perhitungan Analitis Tegangan Normal (MPa) radius (m) Gambar 4.3 Distribusi Tegangan Normal Hasil Perhitungan Analitis Analisis Tegangan pada Model Bilah Kipas Sebelum melakukan analisis tegangan pada bilah kipas, analisis tegangan dilakukan secara bertahap pada beberapa model dari model yang sederhana hingga model bilah kipas. Pembebanan yang diberikan pada permodelan bertahap ini hanyalah beban sentrifugal murni. Tujuan dari permodelan secara bertahap ini adalah mengetahui bagaimana pengaruh bentuk penampang serta sudut twist benda terhadap tegangan yang terjadi apabila model diberi beban sentrifugal. Model yang digunakan dalam analisis tegangan normal kali ini antara lain: a. model bilah berpenampang persegi b. model bilah berpenampang persegi panjang dengan panjang 180mm c. model bilah berpenampang airfoil sembarang d. model bilah kipas TAY Keempat model ini divariasikan dengan menggunakan sudut twist 0 0 dan sudut twist Gambar 4.4 dan tabel 4.5 adalah hasil perhitungan tegangan menggunakan metode elemen hingga dengan perangkat lunak MSC NASTRAN. Bab IV Analisis 42

9 a. Model tanpa twist Model I Model II Model III Model IV Gambar 4.4 Hasil Analisis Numerik pada Model Tanpa Twist Tabel 4. 5 Data Tegangan Maksimum Hasil Perhitungan Numerik pada Model Tanpa Sudut twist Jenis Model Tegangan maksimum (MPa) Model I Penampang persegi Model II Penampang persegi panjang Model III Penampang airfoil sembarang 1144 Model IV TAY Dari gambar 4.3 dan tabel 4.5 dapat dilihat bahwa nilai tegangan pada model I dan II sesuai dengan perhitungan analitis. Distribusi tegangan pada kedua model ini juga seragam pada setiap penampangnya dimana tidak terjadi konsentrasi tegangan pada bagian tengah model. Sedangkan pada model III dan IV, nilai tegangan maksimal yang terjadi tidak sesuai dengan teoretis. Pada kedua model ini terjadi konsentrasi tegangan pada root bagian tengah sehingga distribusi tegangannya tidak seragam lagi di sepanjang penampang. b. Model dengan Sudut Twist 60 o Setelah melakukan analisis terhadap model tanpa sudut twist, selanjutnya dilakukan analisis terhadap model dengan sudut twist. Bab IV Analisis 43

10 Model I Model II Model III Model IV Gambar 4.5 Hasil Analisis Numerik pada Model dengan Twist Tabel 4. 6 Data Tegangan Maksimum Hasil Perhitungan Numerik pada Model dengan Sudut Twist No Model Twisted Tegangan Maksimum (MPa) I Penampang persegi 492 II Penampang persegi panjang 671 III Penampang airfoil sembarang 2160 IV TAY Dari gambar 4.6 dan tabel 4.6 dapat dilihat bahwa hanya model I yang memiliki distribusi tegangan dan nilai tegangan yang sesuai dengan perhitungan analitis. Hal ini disebabkan adanya sudut puntir pada model I tidak berpengaruh terhadap inersial benda pada sumbu x dan y. Sedangkan pada model II, III, dan IV terjadi konsentrasi tegangan pada root bagian tengah. Nilai tegangan yang terjadi mengalami peningkatan yang cukup signifikan. Pada model II terjadi peningkatan tegangan maksimum sebesar 62% dibandingkan dengan model II tanpa sudut twist. Pada model III terjadi peningkatan tegangan maksimum sebesar 88% dari model II tanpa twist. Dan pada model bilah kipas TAY terjadi peningkatan tegangan maksimum yang sangat tinggi di daerah root. Bagian tengah root bilah kipas mengalami peningkatan tegangan hingga mencapai nilai 2000MPa sedangkan tegangan maksimum terjadi pada bagian leading edge root yang mencapai 2674 MPa. Penigkatan tegangan pada model II dan III terjadi karena adanya perubahan inersia benda pada sumbu x dan y. Hal ini akan berpengaruh pada nilai pembebanan yang berubah. Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa bentuk penampang benda dan sudut puntir sangat mempengaruhi besarnya tegangan akibat gaya sentrifugal. Bab IV Analisis 44

11 Setelah analisis tegangan dengan beberapa model secara bertahap dilakukan, berikutnya dilakukan permodelan bilah kipas TAY yang diberi beban sentrifugal dan beban gaya dorong. Hasil perhitungan dengan menggunakan MSC NASTRAN adalah sebagai berikut Gambar 4.6 Hasil Analisis Bilah Kipas TAY akibat Gaya Sentrifugal dan Gaya Dorong menggunakan perangkat lunak MSC NASTRAN dan CATIA-Elfini Solver Dari data di atas dapat dilihat bahwa tegangan maksimum yang terjadi pada bilah kipas TAY akibat pembebanan sentrifugal dan gaya dorong adalah sebesar 2436MPa. Tegangan maksimum pada kasus ini nilainya lebih kecil dibandingkan tegangan maksimum yang terjadi pada kasus bilah kipas yang dibebani dengan gaya sentrifugal saja Analisis Kekuatan Material Dari analisis tegangan pada model bilah kipas TAY650-15, dapat dilihat bahwa tegangan von mises maksimum yang terjadi jauh melampaui kekuatan material Ti 6Al 4 V. Hal ini tidak sesuai dengan kenyataan di lapangan dimana pada kecepatan putar maksimum bilah kipas TAY tidak mengalami kegagalan. Kenyataan di lapangan menunjukkan bahwa bilah kipas mengalami deformasi yang cukup besar ketika bilah kipas beroperasi pada kecepatan putar maksimum sehingga sudut twist yang terjadi pada bilah mengecil. Jika sudut twist mengecil, maka seperti Bab IV Analisis 45

12 yang telah dibahas sebelumnya pembebanan juga akan mengalami perubahan sehingga tegangan maksimum yang terjadi juga semakin kecil. Asumsi yang diambil dalam analisis ini adalah elastis linier. Asumsi ini tidak memperhitungkan pengaruh perubahan geometri terhadap pembebanan dan tegangan maksimum. Maka dari itu asumsi elastis linier tidak dapat diberlakukan pada kasus ini. 4.3 Analisis Cacat pada Bilah Kipas Penentuan Tegangan Nominal Pada Bilah Kipas Pada hasil analisis sebelumnya dapat dilihat bahwa distribusi tegangan yang terjadi di sepanjang bilah kipas tidak seragam. Kontur tegangan yang terjadi relatif terkonsentrasi pada daerah root bagian tengah dan leading edge. Selain itu, perbandingan geometri cacat dengan geometri bilah kipas secara keseluruhan juga sangat kecil. Perbandingan volume bilah secara keseluruhan dengan volume bagian bilah yang hilang akibat cacat berkisar antara 669,4 hingga 1511,6. Oleh sebab itu, tegangan nominal pada kasus ini tidak dapat ditentukan secara analitis dengan menggunakan data referensi. Tegangan nominal pada kasus ini ditentukan dengan cara menghitung rata-rata tegangan yang terjadi pada daerah yang mengalami cacat. Berikut ini adalah tabel 4.7 dan tabel 4.8 yang berisi data tegangan nominal pada bagian leading edge bilah kipas. Tabel 4. 7 Data Tegangan Nominal pada Leading Edge zona AE r(mm) H (mm) (MPa) Tabel 4. 8 Data Tegangan Nominal pada Leading Edge Zona AD r(mm) h(mm) (Mpa) Sedangkan tegangan nominal pada bagian trailing edge dapat dilihat pada tabel 4.9 dan 4.10 berikut ini Bab IV Analisis 46

13 Tabel 4. 9 Data Tegangan Nominal pada Trailing Edge Zona AE r(mm) h (mm) (Mpa) Tabel Data Tegangan Nominal pada Trailing Edge Zona AD r (mm) h (mm) (Mpa) Pada tabel di atas r adalah jarak daerah cacat dari poros sedangkan h adalah jarak daerah cacat dari dasar tumpuan Penentuan Faktor Konsentrasi Tegangan Seperti telah dijelaskan pada bab yang sebelumnya bahwa bentuk cacat dimodelkan menjadi 2 jenis yaitu bentuk setengah lingkaran dan bentuk setengah ellips. Berikut ini adalah penentuan faktor konsentrasi tegangan di sekitar cacat pada bilah kipas. a. Cacat setengah lingkaran Berikut ini adalah tabel 4.11 hasil perhitungan faktor konsentrasi tegangan untuk model cacat setengah lingkaran pada daerah leading edge. Pada tabel ini data tegangan nominal ( ) berasal dari data tabel 4.7 dan tabel 4.8. Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Lingkaran pada Leading Edge LEADING EDGE Zona AE 3mm 5mm r (mm) (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Bab IV Analisis 47

14 Zona AD 5mm 7.5mm r (mm) (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Dari tabel 4.11 di atas dapat dilihat beberapa hal sebagai berikut: - Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AE berkisar antara hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AE terjadi pada model cacat dengan radius cacat 3 mm yang terletak pada jarak 290 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AD memiliki rentang yang lebih luas, yaitu berkisar antara hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AD terjadi pada model cacat dengan radius cacat 7.5 mm yang terletak pada jarak 320 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Sedangkan hasil perhitungan faktor konsentrasi tegangan untuk model cacat setengah lingkaran pada daerah trailing edge dapat dilihat pada tabel Pada tabel ini data tegangan nominal ( ) berasal dari data tabel 4.9 dan tabel Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Lingkaran pada Trailing Edge TRAILING EDGE Zona AE 3mm 5mm r (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Zona AD 5mm 7.5mm r (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Bab IV Analisis 48

15 r 5mm 7.5mm (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Dari tabel 4.12 di atas dapat dilihat beberapa hal sebagai berikut: - Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AE berkisar antara hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AE terjadi pada model cacat dengan radius cacat 3 mm yang terletak pada jarak 280 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AD berkisar antara 1,287 hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AD terjadi pada model cacat dengan radius cacat 5mm yang terletak pada jarak 320 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Dari kedua hasil perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa cacat setengah lingkaran pada daerah leading edge menghasilkan konsentrasi tegangan yang lebih besar daripada daerah trailing edge. b. Cacat Setengah Ellips Berikut ini adalah tabel 4.13 yang berisi hasil perhitungan faktor konsentrasi tegangan untuk model cacat setengah ellips. Pada tabel ini data tegangan nominal ( ) didapatkan dari data pada tabel 4.7 dan tabel 4.8. Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Ellips pada Leading Edge LEADING EDGE Zona AE a=2.5mm;b=1.5mm a=4.5mm;b=2.7mm r (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Zona AD a=5mm;b=3mm a=7.5mm;b=4.5mm r (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Bab IV Analisis 49

16 r a=5mm;b=3mm a=7.5mm;b=4.5mm (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Dari tabel 4.13 di atas dapat dilihat beberapa hal sebagai berikut: - Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AE berkisar antara hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AE terjadi pada model cacat dengan a=4.5 mm dan b=7.5 yang terletak pada jarak 290 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AD berkisar antara hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AD terjadi pada model cacat dengan radius cacat 7.5 mm yang terletak pada jarak 320 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Sedangkan hasil perhitungan faktor konsentrasi tegangan untuk model cacat setengah ellips pada daerah trailing edge dapat dilihat pada tabel Pada tabel ini data tegangan nominal ( ) berasal dari data tabel 4.9 dan tabel Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan Model Cacat Setengah Ellips pada Trailing Edge TRAILING EDGE Zona AE a=2.5mm;b=1.5mm a=4.5mm;b=2.7mm R (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Zona AD a=5mm;b=3mm a=7.5mm;b=4.5mm R (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Bab IV Analisis 50

17 Dari tabel 4.14 di atas dapat dilihat beberapa hal sebagai berikut: - Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AE berkisar antara hingga Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AE terjadi pada model cacat dengan radius cacat 5mm yang terletak pada jarak 280 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Harga faktor konsentrasi tegangan pada zona AD berkisar antara hingga 3,169 - Faktor konsentrasi tegangan paling tinggi pada zona AD terjadi pada model cacat dengan radius cacat 7.5 mm yang terletak pada jarak 320 mm dari poros putaran, yaitu sebesar Perbandingan Harga Faktor Konsentrasi Tegangan Dari data perhitungan faktor konsentrasi tegangan pada model cacat setengah lingkaran dan model cacat setengah ellips dapat dibuat grafik perbandingan antara faktor konsentrasi tegangannya. Gambar 4.7 di bawah ini adalah grafik perbandingan harga faktor konsentrasi tegangan pada beberapa model cacat yang terjadi di leading edge Bab IV Analisis 51

18 6 5 4 K r (mm) zona AE half cirrcle rad 3mm zona AE half circle rad 5mm zona AE half ellips a2.5mm;b1.5mm zona AE half ellips a4.5mm;b2.7mm zona AD half circle rad 5 mm zona AD half circle rad 7.5mm zona AD half ellips a 5mm;b3mm zona AD half ellips a7. 5mm;b4.5 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Leading Edge Dari grafik perbandingan faktor konsentrasi tegangan pada leading edge di atas dapat dilihat beberapa hal sebagai berikut: - Cacat pada zona AE memiliki harga faktor konsentrasi tengangan yang lebih tinggi daripada zona AD. Hal ini disebabkan distribusi tegangan pada daerah root leading edge yang tidak mengalami cacat tidak uniform. Seperti yang telah dijelaskan pada bagian tentang analisis tegangan pada model bilah kipas tanpa cacat, terjadi konsentrasi tegangan pada daerah root leading edge. Hal ini menyebabkan ketika terjadi cacat pada zona AE, maka konsentrasi tegangan yang terjadi merupakan kombinasi antara konsentrasi tegangan akibat cacat dengan konsentrasi tegangan pada root leading edge. - Model cacat setengah ellips menghasilkan harga faktor konsentrasi tegangan yang lebih tinggi daripada model cacat setengah lingkaran. Gambar 4.8 adalah grafik perbandingan harga faktor konsentrasi tegangan pada beberapa model cacat yang terjadi di trailing edge Bab IV Analisis 52

19 6 5 4 K r (mm) zona AE half circle rad 3mm zona AE half ellips a2.5;b1.5mm zona AD half circle rad 5mm zona AD half ellips a5mm;b3mm zona AE half circle rad 5mm zona AE half ellips a4.5;b2.7mm zona AD half circle rad 7.5mm zona AD half ellips a7.5;b4.5mm Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Trailing Edge Dari grafik perbandingan gaktor konsetrasi tegangan pada trailing edge di atas dapat dilihat beberapa hal sebagai berikut: - Cacat pada zona AE memiliki kisaran harga faktor konsentrasi tegangan yang sama dengan zona AD. Hal ini disebabkan pada daerah root trailing edge tidak terdapat konsentrasi tegangan seperti pada daerah root leading edge. - Model cacat setengah ellips menghasilkan harga faktor konsentrasi tegangan yang lebih tinggi daripada model cacat setengah lingkaran. Cacat setengah ellips menghasilkan faktor konsentrasi tegangan yang lebih tinggi daripada cacat setengah lingkaran. Hal ini disebabkan bentuk cacat setengah ellips memiliki takik yang lebih tajam daripada cacat setengah lingkaran apabila dilihat dari arah tegangan normal yang paling dominan pada bilah Pengaruh Scalloping pada Konsentrasi Tegangan Perbaikan pada cacat nicking dengan metode scalloping dapat mengurangi konsentrasi tegangan pada daerah di sekitar cacat. Berikut ini adalah hasil perhitungan numerik Bab IV Analisis 53

20 pada beberapa model bilah kipas yang sudah mengalami scalloping dengan a=6mm b=24mm. Tabel Data Faktor Konsentrasi Tegangan setelah Bilah Kipas mengalami Scalloping r Leading Edge Trailing Edge (mm) (MPa) σ max (MPa) K σ max (MPa) K Dari tabel 4.15 dapat dilihat bahwa tegangan maksimal pada daerah cacat dapat dikurangi sehingga faktor konsentrasi tegangan yang terjadi tidak begitu besar. Berdasarkan tabel 4.15, tabel 4.14 dan tabel 4.13 dapat dibandingkan faktor konsentrasi tegangan pada model cacat berupa setengah lingkaran dan setengah ellips dengan model yang mengalami perbaikan dengan metode scalloping. Gambar 4.9 adalah grafik perbandingan antara faktor konsentrasi tegangan antara model cacat dengan model yang mengalami scalloping pada daerah leading edge. Sedangkan gambar 4.10 adalah grafik perbandingan antara faktor konsentrasi tegangan antara model cacat dengan model yang mengalami scalloping pada daerah trailing edge K r(mm) zona AD Half Circle rad 5mm zona AD Half Circle rad 7.5mm zona AD Half Ellips a5mm;b3mm Zona AD Half Ellips a7.5mm;b4.5mm zona AD Scalloping AA6mm Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Model Cacat dengan Model Scalloping pada Leading Edge Bab IV Analisis 54

21 K r(mm) zona AD Half Circle rad 5mm zona AD Half Circle rad 7.5mm zona AD Half Ellips a5mm;b3mm Zona AD Half Ellips a7.5mm;b4.5mm zona AD Scalloping AA6mm Gambar 4.10 Grafik Perbandingan Faktor Konsentrasi Tegangan pada Model Cacat dengan Model Scalloping pada Trailing Edge Dari grafik yang ditampilkan pada gambar 4.9 dan 4.10 di atas dapat dilihat bahwa harga faktor konsentrasi tegangan pada model yang mengalami scalloping lebih rendah dibandingkan dengan model cacat setengah lingkaran maupun setengah ellips dengan kisaran harga antara hingga Oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa perbaikan bilah kipas yang mengalami nicking dengan menggunakan metode scalloping cukup efektif untuk menurunkan harga faktor konsentrasi tegangan. Bab IV Analisis 55