ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ALFANSYURI NIM. 040401034
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN
ALFANSYURI NIM. 040401034
Diketahui / Disyahkan : Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua,
Disetujui oleh : Dosen Pembimbing,
Dr-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri MSME NIP. 132 018 668
Prof.Dr.Ir.Bustami
Syam
NIP. 131 459 551
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN MSC.NASTRAN
Oleh: ALFANSYURI 0 4 0 4 01 0 3 4
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 NIP. 132 018 668
Ir. Tugiman, MT NIP. 131 459 557
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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 Universitas Sumatera Utara. 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,
Universitas Sumatera Utara
ST.MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin 4. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 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 Universitas Sumatera Utara, khususnya rekan-rekan seperjuangan di Laboratorium Menggambar Teknik 6. Teman-teman mahasiswa Mesin USU khususnya untuk stambuk 2004 dan 2005.
Akhir kata semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa lain.
Medan,
juni 2009
Alfansyuri NIM.04 0401 034
Universitas Sumatera Utara
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
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Tujuan Penelitian
2
BAB 2
1.2.1 Tujuan umum
2
1.2.2 Tujuan khusus
2
1.3 Perumusan Masalah
2
1.4 Metodologi
3
1.5 Batasan Masalah
5
1.6 Sistematika Penulisan
5
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
Universitas Sumatera Utara
BAB 3
BAB 4
BAB 5
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 Traffic Cone Komersial
22
3.4 Diagram Alir Simulasi
24
3.5 Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik dari Material
28
3.6 Prosedur Simulasi
28
3.6.1 Permodelan kerucut jalan
28
3.6.2 Proses Import Ke Msc Nastran
29
3.6.3 Mendefenisikan Material Properties
30
3.6.4 Mendefinisikan Element/Property Type
31
3.6.5 Proses Meshing
31
3.6.6 Penerapan Constraint
33
3.6.7 Penerapan Load
33
3.6.8 Proses Analyzing
34
HASIL DAN PEMBAHASAN
35
4.1 Pendahuluan
35
4.2 Simulasi kerucut lalu lintas
35
4.2.1 Impak Atas
38
4.2.2 Impak pada tiga perempat ketinggian
52
4.2.3 Impak pada ketinggian setengah
58
KESIMPULAN DAN SARAN
67
5.1 Kesimpulan
67
5.2 Saran
68
DAFTAR PUSTAKA
69
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
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. 3.2. Traffic cone standart desain
24
Gambar 3.3. Diagram alir permodelan dengan AutoCAD 2002
25
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 4.5
30
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 3.10. Tampilan hasil meshing
32
Gambar 3.11. Tampilan constraint
33
Gambar 3.12. Tampilan penerapan load
34
Gambar 3.13. 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 4.10. Kotak dialog beban dinamis
43
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11. Kotak Dialog Model Fungsi
44
Gambar 4.12. Kurva Tegangan Insiden vs Waktu Impak
44
Gambar 4.13. Nastran analysis control
45
Gambar 4.14. Distribusi tegangan VonMises impak atas
46
Gambar 4.15. Distribusi tegangan normal sumbu-x impak atas
47
Gambar 4.16. Distribusi tegangan normal sumbu-y impak atas
48
Gambar 4.17. Distribusi tegangan normal sumbu-z impak atas
49
Gambar 4.18. Grafik solid Von Mises pada elemen 25344, 22258 27528, 26175
49
Gambar 4.19. Grafik solid x Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
50
Gambar 4.20. Grafik solid y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
50
Gambar 4.21. Grafik solid z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
51
Gambar 4.22. Distribusi tegangan VonMises pada tiga perempat ketinggian
52
Gambar 4.23. Distribusi tegangan Normal sumbu-x pada tiga perempat ketinggian
53
Gambar 4.24. Distribusi tegangan Normal sumbu-y pada tiga perempat ketinggian
53
Gambar 4.25. Distribusi tegangan Normal sumbu-z pada tiga perempat ketinggian
54
Gambar 4.26. Grafik solid Von Mises pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175, 26175
55
Gambar 4.27. Grafik solid x Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
56
Gambar 4.28. Grafik Solid y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
56
Gambar 4.29. Grafik Solid z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
57
Gambar 4.30. Distribusi tegangan solid VonMises stress
59
Universitas Sumatera Utara
Gambar 431. Distribusi tegangan Normal Sumbu-x pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut
60
Gambar 4.32. Distribusi tegangan Normal Sumbu-y pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut
61
Gambar 4.33. Distribusi tegangan Normal Sumbu-z pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut
62
Gambar 4.34. Grafik Solid VonMises pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175, 26175
63
Gambar 4.35. Grafik Solid x Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
63
Gambar 4.36. Grafik Solid y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
64
Gambar 4.37. Grafik Solid z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, 26175
64
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI Simbol
Arti
Satuan
A
= Luas permukaan bandul
m2
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
Sy
= Yield strenght
Pa
υ
= Poison ratio
-
ρ
= Massa jenis
kg/m3
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Nomor
Judul
Halaman
1.
Analisa Menggunakan MSC/NASTRAN 4.5
68
2.
Permodelan menggunakan software AutoCAD
69
3.
Tabel material properties
70
Universitas Sumatera Utara
