ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN

Transkripsi

1 ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ALFANSYURI NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009

2 ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN ALFANSYURI NIM Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Prof.Dr.Ir.Bustami Syam MSME NIP NIP

3 ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN Oleh: ALFANSYURI Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar tugas skripsi Periode ke-543 tanggal 11 juli 2009 Disetujui oleh: Dosen pembanding I Dosen Pembanding II DR.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Tugiman, MT NIP NIP

4

5

6

7 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis struktur kerucut jalan yang dikenai beban impak dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu: Survei ukuran dari kerucut komersial, melakukan permodelan dengan software AutoCad 2000 dan simulasi dengan metode elemen hingga menggunakan software Msc. Nastran 4.5. Setelah melakukan pengamatan di beberapa lokasi pada pengimpakan atas tegangan terbesar terjadi pada arah z sekitar 69,7 MPa tepatnya dititik 4, pada pengimpakan tiga perempat ketinggian kerucut tegangan terbesar terjadi pada arah z sekitar 34,37 MPa tepatnya dititik 4, dan pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut tegangan terbesar terjadi pada arah z sekitar 45,05 MPa, sehingga disimpulkan bahwa titik 4 yaitu berada di kaki kerucut (100 m dari base kerucut) berpotensial mengalami kerusakan struktur terbesar akibat pengimpakan pada beberapa lokasi. Dari hasil simulasi juga menunjukkan bahwa untuk ketiga tipe pengimpakan (impak atas, impak tiga perempat, impak setengah), konsentrasi tegangan lebih besar terjadi pada pengimpakan atas yang diasumsikan akibat tertabrak mobil dibandingkan pengimpakan akibat tertabrak motor dan uji bandul. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengimpakan akibat tabrakan mobil dapat lebih merusak struktur kerucut jalan. Kata kunci : Analisis struktur, Msc. Nastran 4.5, kerucut jalan.

8 KATA PENGANTAR Puji syukur hanya bagi Allah, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-nya. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat dan orang-orang yang mengikutinya hingga akhir zaman. Alhamdulillah, atas izin-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun judul Skripsi ini adalah Analisis struktur produk pengarah jalan bentuk kerucut menggunakan MSC-Nastran. Penyelesaian skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Alm.Ayahanda dan Ibunda tercinta terima kasih ananda haturkan atas segala cinta dan kasih mereka yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta do anya demi kesuksesan ananda, juga ucapan terima kasih kepada seluruh keluarga penulis; Syahrul, Lisa dan Reza yang menjadi warna dan dapat menghibur bagi penulis. 2. Bapak Prof. Dr. Bustamy syam 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,

9 ST.MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin 4. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin. 5. Seluruh Asisten Laboratorium pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, khususnya rekan-rekan seperjuangan di Laboratorium Menggambar Teknik 6. Teman-teman mahasiswa Mesin USU khususnya untuk stambuk 2004 dan Akhir kata semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa lain. Medan, juni 2009 Alfansyuri NIM

10 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING i LEMBAR PENGESAHAN PEMBANDING ii SPESIFIKASI TUGAS iii KARTU BIMBINGAN iv LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI v ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA vi ABSTRAK vii KATA PENGANTAR viii DAFTAR ISI x DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR TABEL xv DAFTAR NOTASI xvi BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Tujuan umum Tujuan khusus Perumusan Masalah Metodologi Batasan Masalah Sistematika Penulisan 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA` Pendahuluan Tentang Polimer Metode Elemen Hingga Langkah-Langkah Metode Elemen Hingga Kelebihan dan Kekurangan Metode Elemen Hingga Msc/Nastran

11 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Pendahuluan Tempat Dan Waktu Tempat Waktu Traffic Cone Komersial Diagram Alir Simulasi Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik dari Material Prosedur Simulasi Permodelan kerucut jalan Proses Import Ke Msc Nastran Mendefenisikan Material Properties Mendefinisikan Element/Property Type Proses Meshing Penerapan Constraint Penerapan Load Proses Analyzing 34 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pendahuluan Simulasi kerucut lalu lintas Impak Atas Impak pada tiga perempat ketinggian Impak pada ketinggian setengah 58 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 68 DAFTAR PUSTAKA 69 LAMPIRAN

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Bentuk-bentuk elemen dasar 11 Gambar 2.2. Elemen Tetrahedral 12 Gambar 3.1.(a). Marka kerucut komersial 22 Gambar. 3.1(b). Marka kerucut polimer konvensional 23 Gambar Traffic cone standart desain 24 Gambar 3.3. Diagram alir permodelan dengan AutoCAD Gambar 3.4. Diagram alir simulasi dengan Nastran 5.4 for Windows 26 Gambar 3.4. Diagram alir simulasi dengan Nastran 5.4 for Windows (Lanjutan) 27 Gambar 3.5. Tampilan pembuka Msc. Nastran Gambar 3.6. Tampilan proses import 30 Gambar 3.7. Tampilan material properties 30 Gambar 3.8. Tampilan element type 31 Gambar 3.9. Tampilan penerapan meshing 32 Gambar Tampilan hasil meshing 32 Gambar Tampilan constraint 33 Gambar Tampilan penerapan load 34 Gambar Tampilan Analyze 34 Gambar 4.1. Ukuran kerucut jalan komersial 36 Gambar 4.2. kerucut jalan komersial 36 Gambar 4.3. Lokasi impak pada kerucut jalan 37 Gambar 4.3. Lokasi impak pada kerucut jalan (lanjutan) 39 Gambar 4.4. Model kerucut jalan di Nastran Setelah di Import dari AutoCAD 39 Gambar 4.5. Kotak dialog mesh 39 Gambar 4.6. Kerucut jalan yang sudah di mesh 40 Gambar 4.7. Kotak dialog jenis Material. 40 Gambar 4.8. Kotak dialog material dan sifat mekaniknya 41 Gambar 4.9. Kerucut jalan yang diberikan beban 42 Gambar Kotak dialog beban dinamis 43

13 Gambar Kotak Dialog Model Fungsi 44 Gambar Kurva Tegangan Insiden vs Waktu Impak 44 Gambar Nastran analysis control 45 Gambar Distribusi tegangan VonMises impak atas 46 Gambar Distribusi tegangan normal sumbu-x impak atas 47 Gambar Distribusi tegangan normal sumbu-y impak atas 48 Gambar Distribusi tegangan normal sumbu-z impak atas 49 Gambar Grafik solid Von Mises pada elemen 25344, , Gambar Grafik solid x Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Grafik solid y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Grafik solid z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Distribusi tegangan VonMises pada tiga perempat ketinggian 52 Gambar Distribusi tegangan Normal sumbu-x pada tiga perempat ketinggian 53 Gambar Distribusi tegangan Normal sumbu-y pada tiga perempat ketinggian 53 Gambar Distribusi tegangan Normal sumbu-z pada tiga perempat ketinggian 54 Gambar Grafik solid Von Mises pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175, Gambar Grafik solid x Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Grafik Solid y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Grafik Solid z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Distribusi tegangan solid VonMises stress 59

14 Gambar 431. Distribusi tegangan Normal Sumbu-x pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut 60 Gambar Distribusi tegangan Normal Sumbu-y pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut 61 Gambar Distribusi tegangan Normal Sumbu-z pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut 62 Gambar Grafik Solid VonMises pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175, Gambar Grafik Solid x Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Grafik Solid y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, Gambar Grafik Solid z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1. Sifat fisik dan mekanis material polypropylene 11 Tabel 4.1. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan atas dengan variasi jarak 50 Tabel 4.2. Tegangan setiap elemen pada tiga perempat ketinggian dengan variasi jarak 57 Tabel 4.3. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut dengan variasi jarak 63

16 DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan A = Luas permukaan bandul m 2 D = Diameter impak m E = Nilai Elastisitas bahan Pa F = Gaya sentuh N FEA = Finite Element Analisys (Analisa Elemen Hingga/Tegangan) Pa L = Tinggi kerucut m M = Massa kg S ut = Ultimate strenght Pa S y = Yield strenght Pa υ = Poison ratio - ρ = Massa jenis kg/m 3

17 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1. Analisa Menggunakan MSC/NASTRAN Permodelan menggunakan software AutoCAD Tabel material properties 70