ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK SILINDER MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik AHMAD DAHRUL NASUTION NIM. 030401052 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK SILINDER MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN AHMAD DAHRUL NASUTION NIM. 030401052 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. 132 018 668 NIP. 131 459 551 ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN
BENTUK SILINDER MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN Oleh: AHMAD DAHRUL NASUTION 0 3 0 4 0 1 0 5 2 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. 132 018 668 NIP. 131 459 557
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis struktur silinder 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 silinder 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 silinder (100 m dari base silinder) 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 silinder jalan. Kata kunci : Analisis struktur, Msc. Nastran 4.5, silinder jalan.
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 Stuktur produk pengarah jalan bentuk silinder 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. 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; Lokot Maratua, Rusdah Noer, Solahuddin dan Suhailah Noer yang menjadi warna dan dapat menghibur bagi penulis. 2. Bapak Prof. Dr. Bustami 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, 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 2003, 2004. Akhir kata semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa lain. Medan, Juni 2009 Ahmad Dahrul Nasution NIM.03 0401 052
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI Hal i DAFTAR ISI iii DAFTAR GAMBAR v DAFTAR TABEL vii BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Tujuan Penelitian 4 1.4 Metodologi 4 1.5 Batasan Masalah 5 1.6 Sistematika Penulisan 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA` 7 2.1 Pendahuluan 7 2.2 Tentang Polimer 8 2.3 Metode Elemen Hingga 9 2.3.1 Langkah-Langkah Metode Elemen Hingga 10 2.3.2 Kelebihan dan Kekurangan Metode Elemen Hingga 18 2.4 MSC/NASTRAN 4.5 19 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 21 3.1 Pendahuluan 21 3.2 Tempat dan Waktu 21 3.2.1 Tempat 21 3.2.2 Waktu 21 3.3 Stick cone Komersial 22 3.4 Diagram Alir Simulasi 24
3.5 Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik Dari Material 27 3.6 Prosedur Simulasi 27 3.6.1 Permodelan Silinder jalan 27 3.6.2 Proses import ke Msc Nastran 28 3.6.3 Mendefenisikan Material Properties 29 3.6.4 Mendefinisikan Element/Property type 30 3.6.5 Proses Meshing 30 3.6.6 Penerapan constraint 32 3.6.7 Penerapan Load 33 3.6.8 Proses Analyzing 34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 35 4.1 Pendahuluan 35 4.2 Simulasi Silinder jalan komersial 35 4.2.1 Impak Atas 39 4.2.2 Impak pada tigaperempat ketinggian 52 4.2.3 Impak pada ketinggian setengah 59 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 66 5.1 Kesimpulan 66 5.2 Saran 67 DAFTAR PUSTAKA 68 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Bentuk-bentuk elemen dasar 11 Gambar 2.2 Elemen Tetrahedral 12 Gambar 3.1. Marka silinder Komersial 22 Gambar 3.2 Diagram Alir Permodelan Dengan Autocad 2002 24 Gambar 3.3 Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 5.4 for Windows 25 Gambar 3.4 Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 5.4 for Windows (Lanjutan) 26 Gambar 3.5 Tampilan Pembuka Msc. Nastran 4.5 28 Gambar 3.6. Tampilan proses import 29 Gambar 3.7. Tampilan material properties 29 Gambar 3.8. Tampilan element type 30 Gambar 3.9. Tampilan penerapan meshing 31 Gambar 3.10. Tampilan hasil meshing 31 Gambar 3.11. Tampilan constraint 32 Gambar 3.12. Tampilan penerapan load 33 Gambar 3.13. Tampilan Analyze 34 Gambar 4.1 Ukuran silinder jalan komersial. 36 Gambar 4.2 silinder jalan komersial 36 Gambar 4.3 Lokasi Impak pada silinder jalan 37 Gambar 4.4 Lokasi Impak pada silinder jalan (lanjutan) 38 Gambar 4.5 Model silinder jalan di Nastran Setelah di Import dari AutoCAD 39 Gambar 4.6 Kotak Dialog Mesh 40 Gambar 4.7 Silinder jalan yang Sudah di Mesh 40 Gambar 4.8 Kotak Dialog Jenis Material. 41 Gambar 4.9 Kotak Dialog Material dan Sifat Mekaniknya 42 Gambar 4.10 Silinder jalan yang diberikan Beban 43 Gambar 4.11 Kotak Dialog Beban Dinamis 44
Gambar 4.12 Nastran Analysis Control 45 Gambar 4.13 Distribusi Tegangan VonMises Impak Atas 46 Gambar 4.14 Distribusi Tegangan Normal sumbu-x Impak Atas 47 Gambar 4.15 Distribusi Tegangan Normal sumbu-y Impak Atas 48 Gambar 4.16 Distribusi Tegangan Normal sumbu-z Impak Atas 49 Gambar 4.17 Grafik Solid Von Mises pada elemen 9642, 11942, 13112 50 Gambar 4.18 Grafik Solid X Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 51 Gambar 4.19 Grafik Solid Y Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 51 Gambar 4.20 Grafik Solid Z Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 52 Gambar 4.21 Distribusi Tegangan VonMises pada tiga perempat ketinggian 53 Gambar 4.22 Distribusi Tegangan Normal sumbu-x pada tiga perempat ketinggian. 54 Gambar 4.23 Distribusi Tegangan Normal sumbu-y pada tiga perempat ketinggian. 55 Gambar 4.24 Distribusi Tegangan Normal sumbu-z pada tiga perempat ketinggian. 56 Gambar 4.25 Grafik Solid Von Mises pada elemen 9642, 11942, 13112 58 Gambar 4.26 Grafik Solid X Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 58 Gambar 4.27 Grafik Solid Y Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 59 Gambar 4.28 Grafik Solid Z Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 59 Gambar 4.29 Distribusi Tegangan Solid Von Mises stress. 61 Gambar 4.30 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X 61 Gambar 4.31 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y 62 Gambar 4.32 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z 63 Gambar 4.33 Grafik Solid Von Mises pada elemen 9642, 11942, 13112 64 Gambar 4.34 Grafik Solid X Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 65 Gambar 4.35 Grafik Solid Y Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 65 Gambar 4.36 Grafik Solid Z Normal Stress pada elemen 9642, 11942, 13112 66
DAFTAR TABEL HAL Tabel 3.1 Sifat Fisis dan Mekanis material polypropylene 11 Tabel 4.1 Tegangan setiap elemen pada pengimpakan atas dengan pariasi jarak 57 Tabel 4.2 Tegangan setiap elemen pada pengimpakan tigaperempat ketinggian dengan variasi jarak 60 Tabel 4.3 Tegangan setiap elemen pada pengimpakan setengah ketinggian dengan Variasi jarak 67
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
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1. Analisa Menggunakan MSC/NASTRAN 4.5 68 2. Permodelan menggunakan software AutoCAD 69 3. Tabel material properties 70