BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
4.1. Data – Data Awal Analisa Tegangan Berikut adalah data – data awal dari Upper Hinge Pass yang menjadi dasar dalam analisa tegangan ini, baik perhitungan analisa tegangan secara manual maupun untuk data masukan software solidworks, sebagai berikut :
Kode dan standard
: JIS 3131
Yield Strength
: 287 N/mm2
Material Upper Hinge pass
: Besi Plat Hitam (Base Plate) SPHC
Modulus elastisitas
: 2.1 x 1011 N/mm2
31
4.2. Perhitungan Safety Factor Upper Hinge Pass Pada perhitungan ini akan menggunakan rumus safety factor kombinasi dimana sebelumnya sudah dibahas pada BAB II halaman 8 – 12 yaitu menurut Thumb, factor keamanan dapat dengan cepat diperkirakan dengan menggunakan variasi lima ukuran sebagai berikut : Sf = Sf material x Sf tegangan x Sf geometri x Sf analisa kegagalan x Sf keandalan Hanya saja pada perhitungan kali ini safety factor material kita abaikan karena bahan material dari upper hinge pass tidak diganti atau dirubah hal ini sudah sesuai dengan standart dari Toshiba Jepang dan tidak bisa digugat, dan perhitungan SF yang digunakan hanyalah SFtegangan, SFgeometri, SFanalisa kegagalan, SFkeandalan. berikut perhitunganya : Faktor keamanan untuk mengantisipasi tegangan akibat beban diambil sebesar : Sftegangan := 1,3 SF tegangan diambil nilai 1,3 karena perkiraan kontibusi akibat beban gaya normal dibatasi pada keadaan tertentu dengan peningkatan 20% - 50 %, dan metode tegangan mungkin menghasilkan kesalahan dibawah 50%
Faktor keamanan untuk mengantisipasi efek modifikasi konstruksi profil diambil sebesar : Sfgeometri := 1,0 Sfgeometridiambil nilai:1,0 karena perkiraan kontribusi untuk toleransi hasil produksi tinggi dan terjamin. 32
Faktor keamanan untuk mengantisipasi efek penyimpangan metode analisis diambil sebesar : SF analisa kegagalan = 1,5 SF analisa kegagalan diambil nilai : 1,5 karena perkiraan untuk analisa kegagalan adalah statis atau tidak mengalami perubahan seperti kerusakan pada umumnya atau tegangan rata –rata multi aksial.
Faktor keamanan untuk meningkatkan keandalan pemakaian, diambil sebesar SFkehandalan = 1,6 SF kehandalan diambil nilai : 1,6 karena perkiraan kontribusi untuk kehandalan pada Part Upper Hinge Pass diharuskan tinggi, lebih dari 99% mengantisipasi agar kontruksi part tidak mengalami kerusakan pada saat digunakan oleh konsumen. Besarnya nilai kombinasi dari beberapa faktor keamanan dapat di hitung dengan Rumus : SF = SFtegangan x SFgeometri x SFanalisa kegagalan x SFkeandalan = 1,3 x 1,0 x 1,5 x 1,6 = 3,12 kekuatan luluh bahan { Yield Strength ( YS ) } : 287 N/mm2
33
Perhitungan Sfkombinasi dengan kekuatan luluh bahan
σ =
SFkombinasi
=
,
= 91,98 N/mm2
Dapat dilihat diatas Nilai hasil perhitungan dengan menggunakan Safety Factor kombinasi ialah : 91,98 N/mm2 nilai ini masih berada dibawah nilai kekuatan luluh bahan yaitu : 287 N/mm2. Maka dalam hal ini part upper hinge pass di anggap aman dari sisi SFkombinasi. 4.3. Hasil Simulasi SolidWorks Part Upper Hinge Pass
permukaan dari upper hinge pass sebelum diberi profile.
Gambar 4.1. Upper Hinge Pass Sebelum diberi Profile
34
Gambar diatas merupakan gambar dari part Upper Hinge Pass sebelum diberikan profile ( penguat struktur tambahan). Tanda panah pada gambar diatas menunjukan dimana profile tersebut belum diberikan pada permukaan part Upper Hinge Pass 4.3.1 Pemberian Geometri Tetap ( Fix ) Upper Hinge Pass
Gambar 4.2. Pemberian Geometri Tetap Upper Hinge Pass
Entitas : 24 tepi 8 permukaan Tipe
: Geometri Tetap Gambar diatas menunjukan permukaan dari part Upper Hinge Pass yang tidak
mengalami pergerakan, yang sebelumnya harus di setting dengan pengujian type geometri
35
tetap sebagaimana yang nantinya pada saat dilakukan simulasi bagian tersebut tetap diam atau tidak bergerak ditunjukan dengan panah yang ada pada gambar, terdapat 24 tepi dan 8 permukaan bagian dari part Upper Hinge Pass yang di setting fix type geometri teta tetap saat dilakukan simulasi dengan software solidwork.
4.3.2. Pemberian Beban Dengan Gaya Normal
Gambar 4.3. pemberian beban Upper Hinge pass
Entitas : 4 permukaan Tipe
: pemberian beban dengan gaya lenturan normal (tegak lurus axis)
Nilai
: 245 N ( 25 kg )
36
Gambar diatas menunjukan pemberian beban terhadap Upper Hinge Pass pada saat proses simulasi, sebagai mana yang ditunjukkan oleh anak panah yang berwarna biru yaitu letak pemberian beban dengan menggunakan pembebanan gaya lenturan lenturan normal. Besarnya nilai pemberian beban maksimum sebesar 245 N ( 25 kg ), mengacu pada berat dari pintu beserta tekanan pada saat proses assembling yang diasumsikan sebesar 245 N ( 25 kg ). Dalam proses pembebanan tersebut ada beberapa asumsi yang ditetapkan oleh program Solidworks,, keterangan lebih lengkapnya dapat dilihat pada gambar dibawah. Berikut adalah hasil simulasi yang diperoleh dari Solidwork
von mises (Nm^2 )
345 318 291 264 237 211 85 yield strength : 287 N/mm2
Gambar 4.4. Uji Simulasi Yield Strength Load Stress
37
Hasil gambar simulasi diatas menjelaskan data uji simulasi yield strength pada part Upprer Hinge Pass yang belum diberi profil, dinilai maksimum Von Mises : 345 N/mm2. Akibatnya, tegangan pembebanan melewati batas standar nilai luluh dari kekuatan material alloy adalah : 287 N/mm2 ,menyebabkan Upper Hinge Pass mengalami bending/melenting keatas dan tidak bisa kembali ketitik semula ( bengkok permanen ). Simulasi diatas dilakukan dengan tipe beban tegangan statis sentral, hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.4.. Terlihat dari perbedaan warna pada part dari hasil simulasi dengan spesifikasi, warna merah menandakan nilai batas maksimum yang terkena tegangan sangat tinggi dan sudah melewati batas elastisitas kekuatan bahan. Warna kuning menandakan material tersebut mendekati titik luluh, warna hijau material masih ddalam batas elastis, sedangkan warna biru menandakan material masih dibatas aman. 4.4. Hasil Simulasi Upper Hinge Pass Dengan Profile 1
permukaan yang diberi profile 1
Gambar 4.5. Upper Hinge Pass Dengan Profile 1
38
Gambar diatas merupakan gambar dari part Upprer Hinge Pass dengan profile ( penguat material ) tanda panah pada gambar diatas menunjukan dimana profile telah diberikan pada permukaan part Upper Hinge Pass. 4.4.1. Pemberian Geometri Tetap ( Fix ). Upper Hinge Pass profil 1
Gambar 4.6. Pemberian Geometri Tetap Upper Hinge Pass Profil 1
Entitas : 24 tepi 8 permukaan Tipe
: geometri tetap Gambar diatas menunjukan permukaan dari part Upper Hinge Pass yang tidak
mengalami pergerakan, yang sebelumnya harus di setting dengan pengujian type geometri tetap sebagaimana yang nantinya pada saat dilakukan simulasi bagian tersebut tetap diam atau tidak bergerak ditunjukan dengan panah yang ada pada gambar, ter terdapat 24 tepi dan 8
39
permukaan bagian dari part Upper Hinge Pass yang di setting fix type geometri tetap saat dilakukan simulasi dengan software solidwork.. 4.4.2 Pemberian Beban Dengan Gaya Normal Upper Hinge Pass Profil 1
Gambar 4.7. pemberian beban Dengan Diberi Profil 1 Entitas : 3 permukaan Tipe
: pemberian beban dengan gaya normal
Nilai
: 245 N ( 25 kg )
Gambar diatas menjelaskan keadaan pemberian beban terhadap Upper Hinge Pass pada saat proses simulasi. Terlihat seperti yang ditunjukan dengan dengan anak panah yang berwarna biru yaitu letak pemberian beban dengan menggunakan pembebanan gaya normal. Dengan nilai pemberian beban lentur maksimum sebesar 245 N ( 25 kg ). Hal ini mengacu pada
40
berat dari pintu dan tekanan pada saat proses assembling yang yang diasumsikan sebesar 245 N ( 25 kg ). Dalam proses pembebanan tersebut ada beberapa asumsi yang ditetapkan oleh program Solidworks,, keterangan lebih lengkapnya dapat dilihat pada gambar dibawah. Berikut adalah hasil simulasi yang diperoleh dari Solidworks.
von mises (Nm^2 )
325 -
310 295
-
280 265 250 235
yield strength : 287 N/mm2
Gambar 4.8. Uji Simulasi Yield Strength Dengan Profil 1 Gambar diatas menunjukan uji simulasi yield strenght dengan menggunakan profil yang pertama. Simulasi ini berfokus untuk mengukur berapa besar peningkatan kekuatan struktur profil yang sudah dicobakan pada komponen tersebut berikut spesifikasi dari profil yang pertama :
41
Tabel 4.1. Spesifikasi Ukuran Profil 1 NO
Panjang profil
Diameter profil
Kedalaman profil
1
15mm
3mm
2mm
2
15mm
3mm
2mm
3
15mm
3mm
2mm
Dari gambar 4.8. telihat hasilnya menyebabkan efek peningkatan pada kekuatan struktur konstruksi, sehingga Von mises yang terjadi akibat pembebanan, turun menjadi : 325 N/mm2. Pada simulasi sebelumnya, Upper Hinge Pass yang belum diberi profil mendapatkan nilai : 345 N/mm2. Walaupun sudah dimodifikasi dengan pemberian profil, namun hal ini masih belum mampu meningkatkan kekuatan struktur konstruksi dari part tersebut pada nilai yang dikehendaki, yakni dibawah nilai yield strength : 287 N/mm2, namun paling tidak hal ini dapat membuat material lebih kuat 20 N/mm2 dari sebelumnya.
42
. 4.5. Hasil Simulasi Upper Hinge Pass Dengan Profile 2
permukaan yang diberi profile 2
Gambar 4.9. Upper Hinge Pass Dengan Profile 2
Gambar diatas merupakan gambar dari part Upprer Hinge Pass dengan profile yang ke 2. Tanda panah pada gambar diatas menunjukan dimana 3 buah profile telah diberikan pada permukaan part Upper Hinge Pass.
43
4.5.1 Pemberian Geometri Tetap ( Fix ). Upper Hinge Pass profil 2
Gambar 4.10. Permukaan Upper Hinge Pass profil 2 Entitas : 24 tepi 8 permukaan Tipe
: geometri tetap
Gambar diatas menunjukan permukaan dari part Upper Hinge Pass yang tidak mengalami pergerakan, yang sebelumnya harus di setting dengan pengujian type geometri tetap sebagaimana yang nantinya pada saat dilakukan simulasi bagian tersebut tetap diam atau tidak bergerak ditunjukan dengan panah yang ada pada gambar, terdapat 24 tepi dan 8 permukaan bagian dari part Upper Hinge Pass yang di setting fix type geometri teta tetap saat dilakukan simulasi dengan software solidwork.
44
4.5.2 Pemberian Beban Dengan Gaya Normal Upper Hinge Pass Profil 2
Gambar 4.11. pemberian beban 1 Dengan Diberi Profil 2 Entitas : 5 permukaan Tipe
: pemberian beban dengan gaya normal
Nilai
: 245 N ( 25 kg )
Gambar diatas menunjukan pemberian beban pada Upper Hinge Pass pada saat proses simulasi, dapat dilihat dimana ditunjukan dengan anak panah yang berwarna biru yaitu letak pemberian beban yang pertama dengan menggunakan pembebanan pembebanan gaya normal. Dengan nilai pemberian beban maksimum sebesar 245 N ( 25 kg ). mengacu pada berat dari pintu beserta tekanan pada saat proses assembling yang diasumsikan sebesar 245 N ( 25 kg ).
45
Gambar 4.12. pemberian beban 2 Dengan Diberi Profil 2 Entitas itas : 80 permukaan Tipe
: pemberian beban dengan gaya normal
Nilai
: 245 N ( 25 kg )
Pemberian beban pada Upper Hinge Pass, pemberian beban yang kedua dengan menggunakan pembebanan gaya normal dengan nilai pemberian beban maksimum sebesar 245 N ( 25 kg ) dan 80 permukaan hal ini mengacu pada jenis profile yang diberikan karena semakin besar permukaan profil yang diberikan semakin banyak permukaan yang akan mendapatkan efek uji pembebanan.
46
Dalam proses pembebanan tersebut ada beberapa asumsi yang ditetapkan oleh program Solidworks,, keterangan lebih lengkapnya dapat dilihat pada gambar dibawah. Berikut adalah hasil simulasi yang diperoleh dari Solidworks.
von mises (Nm^2 )
187 162 137 112 87
62 yield strength : 287 N/ mm2
Gambar 4.13. Uji Simulasi Yield Strenght Dengan Profil 2 Hasil dari simulasi uji Yield Strength yang dilakukan pada upper hinge pass dengan profil yang kedua, cukup mengalami peningkatan kekuatan struktur yang signifikan dibandingkan dari kekuatan struktur profile yang pertama. Hal ini dikarenakan profile 2 ini mempunyai panjang yang berbeda dari sebelumnya, yaitu nilai Von Mises : 187 N/mm2 hal ini dinyatakan berhasil karena masih dibawah nilai kekuatan maksimum yaitu : 287 N/mm2. Dan hal ini dapat membuat material lebih kuat 138 N/mm2 dari sebelumnya yaitu : 325 N/mm2.
47
Tabel 4.2. Spesifikasi Ukuran Profil 2 NO
Panjang profile
Diameter profil
Kedalaman profil
1
36,5mm
3mm
2mm
2
23,7mm
3mm
2mm
3
16mm
3mm
2mm
4.6. Perhitungan Kekuatan Struktur Profil Upper Hinge Pass Perhitungan kekuatan struktur profil upper hinge diambil dari persamaan umum hubangan antara momen dan tegangan, seperti yang dijelaskan pada buku kurmi halaman 128 sebagai berikut : Dari data material yang diperoleh, dapat dihitung tegangan yang terjadi pada bagian Upper Hinge dengan menggunakan rumus persamaan : Tegangan ( )
dengan
M c I = tegangan normal (Mpa) M = momen Lentur (Nmm)
c = jarak dari pusat massa pada sumbu y (mm) I = inersia benda (mm4)
48
Momen Lentur ( ML ) ML = F X L ( N.mm ) dengan :
F = Gaya Dorong Pintu Yang Timbul Pada Saat Proses Assembling L = Panjang Upper Hinge pass
Bentuk pembebanan yang digunakan untuk menghitung tegangan maksimum diasumsikan sebagai beban pada batang cantilever dengan besaran tetap dan posisi terpusat. Asumsi ini telah didiskusikan dengan dosen pembimbing untuk mengetahui tegangan maksimum, jika batang tang dengan beban tepusat dan ujung terikat masih memiliki tegangan di bawah kekuatan luluh material. Dengan asumsi seperti ini tegangan yang terjadi akan maksimum dan dapat diketahui lendutannya, apakah masih berada pada batas yang diperbolehkan atau tid tidak. Daerah pembebanan dikonsentrasikan pada Upper Hinge Pass dan perhitungan bebannya yaitu 245 N.
60 44
60
63
2
6 24
18
Gambar 4.14. Ukuran Dimensi Upper Hinge Pass
49
C
Gambar 4.15. Momen Dan Tegangan Lentur Momen Inersia Momen inersia merupakan suatu besaran yang menggambarkan nilai tahanan penampang profil terhadap besaran momen yang mengenainnya, sehingga secara matematis akan tergantung dari bagaimana bentuk penampang profil dan posisinya pada saat dibebani terhadap sumbu x-y penampang. Berkembangya teknologi dalam pembuatan profil menghasilkann berbagai macam fariasi bentuk profil, mulai dari yang sederhana sampai yang memiliki tingkat kerumitan tinggi. Adapun profil yang dipunyai oleh upper hinge pass sesuai dengan falsafah analisa matematis dalam perancangan, maka untuk memudahkan analisa perancangan yang dilakukan dapat diambil pola – pola penyederhanaan sebgai berikut :
50
6 mm
Gambar 4.16. Profil Dari Upper Hinge Pass
Gambar 4.16. diatas atas merupakan gambar dari bentuk profil yang kedua dimana profil tersebut akan disederhanakan menjadi penampang cros section.
Gambar 4.17. penampang -Crosection ( sumber tabel kurmi 5.1 )
51
Adapun besarnya momen inersia yang dimiliki profil adalah :
=
B. ³ + . ³ 12
H = 6 mm ketinggian jarak antara profil atas dan bawah b = 5 mm jarak tepi upper hinge pass ke profil B = 21 mm jarak tepi pangkal upper hinge pass ke tepi profil pangkal Dari persamaan matematik tersebut dapat dihitung inersianya dengan rumus
= =
. ³
. ³
. ³ . ³
= 468 mm4
52
245 N 60mm b h
M
max σ
max
Gambar 4.18. Model Pembebanan Upper Hinge Pass Beserta Diagram Momen Dan Tegangan
Tegangan akibat beban Dengan menggunakan persamaan maka momen maksimum akibat beban : ML = F X L ML= 245 N .60 60mm
= 14.700 N.mm2
Dengan menggunakan persamaan umum tegangan:
=
L
Ixx
= inersia pada sumbu benda
c = jarak dari bidang netral ke permukaan luar benda. = H/2
53
Maka setelah diformulasikan, didapat persamaan :
L
L
M c Ixx
,dengan demikian :
14.700Nmm 3mm 94,23MPa 468mm 4
Hasil perhitungan dengan menggunakan safety factor, simulasi software solidwork dan perhitungan matematis sebagai berikut :
Efek Pembebanan Kekuatan Terhadap Safety Factor : Kekuatan Luluh
: 91,98 N/mm2
Simulasi Software Solidwork : Von Mises
: 187 N/mm2
Perhitungan Matematis : Momen inersia
: 468 mm4
Momen Luluh Maksimum Beban : 14.700 N/mm2 Batas Tegangan Luluh
: 94,23Mpa
Dari hasil penelitian dan pengamatan pada Part Upper Hinge pass P2 dengan modifikasi profile ke 2 yang dilakukan menggunakan perhitungan safety factor, simulasi dengan menggunakan software solidwork dan juga perhitungan matematis
54
dapat dilihat diatas dimana dari semua uji coba yang dilakukan dinyatakan berhasil karena nilai yang di dapat masih dalam batas nilai yang diizinkan baik dari segi SFkombinasi, simulasi solidworks dan juga perhitungan matematis. Hasil yang didapat dari efek pembebanan kekuatan Safety Factor dengan nilai kekuatan luluh Upper Hinge pass sebesar : 91,98 N/mm2 berdasarkan standart kekuatan bahan material yang diaplikasikan dengan perhitungan safety factor kombinasi sehingga material tersebut dianggap aman dari segi kontruksi disain dan juga kekuatan material. Kemudian hasil yang didapat dari simulasi dengan menggunakan software solidwork nilai Von Mes sebesar : 187 N/mm2 yang dilakukan pada part upper hinge pass P2 yang sudah dilakukan modifikasi dengan menggunakan profil ( penguat struktur material ) dianggap berhasil karena part tersebut mampu menahan beban sebesar 245N, dan hasil simulasi masih berada dalam batas nilai yang sudah ditentukan yaitu masih dibawah 287 N/mm2. Nilai tersebut mengacu kepada nilai software solidwork. Sedangakan nilai yang didapat dari perhitungan matematis dengan menggunakan rumus – rumus. Hasilnya sebagai berikut nilai Momen inersia : 468 mm4 dan Momen Luluh Maksimum Beban : 14.700 N/mm2 , kemudian nilai Batas tegangan luluh : 94,23 Mpa.
Hasil perhitungan matematis dengan hasil simulasi Solidwork tidak jauh bebeda hal ini membuktikan Upper Hinge Pass P2 ini sudah sesuai dan mampu menahan beban yang nanti akan ditimbulkan pada saat proses assembling.
55
