ANALISIS PERBANDINGAN KEKUATAN STRUKTUR LAP JOINT DAN LAP JOINT REPAIR PADA PESAWAT BOEING 737-200 MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Skripsi Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Strata I
Disusun oleh : Oktifian Windhi Prastomo 04050024
JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2009 i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
Skripsi ini Telah Memenuhi Persyaratan Dan Siap Untuk Diujikan
Disetujui Pada Tanggal 23 Januari 2009
PEMBIMBING UTAMA
PEMBIMBING PENDAMPING
ARIEF SUWARDIMAN, S.T
Ir.DJAROT WAHYU SANTOSO, M.T
ii
LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS PERBANDINGN KEKUATAN STRUKTUR LAP JOINT DAN LAP JOINT REPAIR PADA PESAWAT BOEING 737-200 MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Yang dipersiapkan dan disusun oleh : Oktifian Windhi Prastomo NIM. 04050024 Telah dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada tanggal 24 Januari 2009 dan dinyatakan telah memenuhi syarat guna memperoleh Gelar Sarjana Teknik Susunan Tim Penguji Nama Lengkap
Tanda Tangan
Ketua Penguji
: Drs. Sukoco, M.Pd, M.T
………………
Penguji I
: Ir.Djarot Wahyu Santoso, M .T
………………
Penguji II
: Arief Suwardiman, S.T
.......................
Penguji III
: Karseno K S., INZ, S.E, M.M
.......................
Yogyakarta,……………….2009 Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto KETUA JURUSAN
Ir DJAROT WAHYU SANTOSO, M.T iii
LEMBAR PENGESAHAN PERUSAHAAN LAPORAN SKRIPSI PADA PT. DIRGANTARA INDONESIA DIREKTORAT AIRCRAFT SERVICES (ACS) - BANDUNG ANALISIS PERBANDINGAN KEKUATAN STRUKTUR LAP JOINT DAN LAP JOINT REPAIR PADA PESAWAT BOEING 737 200 MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA
Telah disetujui dan disahkan oleh : MGR. MANAJEMEN SDM & ADM - ACS
DEDDY D. HERMANA NIK : 831649
PEMBIMBING
M, JONI ALI FIRDAUS NIK: 980001 Mengetahui : A.n KADIV. SUMBER DAYA MANUSIA MANAGER PELATIHAN & PENGEMBANGAN SDM
IR. BAMBANG SUGIHARTONO NIK : 851209
iv
PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini saya : Nama
: Oktifian Windhi Prastomo
Nomor Mahasiswa
: 04050024
Jurusan
: Teknik Penerbangan
Judul Skripsi
: Analisis perbandingan kekuatan struktur lap joint dan lap joint repair pada pesawat boeing 737-200 menggunakan metode elemen hingga
Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil pekerjaan saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau orang lain atau telah dipergunakan dan diterima sebagai persyaratan penyelesaian studi pada universitas atau instansi lain, kecuali pada bagian-bagian tertentu yang telah dinyatakan dalam teks.
Yogyakarta, Desember 2008 Yang menyatakan
Oktifian Windhi Prastomo NIM. 04050024
v
Analisis Perbandingan Kekuatan Struktur Lap Joint dan Lap Joint Repair Pada Pesawat B 737-200 Menggunakan Metode Eleman HIngga
Oktifian Windhi Prastomo 04050024
ABSTRAK Boeing SB 737-53A1177 merupakan Service Bulletin yang memberikan perintah inspeksi dan modifikasi mengenai metode perbaikan untuk crack di lower skin pada skin fuselage lap joint. Modifikasi secara kasat mata dapat dinyatakan menambah kekuatan struktur dari fuselage lap joint, tetapi tidak dinyatakan secara analisis tingkat perbandingan kekuatan dari area yang dilakukan lap joint repair, antara sebelum dan sesudah modifikasi. Analisis kekuatan lap joint menggunakan pemodelan metode elemen hingga yang terintegrasi pada perangkat lunak MSC.Patran/Nastran. Pada model lap joint diberikan dua bentuk asumsi kondisi batas dan pembebanan yaitu beban tarik dan perbedaan tekanan kabin 7.8 psi. Filosofi penting dalam pemodelan yaitu peran node MPC (Multipont Constaint) sebagai pengganti posisi rivet. Dari penelitian yang dilakukan diperoleh sampel pemodelan struktur fuselage skin lap joint pesawat Boeing 737-200, sebelum dan sesudah modifikasi. Dari hasil pemodelan dan analisis lap joint diperoleh nilai gaya dan Margin of Safety (MS). Untuk beban perbedaan tekanan kondisi batas 1, gaya rata-rata pada rivet di lap joint rivet di lap joint original lebih kecil daripada lap joint repair. Untuk beban perbedaan tekanan kondisi batas 2, serta beban tarik kondisi batas 1 dan 2, gaya rata-rata pada rivet di lap joint original lebih besar daripada lap joint repair. Untuk beban perbedaan tekanan kondisi batas 1, lap joint original dan lap joint repair memiliki MS minimum positif sehingga struktur lap joint (rivet) dinyatakan aman. Untuk beban perbedaan tekanan kondisi batas 2, serta beban tarik kondisi batas 1 dan 2, terdapat MS minimum negatif sehingga struktur lap joint (rivet) tersebut dinyatakan tidak aman. Kata Kunci: Lap Joint, Metode Elemen Hingga, Rivet, Margin of Safety
vi
Persembahan terbaik • Bunda dan Ayah, serta Adik-adikku tercinta • Segenap Civitas Akademik Teknik Penerbangan STTA
Terimakasih Kepada • Allah Subhanahuwata’ala • Bunda dan Ayah, serta Adik-adikku tercinta yang memberikan Api Semangat dan Sayap Motivasi • Teman-teman jurusan teknik penerbangan STTA
MOTTO “Allah pasti mengangkat orang-orang yang beriman diantara kalian dan orang-orang yang berilmu beberapa derajat” (Al-Mujadilah: 11) “Barangsiapa yang tidak menikmati sulitnya belajar meski sesaat,
maka ia akan tertimpa kehinaan dan kebodohan Sepanjang hayatnya“
“ We are not the best, but We Try to be the best“
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Allah subhanawata’ala karena hanya dengan berkat rahmat-Nya laporan Skripsi dengan judul “Analisis Perbandingan Kekuatan Struktur Lap Joint dan lap Joint repair Pesawat Boeing 737-200 Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga” dapat diselesaikan. Skripsi merupakan kegiatan tahap akhir yang wajib ditempuh mahasiswa Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto ( STTA ) Yogyakarta untuk mendapatkan gelar Sarjana Strata-1. Skripsi yang dilaksanakan diharapkan dapat memberikan pengalaman memahami, mengkaji, dan memecahkan suatu permasalahan yang telah ditentukan, terutama bidang Airframe stress analysis dan aircraft maintenance. Pemilihan judul Skripsi berdasarkan konsentrasi mata kuliah yang diambil yaitu bidang material, konstruksi dan perawatan pesawat terbang. Skripsi dilaksanakan di Departemen Rekayasa Perawatan, Divisi Perawatan dan Rekayasa Direktorat Aircraft Services ( ACS ) PT Dirgantara Indonesia Bandung, setelah sebelumnya melaksanakan Kerja Praktek di Dept. MRO Pesawat Udara, repair program Boeing 737. Berdasarkan hal itu maka yang menjadi obyek skripsi adalah pesawat jenis Boeing 737-200. Selama kegiatan Skripsi, dukungan dan bimbingan dari pihak lain sangat membantu dalam upaya belajar dan praktek di lapangan. Terima kasih kami ucapkan kepada 1. Kedua Orang Tua serta adikku Ami dan Ayu 2. Ketua STTA Bapak Marsma TNI ( Purn ) Ir.Suyitmadi, M.T. 3. Ketua jurusan Teknik Penerbangan Bapak Yusa Asra YW, ST,MM 4. Direktur Aircraft Services Bapak. Dita Ardoni Jafri 5. Kadept Maintenance Engineering ACS Bapak Sri Jaka H.K 6. Pembimbing skripsi di ACS Bapak M. Joni Ali Firdaus viii
7. Pembimbing Kampus Bapak Djarot Wahyu S dan Bapak Arief.S 8. Bapak Ginanjar yang telah membantu bagian Administrasi di ACS 9. Bapak Nazzarudin, Pak Bambang, serta semua mekanik Boeing ACS 10. Teman Team Kerja Praktek ACS Suyatin, Tini, Uyung dan Anggi 11. Teman-teman PKL LP TUTUKO, ATAS, UNNUR, UNY, POLBAN. 12. Bapak-Ibu Alex, a’Andang dan tetangga Kos Gg.Padjajaran dalam II 13. Teman teman TP’A dan TP‘B 2004 14. Teman-teman UKM Ikatan Mahasiswa Muslim STTA (IMMA), Aeromodeling, PALASSTA dan Karate. 15. Keluarga besar kos Mbah Arjo di dusun Pelemlor. 16. Keluarga dan Teman temanku dimana saja, yang telah mendukungku. 17. Serta semua pihak yang telah membantu pelaksanaan Skripsi ini.
Laporan ini tentu masih belum sempurna, maka saran dan kritik kami harapkan untuk kemajuan di masa depan. Semoga laporan skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Terima kasih
Yogyakarta, Desember 2008
Penyusun
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL……………………………………………………………...i LEMBAR PERSETUJUAN……………………………………………………..ii LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………………..iii PERNYATAAN…………………………………………………………………..v ABSTRAK……………………………………………………………………….vi HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………………..…vii KATA PENGANTAR……………………………………………………….…viii DAFTAR ISI…………………………………………………………………..…x DAFTAR GAMBAR………………………………………………………..…..xii DAFTAR TABEL…………………………………………………………..…...xv DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………….…..xvi NOTASI………………………………………………………………………..xvii BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………………………………………………..1 1.2 Tujuan………………………………………………………...3 1.3 Manfaat……………………………………………………….3 1.4 Rumusan Masalah…………………………………………….3 1.5 Batasan Masalah……………………………………………...5 1.6 Sistematikan Penulisan……………………………………….5
BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Dasar Teoritik 2.1.1. Teori Tegangan-Regangan…...………..………………….7 2.1.2. Metode Elemen Hingga………...………………..……..…9 2.1.3. Rivet Joint……………..………………………………...14 2.1.4. Beban Fuselage Pesawat Terbang…………..…….….….21 2.2 Profil Boeing 737-200 2.2.1 Data Teknis Boeing 737-200…………………..……......26 2.2.2 Gambaran Umum Fuselage Boeing 737-200……...…....30 2.2.3 Lap joint Repair Boeing 737-200.………………………35 x
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Metode Pengumpulan Data………………..…………...…….40 3.2 Tahapan Penelitian…………………………..……………….41 3.3 Metode Pemodelan Lap joint…………………..…………….42 3.4 Asumsi Pembebanan……………………………..…………..44
BAB IV
PENGOLAHAN DATA………………………………………...50
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil………………………………………………………….64 5.1.1 Lap Joint Original…………………………..…………...66 5.1.2 Lap Joint Repair…………..……………………………..68 5.2 Pembahasan………………….……………………………….70 5.2.1 Perhitungan Gaya pada Rivet……………………...…....70 5.2.2 Perbandingan Margin of Safety…………………………75 5.2.3 Tegangan Maximum pada Elemen Quadrilateral…….....83 5.2.4 Perhitungan Teroritik Lap Joint………………………....84
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan……………………………….………………..…91 6.2 Saran……………………………………….…………………92
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………..93 LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Kecelakaan kegagalan lap joint B737-200 Aloha Flight 243………...3 Gambar 2.1 Model elemen hingga pada struktur dua dimensi dengan pembeban bidang…………………….…………………………..…10 Gambar 2.2 Elemen segiempat dengan node gaya dan perpindahan…………….12 Gambar 2.3 Tahapan aplikasi software Metode Elemen Hingga………………...14 Gambar 2.4 Rivet Lap joint…………………………………………………...….15 Gambar 2.5 Rivet Butt joint……………………………………………………...16 Gambar 2.6 Contoh mode kegagalan rivet joint…………………………………16 Gambar 2.7 Definisi Shearing value……………………………………………..17 Gambar 2.8 Definisi Bearing value………………………………………………18 Gambar 2.9 Definisi Plate tearing………………………………………………..19 Gambar 2.10 Kekuatan susunan pada baris rivet……..………………………….20 Gambar 2.11 Pembagian tiga section dari fuselage…………………………...…21 Gambar 2.12 Distribusi tekanan pada fuselage…………………………………..24 Gambar 2.13 Principal dimension B737-200…………………………………….26 Gambar 2.14 Sisi samping B737-200……………………………………………32 Gambar 2.15 Contoh bentuk model komponen fuselage B737-200……………..33 Gambar 2.16 Komponen utama fuselage………………………………………...34 Gambar 2.17 Fuselage window cutout…………………………………………...35 Gambar 2.18 Typical lap joint……………………………………………………37 Gambar 2.19 Lap joint original (a), Lap joint repair (b)…………………………38 Gambar 2.20 Lap joint repair S-4 cross section………………………………….39 Gambar 3.1 Flowchart Pelaksanaan Skripsi……………………………………...41 Gambar 3.2 Kondisi pesawat landing …………………………………………..46 Gambar 3.3 Monogram perbedaan tekanan pada pesawat ………………………47 Gambar 3.4 Visualisasi asumsi perbedaan tekanan pada Lap Joint Repair……...48 Gambar 3.5 Visualisasi asumsi perbedaan tekanan pada Lap Joint Original……48 Gambar 3.6 Visualisasi asumsi beban tarik pada Lap Joint Repair……………...49 Gambar 3.7 Visualisasi asumsi beban tarik pada Lap Joint Original…………….49 xii
Gambar 4.1 Model Lap joint repair Catia………………………………………..51 Gambar 4.2 Model lap joint original Catia………………………………………51 Gambar 4.3 Menyimpan model format Iges……………………………………..52 Gambar 4.4 Cross section (a) stringer dan (b) frame di Catia……………………52 Gambar 4.5 Hasil import Catia ke Patran………………………………………..53 Gambar 4.6 Hasil meshing……………………………………………………….54 Gambar 4.7 Filosofi pemodelan………………………………………………….55 Gambar 4.8 Menambah node…………………………………………………….57 Gambar 4.9 Menambah elemen………………………………………………….57 Gambar 4.10 Menentukan MPC………………………………………………….58 Gambar 4.11 Hasil plot MPC…………………………………………………….58 Gambar 4.12 Dua model asumsi kondisi batas…………………………………..59 Gambar 4.13 Kondisi beban tarik……………………..…………………………60 Gambar 4.14 Kondisi beban perbedaan tekanan cabin…………………………..62 Gambar 4.15 Output request………………………………………………….….63 Gambar 5.1 Area sampel untuk analisis gaya yang terjadi………………………65 Gambar 5.2 Hasil analisis Lap Joint original, kondisi batas 1, beban perbedaan tekanan 7,8 psi ( Shell Force )………………………………………66 Gambar 5.3 Hasil analisis Lap Joint original, kondisi batas 2, beban perbedaan tekanan 7,8 psi ( Shell Force )………………………………………66 Gambar 5.4 Hasil analisis Lap Joint original, kondisi batas 1, beban tarik ( Shell Force )……………………………………………………….67 Gambar 5.5 Hasil analisis Lap Joint original, kondisi batas 2, beban tarik ( Shell Force )……………………………………………………….67 Gambar 5.6 Hasil analisis Lap Joint repair , kondisi batas 1, beban perbedaan tekanan 7,8 psi ( Shell Force )………………………………………68 Gambar 5.7 Hasil analisis Lap Joint repair, kondisi batas 2, beban perbedaan tekanan 7,8 psi ( Shell Force )………………………………………68 Gambar 5.8 Hasil Hasil analisis Lap Joint repair, kondisi batas 1, beban tarik ( Shell Force )……………………………………………………….69
xiii
Gambar 5.9 Hasil Hasil analisis Lap Joint repair, kondisi batas 2, beban tarik ( Shell Force) ……………………………………………………….69 Gambar 5.10 Grafik distribusi gaya Lap joint original pada kondisi batas 1…….70 Gambar 5.11 Grafik distribusi gaya Lap joint original pada kondisi batas 2…….71 Gambar 5.12 Grafik distribusi gaya Lap joint repair pada kondisi batas 1………72 Gambar 5.13 Grafik distribusi gaya Lap joint repair pada kondisi batas 2………73 Gambar 5.14 Posisi crack pada lap joint original berdasarkan SB737 53A1177..78 Gambar 5.15 Posisi MS minimum pada Lap joint original kondisi batas 1……...79 Gambar 5.16 Posisi MS minimum pada Lap joint original Kondisi batas 2……..80 Gambar 5.17 Posisi MS minimum pada Lap joint repair kondisi batas 1………..81 Gambar 5.18 Posisi MS minimum pada Lap joint repair kondisi batas 2………..82
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Data teknis Boeing 737-200…………………………………………...27 Tabel 3.2 Istilah dan definisi FEM Patran/Nastran………………………………43 Tabel 5.1 Gaya hasil beban tarik Lap joint original pada kondisi batas 1……….70 Tabel 5.2 Gaya hasil beban tarik Lap joint original pada kondisi batas 2……….71 Tabel 5.3 Gaya hasil beban tarik Lap joint repair pada kondisi batas 1…………72 Tabel 5.4 Gaya hasil beban tarik Lap joint repair pada kondisi batas 2…………73 Tabel 5.5 Perbandingan hasil beban perbedaan tekanan - kondisi batas 1………75 Tabel 5.6 Perbandingan hasil beban perbedaan tekanan - kondisi batas 2………76 Tabel 5.7 Perbandingan hasil beban tarik - kondisi batas 1……………………...76 Tabel 5.8 Perbandingan hasil beban tarik - kondisi batas 2……………………...77 Table 5.9 Perbandingan nilai perhitungan secara teoritik pada area sampel…….90
xv
DAFTAR LAMPIRAN
1. Penilaian pelaksanaan penelitian di Dit.Aircaft Service PT.DI. 2. Body Station Diagram B 737-200. 3. Calculate Display Former Section pada Beam Library MSC.Patran. 4. Prosedur Umum Lap Joint Repair. 5. Kebutuhan Material Lap Joint repair S-4. 6. Foto Lap Joint Original. 7. Foto Lap Joint Repair. 8. Tabel Shear load rivet allowable. 9. Tabel single shear strength solid rivet. 10. Tabel Propertise aluminum 2024 sheet dan plat. 11. Tabel Propertise aluminum 7075 extrusion. 12. Hasil tambahan untuk modifikasi ketebalan plat Lap Joint Repair.
.
xvi
NOTASI
σ
: small letter sigma, tegangan, allowable bearing stress
τ
: tau, allowable shear stress
P
: tekanan
A
: luas Area
E
: modulus young
F
: force
Fs
: Ultimate shear
Fbr
: Ultimate bearing stress
ε
: epsilon
δ
: delta
l
: panjang
Π
: phi
∑
: penjumlahan
Pb
: bearing value
Ps
: shear value
Pt
: plate tearing value
p
: pitch rivet
d
: diameter rivet
t
: thickness main plate
w
: weight, width main plate ( lebar plat )
n
: jumlah rivet dalam baris
stress
xvii
