ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA

Transkripsi

1 ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik AHMAD BALKO ITM SIREGAR NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API MENGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA AHMAD BALKO ITM SIREGAR NIM Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng. NIP NIP

3 ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API MENGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA AHMAD BALKO ITM SIREGAR NIM Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-579 pada Tanggal 05 Juli 2010 Pembanding I Pembanding II Ir.Alfian Hamsi, M.Sc Ir.Syahrul Abda, M.Sc NIP NIP

4 ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API MENGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA AHMAD BALKO ITM SIREGAR NIM Telah Disetujui oleh : Pembimbing/Penguj, Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng NIP Penguji I, Penguji II, Ir.Alfian Hamsi, M.Sc Ir.Syahrul Abda, M.Sc NIP NIP Diketahui Oleh : Departemen Teknik Mesin Ketua, Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP

5 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 904 / TS / 2009 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / / 20 MEDAN PARAF : TUGAS SKRIPSI NAMA NIM. : MATA KULIAH SPESIFIKASI TUGAS : AHMAD BALKO ITM SIREGAR : MEKANIKA KEKUATAN BAHAN : Pelajari konstruksi rem pada kereta api, khususnya backing plate pada blok rem. Selanjutnya, pelajari metode elemen hingga untuk maksud mensimulasikan keadaan backing plate apabila mengalami perubahan pada saat pengereman kereta api. Lakukan simulasi tersebut menggunakan perangkat lunak berlisensi sumber terbuka. Sebagai perbandingan hasil yang dikeluarkan perangkat lunak berlisensi sumber terbuka yang dipilih, rujuklah suatu karya lain yang terdahulu sebagai sumber data perbandingan (data sekunder). Lengkapi dengan diskusi hasil perbandingan data kesimpulan kehandalan perangkat lunak berlisensi sumber terbuka yang dipilih. DIBERIKAN TANGGAL : 04 / 11 / 2009 SELESAI TANGGAL : 25 / 06 / 2010 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, MEDAN, 04 NOPEMBER 2009 DOSEN PEMBIMBING, Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng NIP NIP

6 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA No.: 904 /TS / 2009 Sub. Program Studi : Teknik Produksi Bidang Tugas : Mekanika Kekuatan Bahan Judul Tugas : Analisis Simulasi Elemen Hingga Kekuatan Backing Plate Pada Blok Rem Kereta Api Menggunakan Perangkat Lunak Berbasis Sumber Terbuka Diberikan Tanggal : 04 Nopember 2009 Selesai Tgl. : 25 Juni 2010 Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting, M.Eng. Nama Mahasiswa : Ahmad Balko ITM Siregar NIM. : NO TANGGAL KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN 1 04 Nopember 2009 Pemberian Spesifikasi Tugas 2 10 Nopember 2009 Diskusi Kasus dan Metode 3 05 Desember 2009 Diskusi Lanjutan Studi Kasus 4 13 Januari 2010 Diskusi Lanjutan Studi Kasus 5 18 Februari 2010 Diskusi Hasil Simulasi 6 01 Maret 2010 Asistensi BAB I 7 23 Maret 2010 Asistensi BAB II 8 20 April 2010 Asistensi Perbaikan BAB II 9 04 Mei 2010 Asistensi BAB III Mei 2010 Asistensi BAB IV Juni 210 Pemeriksaan Akhir Juni 2010 ACC Seminarkan Tanda Tangan Dosen Pemb. CATATAN Kartu ini harus diperlihatkan kepada sen Pembimbing setiap Asistensi. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan Asistensi telah selesai. Diketahui, Ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP

7

8

9

10 KATA PENGANTAR Hai orang-orang beriman apabila dikatakan kepadamu: "Berlapanglapanglah dalam majlis", maka lapangkanlah niscaya Allah akan memberi kelapangan untukmu. Dan apabila dikatakan: "Berdirilah kamu", maka berdirilah, niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat. Dan Allah Maha Mengetahui apa yang kamu kerjakan. (QS Al Mujadilah : 11) Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik Mesin FT-USU. Adapun judul Skripsi ini adalah Analisis Simulasi Elemen Hingga Kekuatan Backing Plate Pada Blok Rem Kereta Api Menggunakan Perangkat Lunak Berbasis Sumber Terbuka. Dalam proses pengerjaan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, data-data, dan lain-lain. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ayahanda H. Imron Muttaqin Siregar dan Ibunda tercinta Hj. Faizah Mustaqimah Harahap terima kasih ananda haturkan atas segala cinta dan kasih mereka yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta do anya demi kesuksesan ananda, penulis juga ucapan terima kasih kepada abanganda : Sentosa Pardamean Siregar, Muhammad Ali Ansor Siregar, Ali Masykur Siregar dan Ahmad Fauzi ITM Siregar dan kakak-kakak penulis : Nur Hidayah Siregar, Derhanun Siregar, dan Husnil Khotimah Siregar yang menjadi warna dan dapat menghibur bagi penulis. 2. Bapak Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan pelajaran 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. 4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin. 5. Teman-teman mahasiswa : Ilham Jauhari, Namira Farhayati Lubis, Gunawan, Raja Naposo, Imbarko, Parhan dan masih banyak lagi yang tidak bisa dituliskan satu persatu namanya khusus untuk stambuk 2005 salam solidarity forever. Akhir kata semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca. Medan, Juli 2010 Ahmad Balko ITM Siregar NIM

11 ABSTRAK Backing plate merupakan bagian dari blok rem kereta api. Merancang backing plate perlu dilakukan analisis simulasi elemen hingga untuk mengetahui kekuatan backing plate pada blok rem kereta api apabila mengalami perubahan pada saat pengereman. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan hasil simulasi backing plate pada blok rem kereta api apabila mengalami pembebanan dengan menggunakan perangkat lunak Salome Meca yang berlisensi tebuka kemudian membandingkan hasil keluaran dari Salome Meca yang berlisensi sumber terbuka dengan perangkat lunak komersial ANSYS dan merekomendasikan hasil yang diperoleh. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap pengerjaan yaitu: instalsi perangkat lunak sistem operasi linux sabily, instalasi aplikasi Salome Meca, kemudian melakukan permodelan dengan perangkat lunak SolidWorks 2007 dan simulasi elemen hingga menggunakan perangkat lunak Salome Meca yang berbasis sumber terbuka yang kemudian dibandingkan hasilnya dengan perangkat lunak komersial ANSYS. Setelah melakukan simulasi maka didapatlah nilai defleksi pada backing plate dengan perangkat lunak Salome Meca ketebalan 3 mm adalah sebesar 27 mm, ketebalan 4 mm adalah 12.2 mm, dan pada profil alur ketebalan 4 mm adalah 3.35 mm. Defleksi pada backing plate dengan perangkat lunak ANSYS berbasis berbayar ketebalan 3 mm adalah 27.9 mm, ketebalan 4 mm adalah mm, dan pada profil ketebalan 4 mm adalah 3.4 mm. Kesimpulan dari penelitian ini adalah perangkat lunak Salome Meca dapat berjalan dengan baik pada sistem operasi linux yang berbasis sumber terbuka sebagai perangkat lunak yang mampu bersaing dengan perangkat lunak komersial untuk menyelesaikan persoalan-persoalan dalam bidang keteknikan. Kata kunci : Analisis Simulasi, Backing Plate, Salome Meca, ANSYS

12 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN DARI PEMBIMBING LEMBAR PERSETUJUAN DARI PEMBANDING SPESIFIKASI TUGAS LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI KATA PENGANTAR ABSTRAK DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah/Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA` Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga Perangkat Lunak Elemen Hingga Berbayar ANSYS Sumber Terbuka (Open Source) Aplikasi Perangkat Lunak Elemen Hingga Lisensi Sumber Terbuka Salome Code Aster Metode Elemen Hingga Metode Elemen Hingga Pada Kasus Analisis Stuktur Regangan Pada Bidang Tiga Dimensi Backing Plate 28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Instalasi Sistem Operasi Distro Linux Instalasi Aplikasi Salome Meca Simulasi Diagram Alir Simulasi Diagram Alir Penelitian 51 i ii iii iv v vi vii viii x xi xiii

13 BAB IV HASIL DAN DISKUSI Hasil Simulasi Elemen Hingga Backing Plate Hasil Defleksi Simulasi Backing Plate Dengan Salome Meca Hasil Defleksi Simulasi Backing Plate Dengan ANSYS Perbandingan Hasil Defleksi Simulasi Salome Meca Dengan ANSYS Diskusi Displacement Persen Ralat 60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 62 DAFTAR PUSTAKA 63 LAMPIRAN 64

14 DAFTAR TABEL HAL Tab el 2.1 Tegangan Normal dan Regangan Normal 27 Tab el 4.1 Perbandingan Hasil Defleksi Pada Simulasi Salome Meca Dengan ANSYS 57

15 DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Format Eficas dan File Comm 14 Gambar 2.2 Pemodelan Suatu Benda Menggunakan Metode Elemen Hingga 15 Gambar 2.3 Elemen 1 Dimensi 17 Gambar 2.4 Elemen 2 Dimensi 18 Gambar 2.5 Elemen 3 Dimensi 18 Gambar 2.6 Model Elemen 3 Dimensi 20 Gambar 2.7 Elemen Tetrahedral 21 Gambar 2.8 Beberapa model backing plate 30 Gambar 3.1 Tampilan pilihan instalasi 31 Gambar 3.2 Tampilan pilihan bahasa 32 Gambar 3.3 Tampilan pilihan lokasi waktu 32 Gambar 3.4 Tampilan pilihan susunan papan ketik 33 Gambar 3.5 Tampilan persiapan ruang disk 33 Gambar 3.6 Tampilan pengisian data pengguna 34 Gambar 3.7 Tampilan siap untuk diinstal 34 Gambar 3.8 Tampilan Proses Instalsi Sistem 35 Gambar 3.9 Tampilan Instalasi Selesai 35 Gambar 3.10 Tampilan Terminal Linux Untuk Memperoleh Aplikasi Salome Meca 36 Gambar 3.11 Tampilan Terminal Linux Untuk Memperoleh Direktori Salome Meca 36 Gambar 3.12 Tampilan Terminal Linux Untuk Membuka File 37 Gambar 3.13 Tampilan Membuka Salome Meca 38 Gambar 3.14 Lokasi Tumpuan; a.backing plate flat, b.backing plate alur 40 Gambar 3.15 Ketidak sesuaian dimensi holder dengan dimensi blok rem 40 Gambar 3.16 Lokasi pembebanan; a.backing plate flat, b.backing plate alu r 41 Gambar 3.17 Tampilan Modul geometri 42 Gambar 3.18 Import Geometri 42

16 Gambar 3.19 Tampilan Pembuatan Grup 43 Gambar 3.20 Tampilan Hipotesis Mesh 44 Gambar 3.21 Tampilan Hasil Mesh 44 Gambar 3.22 Tampilan wizard analisis linear elastic 45 Gambar 3.23 Tampilan Pendefenisian Material 46 Gambar 3.24 Tampilan pada area constrain 46 Gambar 3.25 Tampilan Update Mesh 47 Gambar 3.26 Tampilan Post-Processing 48 Gambar 3.27 Diagram Alir Simulasi Salome Meca 50 Gambar 3.28 Diagram Alir Penelitian 52 Gambar 4.1 Defleksi maksimum Backing Plate flat dengan ketebalan 3mm 53 Gambar 4.2 Defleksi maksimum Backing Plate flat dengan ketebalan 4mm 54 Gambar 4.3 Defleksi maksimum Backing Plate profil dengan ketebalan 4mm 54 Gambar 4.4 Defleksi maksimum Backing Plate flat dengan ketebalan 3mm 55 Gambar 4.5 Defleksi maksimum Backing Plate flat dengan ketebalan 4mm 56 Gambar 4.6 Defleksi maksimum Backing Plate profil dengan ketebalan 4mm 56 Gambar 4.7 Defleksi pada backing plate 58 Gambar 4.8 Lokasi Tumpuan; a.backing plate flat, b.backing plate alur 58 Gambar 4.9 Lokasi pembebanan; a.backing plate flat, b.backing plate alur 58

17 DAFTAR NOTASI σ = tegangan normal (N/m 2 ) F u(x) = gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan (N) = fungsi peralihan elemen { } = vektor kolom [k] {σ} = matriks kekakuan elemen = 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 {ε} [d] {u} δ L = modulus Young (Mpa) = matriks kolom regangan = matriks operator dengan peralihan = matriks kolom peralihan = pertambahan panjang total (mm) = panjang mula-mula (m)