V. HASIL DAN PEMBAHASAN A.
Validasi pemodelan Proses validasi analisa hip bearing didasarkan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh
Yew, A., et al., (2003). Simulasi pada pemodelan ini
menggunakan parameter yang sama
dengan pemodelan Yew, A., et al., (2003) yaitu 1. Pemodelan elemen hingga menggunakan perangkat lunak Abaqus 6.5. 2. Material yang digunakan untuk menganalisa adalah femoral head dan acetabular cup menggunakan CoCr dengan modulus elastisitas (E) = 210 GPa, Poisson’s ratio ( v ) = 0,3 dan sifat bahan isotropic, linear elastic. 3. Diameter femoral head adalah 17,4385 mm, ketebalan acetabular cup adalah 1,506 mm, dan radial clearance sebesar 0,079 mm. 4. Pembebanan dalam kondisi statis dengan besar pembebanan 2500 N. 5. Permukaan persinggungan tanpa gesekan (frictionless). 6. Temperatur diasumsikan konstan. Dua parameter kontak yang digunakan dalam proses validasi ini meliputi tekanan kontak dan jari-jari kontak. Dari hasil penelitian Yew, A., et al., (2003), tekanan kontak maksimum yang didapatkan adalah 18,045 MPa dan jari-jari kontak 7,56 mm. Dengan pemodelan yang sama penulis mensimulasikan model tersebut menggunakan Abaqus 6.5. Hasil yang didapat pada present model tidak berbeda dengan hasil dari penelitian Yew, A., et al., (2003). Untuk ketebalan cup 1,506 mm didapatkan tekanan kontak maksimum sebesar 18,1206 MPa dan jari-jari kontak 7,69 mm. Perbandingan distribusi tekanan kontak pada permukaan antara hasil penelitian Yew, A., et al., (2003) dengan hasil present model dapat dilihat pada Gambar 5.1. Dari perbandingan present
model dengan model A Yew, A., et al., (2003) dapat dilihat bahwa pemodelan FEM pada present model sudah valid.
43
Gambar 5.1 Hubungan antara tekanan kontak dengan angular coordinate. Hasil validasi pemodelan ini dibuktikan dengan kecilnya nilai error yang didapat seperti terlihat pada Tabel 5.1 dimana rata-rata nilai errornya kurang dari 5%. Tabel 5.1 Hasil pembandingan antara present model dengan Yew, A., et al., (2003) model. Parameter Tekanan Kontak Maksimal Jari-Jari Kontak
B.
Present Model 18,1206 7,6948
Yew, A., et al., (2003) model 18,045 7,5637
Error 0,42% 1,73%
Data dan Analisa Data Hasil simulasi dari penelitian ini yang meliputi kontur von Mises stress dan tekanan kontak
seperti pada gambar 5.2 sampai 5.14 sebagai berikut :
Gambar 5.2 Kontur von Mises stress CoCr-on-CoCr.
Gambar 5.3 Kontur von Mises stress CoCr-on-CoCr pada bagian femoral head.
Gambar 5.4 Kontur von Mises stress CoCr-on-CoCr pada bagian Acetabular Cup.
Gambar 5.5 Kontur von Mises stress CoCr-on-CoCr pada bagian Semen.
Gambar 5.6 Kontur von Mises stress CoCr-on-CoCr pada bagian Concellous Bone.
Gambar 5.7 Kontur von Mises stress CoCr-on-CoCr pada bagian Cortical Bone.
Tekanan Kontak [MPa]
20
15
10
5
0 0
5
10
15
20
25
30
-5
Angular Coordinate [degree]
Gambar 5.8 Distribusi tekanan kontak CoCr-on-CoCr
Gambar 5.9 Kontur von Mises stress CoCr-on-ST.
Tekanan Kontak [MPa]
20 15 10
5 0 0
5
10
15
20
25
-5
Angular Coordinate [degree]
Gambar 5.10 Distribusi tekanan kontak CoCr-on-ST
30
Gambar 5.11 Kontur von Mises stress ST-on-CoCr.
Tekanan Kontak [MPa]
20 15 10 5 0 0
5
10
15
20
25
-5
Angular Coordinate [degree]
Gambar 4.12 Distribusi tekanan kontak ST-on-CoCr
30
Gambar 5.13 Kontur von Mises stress ST-on-ST.
Tekanan Kontak [MPa]
20 15 10 5 0 0
5
10
15
20
25
30
-5
Angular Coordinate [degree]
Gambar 5.14 Distribusi tekanan kontak ST-on-ST
Guna mempermudah dalam menganalisa hasil simulasi data dioleh dalam bentuk grafik sebagai mana gambar 5.15 sampai gambar 5.18.
Gambar 5.15 Distribusi tekanan kontak pada metal-on-metal.
Gambar 5.16 Tekanan kontak maksimum
(a)
(b) Gambar 5.17 Distribusi tegangan von Mises yang terjadi pada (a) femoral head, (b) acetabular cup.
(c)
(d)
(e) Gambar 5.18 Lanjutan distribusi tegangan von Mises yang terjadi pada (c) semen, (d) concellous bone, (e) cortical bone. C.
Pembahasan Pada pemodelan kontak tulang pinggul buatan metal-on-metal
disimulasikan empat
pasangan material yang digunakan yaitu: CoCr-on-CoCr, ST 316L-on-ST 316L, CoCr-on-ST 316L, ST 316L-on-CoCr. Hasil yang didapat dari penelitian ini mempunyai kecenderungan yang sama dengan hasil penelitian Yew, A., et al., (2003) dan Ansori, C., (2010), yaitu distribusi tekanan kontak menyerupai pelana kuda dimana tekanan kontak akan cenderung sedikit naik
kemudian turun lalu naik sampai posisi tertinggi baru kemudian turun kembali. Perbandingan distribusi tekanan kontak pada permukaan antar pasangan material dapat dilihat pada Gambar 5.15. Tekanan kontak maksimum yang terjadi pada tiap pasangan besarnya bervariasi satu dengan yang lain. Variasi besar tekanan kontak maksimal seperti pada Gambar 5.16. Dari Gambar 5.16 dapat disimpulkan bahwa besar tekanan kontak
yang terjadi pada tiap-tiap
pasangan perbedaanya kecil dan tidak signifikan (9,1%). Tekanan kontak maksimum terjadi pada pasangan CoCr-on-CoCr yaitu sebesar 18,75 MPa dan tekanan kontak minimum terjadi pada pasangan ST 316L-on-ST 316L yaitu sebesar 17,173 MPa. Jari-jari kontak yang terjadi pada empat pasangan metal-on-metal besarnya sama yaitu 7,022 mm. Dari penelitian ini didapatkan juga distribusi tegangan von Mises untuk tiap pasangan material. Untuk tiap pasangan material dapat diketahui tegangan von Mises terbesar akan terjadi pada bagian acetabular cup. Distribusi tegangan von Mises untuk tiap bagian menunjukkan hasil yang bervariatif. Pada bagian femoral head, besarnya cenderung sama untuk tiap pasangan material, namun pada bagian yang lain terjadi perbedaan seperti terlihat pada Gambar 5.17 dan Gambar 5.18. Pada bagian acetabular cup tegangan von Mises maksimum terjadi pada pasangan CoCr-on-CoCr
yaitu sebesar 102,9 MPa dan tegangan von Mises minimum terjadi pada
pasangan ST 316L-on-ST 316L yaitu 96,83 MPa. Namun pada bagian semen, concellous bone dan cortical bone tegangan von Mises maksimum terjadi pada pasangan CoCr-on-ST 316L dan tegangan von Mises minimum terjadi pada pasangan ST 316L-on-CoCr. Distribusi tegangan von Mises yang terjadi di tiap bagian tidak merata. Letak tegangan von Mises maksimum pada femoral head terjadi pada sisi bawah bagian tengah dimana beban
dikenakan pada bagian ini. Pada bagian acetabular cup terjadi di dekat permukaan kontak antara acetabular cup dan semen begitu juga dengan yang terjadi pada bagian semen. Sedangkan pada bagian tulang, letak tegangan von Mises maksimum pada concellous bone terjadi pada bagian permukaan kontak dengan semen sisi atas dan pada bagian cortical bone tegangan von Mises cenderung merata.
