KAJIAN SEBARAN SUHU PADA CAKRAM REM MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK ELEMEN HINGGA BERBASIS SUMBER TERBUKA SKRIPSI

Transkripsi

1 KAJIAN SEBARAN SUHU PADA CAKRAM REM MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK ELEMEN HINGGA BERBASIS SUMBER TERBUKA SKRIPSI Skripsi yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ILHAM JAUHARI NIM DEPARTEMEN TEKNIK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010 Universitas Sumatera Utara

2 Universitas Sumatera Utara

3 Universitas Sumatera Utara

4 Universitas Sumatera Utara

5 Universitas Sumatera Utara

6 Universitas Sumatera Utara

7 Universitas Sumatera Utara

8 Universitas Sumatera Utara

9 Universitas Sumatera Utara

10 KATA PENGANTAR Allah, tidak ada Tuhan (yang berhak disembah) melainkan Dia Yang Hidup kekal, lagi terus-menerus mengurus (makhluk-nya), tidak mengantuk dan tidak tidur. Kepunyaan-Nya apa yang di langit dan di bumi. Tiada yang dapat memberi syafaat di sisi Allah tanpa seijin-nya? Allah mengetahui apa yang dihadapan mereka dan di belakang mereka, dan mereka tidak mengetahui apaapa dari ilmu Allah melainkan apa yang dikehendaki-nya. Kursi Allah meliputi langit dan bumi dan Allah tidak merasa berat memelihara keduanya, dan Allah Maha Tinggi lagi Maha Besar. (Al-Baqarah:255) Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul Kajian Sebaran Suhu Pada Cakram Rem Menggunakan Perangkat Lunak Elemen Hingga Berbasis Sumber Terbuka. Penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lainlain dalam penyelesaian skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ayahanda Alm. H. Tukino dan Ibunda tercinta Sumiati. S yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta do anya demi kesuksesan penulis. Juga seluruh keluarga penulis; abanganda Surya Edy Syahputra, Syafriza Ery Kurniawan, Irwan Sastra Gunwan dan adinda Ade Irham Fauza Febriansyah serta Syafrina Wahyu Syahputri. Serta seluruh keluarga yang mewarnai dan menjadi semangat hidup bagi penulis. 2. Bapak Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. 3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin. Bapak Ir.Tugiman,MT selaku koordinator skripsi. 4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik. 5. Teman-teman Ahmad Balko ITM Siregar, Gunawan, Epi Susianti, Raja Naposo Harahap, Imbarko, dan untuk stambuk 2005, salam solidarity. Akhir kata penulis ucapkan semoga Skripsi ini bermanfaat. Medan, Juni 2010 Ilham Jauhari NIM Universitas Sumatera Utara

11 ABSTRAK Cakram rem merupakan salah satu komponen utama rem cakram yang terdapat pada otomotif roda 4 (empat) jenis minibus, fungsinya memperlambat bahkan menghentikan laju kendaraan. Tinginya temperatur cakram rem saat pengereman perlu dilakukan kajian sebaran suhu cakram rem guna mengetahui sebaran suhu yang terjadi untuk menghindari kerusakan dini komponen rem. Tujuan kajian ini untuk mendapatkan hasil simulasi sebaran suhu saat pengereman. Kajian ini dilakukan beberapa tahap pengerjaan yaitu: merujuk suatu kasus suhu cakram rem, pemodelan 2 (dua) jenis cakram rem berbeda yaitu dengan dan tanpa ventilasi dan mensimulasikannya menggunakan perangkat lunak sumber terbuka Salome Meca dan hasilnya dibandingkan dengan perangkat lunak komersial MSC.NASTRAN. Hasil simulasi menggunakan perangkat lunak sumber terbuka Salome Meca didapatkan berupa sebaran suhu sebesar 288 C pada kedua jenis cakram rem, tetapi memiliki sebaran suhu dengan graduasi warna berbeda, dan terlihat pada cakram rem dengan ventilasi memiliki sebaran suhu lebih kecil, sedangkan hasil simulasi menggunakan perangkat lunak komersial MSC.NASTRAN sebesar 288,461 C. Kesimpulan kajian ini adalah perangkat lunak Salome Meca dapat berjalan dengan baik pada sistem operasi CAELinux 2009 pada Distro Ubuntu 8.04 berlisensi sumber terbuka dapat digunakan sebagai perangkat lunak pendukung analisis metode elemen hingga yang mampu bersaing (reliable) dengan perangkat lunak komersial MSC.NASTRAN. Kata kunci : cakram rem, suhu, simulasi, Salome Meca 4.1.4, MSC.NASTRAN. Universitas Sumatera Utara

12 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR NOTASI... i ii iii v vii viii BAB I BAB II BAB III PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Sistematika Penulisan... 6 TINJAUAN PUSTAKA` 2.1 FEA (Finite Element Analisys) Software Yang Berbayar Perangkat Lunak Metode Elemen Hingga MSC.NASTRAN Studi Kasus Menggunakan MSC. NASTRAN Sumber Terbuka (Open Source) Apa Itu Open Source? Sejarah Singkat Open Source Linux CAELinux Salome Meca Salome Code_Aster Metode Elemen Hingga Prosedur Metode Elemen Hingga Matriks Kekakuan Elemen Hingga Tipe-Tipe Elemen Dalam Metode Elemen Hingga Penerapan Metode Elemen Hingga Pada Perpindahan Panas Elemen Triangular Linier Elemen Tetrahedral Cakram Rem METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Instalasi Sistem Operasi CAELinux Prosedur Simulasi Pre-Processing (Geometri dan Meshing) Analisa Diagram Alir Simulasi Diagram Alir Penelitian Universitas Sumatera Utara

13 BAB IV BAB V HASIL DAN DISKUSI 4.1 Simulasi Menggunakan Perangkat Lunak Salome Meca Simulasi Cakram rem Tanpa Ventilasi Simulasi Cakram rem Dengan Ventilasi Perbandingan Simulasi Salome Meca Dengan MSC. NASTRAN Proses Simulasi Cakram Rem Tanpa Ventilasi Dengan Perangkat Lunak MSC. NASTRAN Proses Simulasi Cakram Rem Dengan Ventilasi Dengan Perangkat Lunak MSC. NASTRAN Proses Simulasi Dengan Salome Meca Perbandingan Hasil Simulasi Cakram rem Tanpa Ventilasi Perbandingan Hasil Simulasi Cakram rem Dengan Ventilasi KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN ix Universitas Sumatera Utara

14 Gambar 2.1. Gambar 2.2 DAFTAR GAMBAR Hasil simulasi distribusi temperatur pada disk brake tanpa ventilasi... 8 Hasil simulasi distribusi temperatur pada disk brake dengan ventilasi... 9 Gambar 2.3 Geometri disk brake Gambar 2.4 Hasil meshing cakram rem Gambar 2.5 Modul post processing pada Salome Gambar 2.6 Skema penyelesaian dengan Salome Meca Gambar 2.7 Elemen 1 dimensi Gambar 2.8 Elemen 2 dimensi Gambar 2.9 Elemen 3 dimensi Gambar 2.10 Suhu T adalah di dalam elemen suhu dengan tiga simpul Gambar 2.11 Elemen triangular (segitiga) tiga node Gambar 2.12 Elemen tetrahedron (segitiga) tiga dimensi empat node Gambar 2.13 Suhu Keadaan Panas Gambar Permukaan Disk Brake Simulasi Gambar 2.15 Sebaran Tekanan Dinamik Pada Kelajuan v = 110 dan Tekanan P = 4 MPa Gambar 2.16 Sepatu Rem Gambar 3.1 Tampilan pertama saat penginstalan pada DVD Live Ubuntu Gambar 3.2 Pemilihan bahasa yang yang digunakan untuk pengguna Gambar 3.3 Pemilihan Negara untuk pengguna Gambar 3.4 Tampilan pilihan keyboard yang ingin digunakan Gambar 3.5 Memilih hasdisk yang akan digunakan Gambar 3.6 Pembagian hardisk yang akan digunakan Gambar 3.7 Data diri yang harus diisi pengguna Gambar 3.8 Sistem operasi siap diinstall Gambar 3.9 Proses penginstallan Gambar 3.10 Proses penginstallan telah selesai Gambar 3.11 Membuka aplikasi salome meca dengan ikon Gambar 3.12 Membuka aplikasi salome meca dengan terminal Gambar 3.13 Membuka aplikasi modul geometri pada salome meca Gambar 3.14 Sket disk brake Gambar 3.15 Sket yang telah dijadikan permukaan Gambar 3.16 Face yang telah diberi vector Gambar 3.17 Hasil revolution Gambar 3.18 Objek solid yang digunnakan untuk meng cut revolution 45 Gambar 3.19 Hasil cut yang telah dilakukan Gambar 3.20 Sebuah silinder yang telah dibuat Gambar 3.21 Silinder yang telah di multi rotation Gambar 3.22 Finishing geometri disk brake 3D Gambar 3.23 Mesh module Gambar 3.24 Create mesh Gambar 3.25 Proses meshing Gambar 3.26 Hasil meshing yang dilakukan Universitas Sumatera Utara

15 Gambar 3.27 Mesh module Gambar 3.28 Solving Gambar 3.29 Diagram Alir Simulasi Salome Meca Gambar 3.30 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Hasil simulasi disk brake tanpa vetilasi menggunakan Salome Meca Gambar 4.2 Hasil clipping terhadap sumbu X//Y Gambar 4.3 Cut plane hasil simulasi Gambar 4.4 Hasil simulasi disk brake tanpa vetilasi menggunakan Salome Meca Gambar 4.5 Hasil clipping terhadap sumbu X//Y Gambar 4.6 Cut plane hasil simulasi Gambar 4.7 Import geometri yang akan di analisa Gambar 4.8 Geometri Scale Factor untuk menampilkan geometri Gambar 4.9 Konfirmasi Geometri Scale Factor Gambar 4.10 Konfirmasi Geometri Scale Factor Gambar 4.11 Draw workplane Gambar 4.12 Draw workplane Gambar 4.13 Pandangan isometric Gambar 4.14 Setting parameter meshing Gambar 4.15 Input material properties Gambar 4.16 Input geometri disk brake Gambar 4.17 Disk brake yang telah di Mesh Gambar 4.18 Input beban thermal Gambar 4.19 Input beban thermal Gambar 4.20 Input temperatur pada surface Gambar 4.21 Input beban thermal Gambar 4.22 Input beban thermal Gambar 4.23 Dialog konfirmasi analisa solving Gambar 4.24 Pengaturan tampilan post processing MSC. NASTRAN Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Gambar 4.28 Hasil simulasi cakram rem tanpa ventilasi menggunakan perangkat lunak Salome Meca berbasis open source. 66 Hasil simulasi cakram rem tanpa ventilasi menggunakan perangkat lunak MSC. NASTRAN Hasil simulasi cakram rem dengan ventilasi menggunakan perangkat lunak Salome Meca berbasis open source. 67 Hasil simulasi cakram rem dengan ventilasi menggunakan perangkat lunak MSC. NASTRAN Universitas Sumatera Utara

16 DAFTAR NOTASI σ = tegangan normal (N/m 2 ) F = gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan (N) u(x) = fungsi peralihan elemen { } = vektor kolom [k] = matriks kekakuan elemen {σ} = vektor tegangan τ = tegangan geser (N/m 2 ) V = komponen gaya yang sejajar dengan bidang elementer (N) A = luas bidang (m 2 ) σ x = tegangan normal yang bekerja pada bidang x (N/m 2 ) σ y = tegangan normal yang bekerja pada bidang y (N/m 2 ) σ z = tegangan normal yang bekerja pada bidang z (N/m 2 ) τ xy = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah y (N/m 2 ) τ xz = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah z (N/m 2 ) τ yz = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal y dalam arah z (N/m 2 ) E = modulus Young (Mpa) {ε} = matriks kolom regangan [d] = matriks operator dengan peralihan {u} = matriks kolom peralihan δ = pertambahan panjang total (mm) L = panjang mula-mula (m) Universitas Sumatera Utara