ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN CRANE HOOK MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik GUNAWAN NIM. 050401024 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
ABSTRAK Crane Hook adalah alat pengait yang tardapat pada pesawat angkat (crane). Crane Hook harus dirancang dengan memperhitungkan secara detail baik mengenai faktor keamanan, lokasi tegangan kritis maupun displacement yang terjadi ketika pembebanan berlangsung. Untuk menganalisisnya perlu dilakukan simulasi elemen hingga. Selain software analisis elemen hingga berbayar terdapat software analisis elemen hingga yang tidak berbayar yakni yang berbasis open source. Salah satunya adalah Salome Meca. Crane Hook yang disimulasikan mengunakan Salome Meca dibandingkan hasilnya dengan hasil simulasi Microsoft visual Nastran 2004 yang berbayar, sehingga diperoleh perbandingan tegangan von mises 164,51 MPa banding 174 MPa dan perbandingan displacement adalah 0,679 mm banding 0.746 mm. Lokasi tegangan kritis terjadi pada daerah perut dalam hook bagian atas sedangkan displacement maksimum terjadi pada bagian bawah sebelah ujung hook. Hasil simulasi kedua perangkat lunak tersebut tidak jauh berbeda.nilai tegangan von mises berada di bawah kekuatan tarik material hook yakni 710 MPa. Faktor keamanan yang diperoleh adalah 4 (empat), sehingga desain hook adalah aman. Dan Salome Meca adalah perangkat lunak analisis elemen hingga yang dapat digunakan sebagai alternatif dari perangkat lunak analisis elemen hingga berbayar. Kata kunci : Crane Hook, elemen hingga, simulasi, open source, Salome Meca.
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ii LEMBARAN PERSETUJUAN DARI PEMBANDING iii SPESIFIKASI TUGAS iv LEMBARAN EVALUASI SEMINAR SKRIPSI v KATA PENGANTAR vi ABSTRAK vii DAFTAR ISI viii DAFTAR TABEL x DAFTAR GAMBAR xii DAFTAR NOTASI xiv BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Batasan Maslah 3 1.4 Tujuan Penelitian 3 1.5 Manfaat 4 1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA` 6 2.1 Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga 6 2.1.1 Perangkat Lunak Elemen Hingga Berbayar 7 2.1.2 Microsoft Visual Nastran 2004 8 2.2 Perangkat Lunak Sumber Terbuka (Open Source Software) 8 2.2.1 Perangkat Lunak Metode Elemen Hingga Berbasis Open Source 9 2.2.2 Salome 10 2.2.3 Code Aster 11 2.2.4 Salome Meca 12 2.3 Metode Elemen Hingga 13 2.3.1 Matriks Kekakuan Elemen 14 2.3.2 Tipe Tipe Elemen Dalam Metode Elemen Hingga 15 2.3.3 Penerapan Metode Elemen Hingga pada kasus linier statis 16 2.3.3.1 Konsep Tegangan Regangan 16 2.3.3.2 Pemilihan Elemen 22 2.3.3.3 Sifat Mekanik Bahan 24
2.3.4 Penyelesaian Metode Elemen Hingga dengan Code Aster 27 2.4 Kait (Crane hook) 32 2.4.1 Tipe Crane hook 33 2.4.2 Tegangan pada Crane hook 35 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 37 3.1 Instalasi Sistem Operasi Distro Linux 37 3.2 Instalasi Aplikasi Salome Meca 41 3.3 Simulasi 44 3.3.1 Spesifikasi Crane Hook 44 3.3.2 Simulasi Pada Salome-Meca 45 3.3.3 Simulasi Pada Microsoft Visual Nastran 2004 57 3.4 Diagram Alir Simulasi 62 3.4.1 Diagram alir simulasi dengan Salome Meca 62 3.4.2 Diagram alir simulasi dengan Microsoft Visual Nastran 64 3.5 Diagram Alir Peneltian 66 BAB IV HASIL DAN DISKUSI 68 4.1 Hasil simulasi Crane Hook dengan Salome Meca 68 4.2 Hasil simulasi Crane Hook dengan Microsoft Visual Nastran 2004 70 4.3 Perbandingan simulasi Salome Meca dan Nastran 72 4.4 Diskusi 74 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 77 5.1 Kesimpulan 77 5.2 Saran 78 DAFTAR PUSTAKA xv LAMPIRAN xvi
DAFTAR TABEL Tab el 4.1 Perbandingan hasil Salome Meca dan Nastran 76 Tabel 4.2 Perbedaan proses simulasi Salome Meca dan Nastran 76 HAL
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Microsoft Visual Nastran 2004 8 Gambar 2.2 Modul post-processing pada Salome 11 Gambar 2.3 Skema penyelesaian elemen hingga dengan salome dan Code Aster. 13 Gambar 2.4 Struktur rangka batang 13 Gambar 2.5 Diskritisasi benda pejal umum 14 Gambar 2.6 Elemen 1 Dimensi 15 Gambar 2.7 Elemen 2 Dimensi segitiga dan segiempat 15 Gambar 2.8 Elemen 3 Dimensi tetrahedra dan balok 16 Gambar 2.9 Tegangan yang berkerja pada suatu bidang 17 Gambar 2.10 Elemen Tetrahedron 4 titik nodal. 23 Gambar 2.11 Elemen Tetrahedron 10 titik nodal 24 Gambar 2.12 Diagram tegangan-regangan 26 Gambar 2.13 Isi pada file comm 29 Gambar 2.14 Antarmuka EFICAS 30 Gambar 215 Format Eficas dan Format File Comm 31 Gambar 2.16 Crane hook 32 Gambar 2.17 Analisis elemen hingga pada crane hook 33 Gambar 2.18 Single hook/kait tunggal 34 Gambar 2.19 Double hook/kait ganda 34 Gambar 2.20 Kait mata segitiga 35 Gambar 2.21 Tegangan bending pada beam lengkung 35 Gambar 3.1 Tampilan pilihan instalasi 37 Gambar 3.2 Tampilan pilihan bahasa 38 Gambar 3.3 Tampilan pilihan lokasi waktu 38 Gambar 3.4 Tampilan pilihan susunan papan ketik 39 Gambar 3.5 Tampilan persiapan ruang disk 39 Gambar 3.6 Tampilan pengisian data pengguna 40 Gambar 3.7 Tampilan siap untuk diinstal 40 Gambar 3.8 Tampilan Proses Instalasi Sistem 41 Gambar 3.9 Tampilan Instalasi Selesai 41 Gambar 3.10 Mengunduh Salome-Meca 42 Gambar 3.11 Menuju ke direktori Salome-Meca 42 Gambar 3.12 Mengekstrak paket Salome-Meca 43 Hal
Gambar 3.13 Pembukaan Salome Meca 44 Gambar 3.14 Antarmuka modul geometri 45 Gambar 3.15 Mengimport geometri dengan format STEP 46 Gambar 3.16 Geometri hook.step yang berhasil diimport 46 Gambar 3.17 Pembuatan grup pada face sebagai constrain area 47 Gambar 3.18 Pembuatan grup pada face sebagai load area 47 Gambar 3.19 Penentuan hipotesis dan algoritma mesh 48 Gambar 3.20 Hasil meshing dengan hipotesis automatic tetrahedron 49 Gambar 3.21 Wizard analisis lenear elastis 50 Gambar 3.22 Pemasukan data material properties awal 50 Gambar 3.23 Pemberian nilai pada area constrain 51 Gambar 3.24 Pemberian nilai beban tekanan 51 Gambar 3.25 Update mesh 52 Gambar 3.26 Antarmuka EFICAS 52 Gambar 3.27 Korelasi anatara EFICAS dengan Code Aster 54 Gambar 3.28 Setting parameter processor 55 Gambar 3.29 Melakukan penyelesaian analisis (solving) 55 Gambar 3.30 Antar muka Microsoft Visual Nastran 2004 57 Gambar 3.31 Import Geometri 58 Gambar 3.32 Mendefinisikan tumpuan dan beban 58 Gambar 3.33 Mendefinisikan Material Properties Nastran 59 Gambar 3.34 Menentapkan Ukuran Mesh 59 Gambar 3.35 Proses Meshing Nastran 60 Gambar 3.36 Pemilihan tipe analisis 60 Gambar 3.37 Post-Processing Nastran 61 Gambar 3.38 Diagram Alir Simulasi Dengan Salome Meca 62 Gambar 3.39 Diagram Alir Simulasi dengan Microsoft.VisualNastran 2004 64 Gambar 3.40 Diagram Alir Penelitian 66 Gambar 4.1 TeganganVon -Misses Crane Hook menggunakan Salome Meca 68 Gambar 4.2 Letak titik kritis pada crane hook menggunakan Salome Meca 69 Gambar 4.3 Tampilan nilai Displacement pada crane hook menggunakan Salome Meca 70 Gambar 4.4 Tegangan Von Mises pada Crane Hook menggunakan Microsoft Visual Nastran 71 Gambar 4.5 Lokasi titik kritis pada crane hook mengguanakan Microsoft
Visual Nastran 71 Gambar 4.6 Displacement pada Crane Hook menggunakan Microsoft Visual Nastran 72 Gambar 4.7 Daerah tumpuan dan daerah baban 75
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 ] = matriks kekauan 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 {ε} [d] {u} δ L = modulus Young (MPa) = matrik kolom regangan = matrik operator dengan peralihan = matrik kolom peralihan = pertambahan panjang total (mm) = panjang mula mula (m)