Analisis Struktur Produk Pengarah Jalan Bentuk Kerucut Menggunakan MSC.NASTRAN.

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

ANALISIS STRUKTUR PRODUK PENGARAH JALAN

BENTUK KERUCUT MENGGUNAKAN

MSC.NASTRAN

ALFANSYURI NIM. 040401034

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Prof.Dr.Ir.Bustami Syam MSME

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 Ir. Tugiman, MT

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 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.

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

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

1.2.1Tujuan umum 2

1.2.2Tujuan khusus 2

1.3Perumusan Masalah 2

1.4 Metodologi 3

1.5 Batasan Masalah 5

1.6 Sistematika Penulisan 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA` 7

2.1Pendahuluan 7

2.2Tentang Polimer 8

2.3Metode Elemen Hingga 9

2.3.1Langkah-Langkah Metode Elemen Hingga 10 2.3.2Kelebihan dan Kekurangan Metode Elemen Hingga 18

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 21

3.1Pendahuluan 21

3.2Tempat Dan Waktu 21

3.2.1Tempat 21

3.2.2Waktu 21

3.3Traffic Cone Komersial 22

3.4Diagram Alir Simulasi 24

3.5Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik dari Material 28

3.6Prosedur Simulasi 28

3.6.1Permodelan kerucut jalan 28

3.6.2Proses Import Ke Msc Nastran 29 3.6.3Mendefenisikan Material Properties 30 3.6.4Mendefinisikan Element/Property Type 31

3.6.5 Proses Meshing 31

3.6.6Penerapan Constraint 33

3.6.7Penerapan Load 33

3.6.8Proses Analyzing 34

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 35

4.1Pendahuluan 35

4.2Simulasi kerucut lalu lintas 35

4.2.1Impak Atas 38

4.2.2Impak pada tiga perempat ketinggian 52 4.2.3Impak pada ketinggian setengah 58

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 67

5.1 Kesimpulan 67

5.2 Saran 68

DAFTAR PUSTAKA 69

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 4.11. 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 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,

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

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

Sut = Ultimate strenght Pa

Sy = Yield strenght Pa

υ = Poison ratio -

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1. Analisa Menggunakan MSC/NASTRAN 4.5 68 2. Permodelan menggunakan software AutoCAD 69

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.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Untuk mempertimbangkan keselamatan, keamanan, ketertiban dan kelancaran serta kemudahan bagi pemakai jalan dalam berlalu lintas, maka diperlukan perlengkapan jalan yang memadai dan memenuhi persyaratan dalam penyelenggaraan serta untuk mencapai hasil guna dan daya guna dalam pemanfaatan untuk lalu lintas menjadi alasan menarik bagi penulis dalam melakukan re-desain suatu kerucut (traffic cone) yang banyak kita temui di jalan raya. Namun kebanyakan masyarakat kurang menyadari pentingnya keberadaan kerucut, bahkan sering kita temui kerucut tersebut jatuh atau tumbang bahkan pecah akibat tersenggol atau tertabrak oleh kenderaan bermotor yang melintas dijalanan tersebut.

Fungsi dari kerucut itu sendiri adalah sebagai kerucut jalan yang dirancang sebagai usaha penertiban lalu lintas. Kerucut dirancang sedemikian rupa dan harus dapat memantulkan cahaya pada malam hari dengan menggunakan butiran kristal kaca, [SK Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997]. Sebagai kerucut jalan yang tidak permanen, kerucut harus bisa dipindah-pindahkan dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu kerucut kerucut.

Kerucut yang biasa digunakan dijalan raya menggunakan material polimer polietilen, akan tetapi pada penelitian ini terdapat perbedaan dalam desain penampilan.

Dengan bantuan komputer, metode elemen hingga mampu menyelesaikan persoalan-persoalan menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan

pembebanan terhadap struktur yang kompleks yang umumnya sulit dipecahkan melalui analisis matematis. Hal ini disebabkan karena analisis matematis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji. Metode elemen hingga menggunakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik diskrit. Dimulai dengan permodelan suatu objek, kemudian membaginya dalam bagian yang kecil. Namun secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum pembagian.

1.2Tujuan Penelitian:

Penelitian ini mencakup dua tujuan yaitu tujuan umum dan tujuan khusus. 1.2.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisa struktur kerucut jalan yang dikenai beban impak.

1.2.2. Tujuan Khusus

a. Mengetahui distribusi tegangan secara mrnyeluruh pada kerucut jalan dengan menggunakan software Msc Nastran 4,5.

b. Mengatahui daerah potensial terjadinya retakan pada struktur kerucut jalan akibat pengimpakan pada beberapa ketinggian.

1.3Perumusan Masalah

Adapun perumusan masalah disusun dalam bentuk flowchart kerangka konsep seperti gambar 1.2.

Kerangka Konsep

Gambar 1.2 Kerangka Konsep

1.4Metodologi

Dalam skripsi ini dilakukan simulasi dengan bantuan komputer untuk menganalisa distribusi tegangan pada kerucut jalan akibat pembebanan statis dan dinamis. Simulasi komputer menggunakan software Msc. Nastran 4.5 buatan dari Msc Software. Software ini mampu melakukan analisa statis, serta mampu menganalisa tegangan yang terjadi pada kerucut jalan. Simulasi dengan software

Dampak :

- kerucut jalan mudah rusak - Biaya menjadi mahal akibat kegagalan produk

Hasil Skripsi:

• Gaya dinamis

• Menganalisa distribusi tegangan yang terjadi pada kerucut jalan.

Permasalahan :

•Beban impak pada kerucut jalan

•Variasi bentuk kerucut jalan.

Menyebabkan:

Retak pada kerucut jalan

Simulasi Komputer

• Membuat permodelan kerucut jalan dengan Material polymer

• Melakukan simulasi kerucut jalan dengan variasi bentuk dan dimensi dengan massa konstan.

Solusi:

Melakukan simulasi komputer yang mampu menganalisa kekuatan material

Msc.Nastran 4.5 memberikan hasil berupa gaya statis yang terkonsentrasi pada setiap komponen-komponen kritis kerucut dan juga diperoleh distribusi tegangan yang terjadi disepanjang kerucut akibat beban tersebut. Mengingat keterbatasan software dalam hal permodelan, maka dalam skripsi ini juga menggunakan software Autocad 2000 untuk melakukan permodelan.

Semua data mengenai marka jalan, diperoleh berdasarkan hasil survei literatur dan lapangan. Hasil simulasi software Msc. Nastran 4.5 dijabarkan dalam bentuk tabel, grafik, dan kontur distribusi tegangan (FEA) yang yang dapat dianalisa dengan mudah, sehingga didapat gambaran mengenai kondisi yang terjadi pada sebuah kerucut jalan akibat pembebanan.

1.5 Batasan masalah

Stabilitas dan fleksibilitas yang masih rendah dari suatu kerucut jalan menjadi alasan menarik, penting dan perlu diteliti oleh peneliti. Permasalahan yang ingin diteliti adalah sejauh mana kekuatan dan ketahanan dari kerucut jalan yang dikenai beban impak. Dengan dilandasi pada latar belakang diatas peneliti memandang perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengetahui respon pada kerucut jalan terhadap beban impak. Analisa numerik dilakukan dengan menggunakan software berbasis elemen hingga (Msc. Nastran 4.5) untuk melihat respon yang diterima kerucut jalan. Dalam skripsi ini juga dilakukan simulasi kerucut jalan dengan variasi beban.

Tugas akhir ini terbagi kedalam tiga bagian yaitu membuat gambar permodelan dengan Software Autocad 2000 kemudian disimulasikan dengan Msc. Nastran 4.5 dan yang terakhir menganalisa hasil simulasi.

Kemudian hasil akan disajikan kedalam tulisan yang terdiri dari 5 bab.

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai Tugas Akhir yang meliputi, pembahasan tentang latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan.

BAB 3 : METODOLOGI PENELITIAN

Berisikan spesifikasi marka jalan yang dijadikan studi kasus dan juga mengenai langkah permodelan dari kerucut jalan dengan menggunakan software autocad 2000 serta pembuatan simulasi dengan menggunakan MscNastran 4.5 for windows.

BAB 4 : HASIL SIMULASI DAN DISKUSI

Berisikan hasil simulasi dan juga hasil diskusi.

Berisikan mengenai kesimpulan akhir yang didapat dari Skripsi ini.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

Disain produk merupakan proses pengembangan konsep awal untuk mencapai permintaan dan kebutuhan dari konsumen. Suatu desain produk yang baik dapat mendorong pengembangan yang sukses, dan suatu desain didasarkan kepada kelebihan produk, kepraktisan dari perakitan, ongkos pabrikasi, pemasaran dan faktor kombinasi apakah desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan.

Ada beberapa pendekatan dasar dari proses disain: untuk memperkecil pemakainan material; untuk mendaur ulang; karena tidak sesuai; karena re-manufacturing; alasan memperkecil bahan dengan resiko tinggi; efisiensi yang tinggi; dan untuk mencapai regulasi standart.

Suatu disain yang efektif terdiri dari tiga unsur-unsur, yaitu:

1. Masukan dokumen untuk disain yang akhir terdiri dari dokumen seperti spesifikasi produk yang akan didesain (Product Design Spesification / PDS) , mutu atau Quality Function Deployment (QFD) dan analisa seperti Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD), Failure Models dan Effect Analysis (FMEA), mutu perencanaan, analisa ketahanan termasuk, hasil dari kecakapan menguji, pekerjaan menggambar perakitan dan detil, dan spesifikasi produk, dan berharga proyeksi. Dokumentasi ini dapat sangat besar dan bukanlah semua tercakup didisain yang akhir. Unsur-Unsur yang penting akan telah ditinjau sebelumnya dan mereka akan

bersertifikat didisain yang akhir. Masukan yang penting yang lain bagi pertemuan adalah pemilihan dari orang-orang siapa yang akan tinjauan ulang. Mereka harus diberi hak untuk membuat keputusan tentang disain dan mempunyai tanggung jawab dan kemampuan untuk mengambil tindakan korektif.

2. Suatu pertemuan yang efektif memproses pertemuan disain secara formal tersusun dengan agenda. Disain yang akhir lebih dari suatu audit berlawanan dengan tinjauan ulang yang lebih awal, yang lebih multifungsional memecahkan masalah sesi.

3. Suatu keputusan yang sesuai dari disain yang akhir adalah suatu keputusan seperti pada produk adalah siap untuk dilepaskan keproduksi departemen. Kadang-kadang keputusan untuk berproses adalah bersifat sementara, dengan beberapa isu yang terbuka yang perlu untuk dipecahkan, penilaian perubahan dapat dibuat sebelum peluncuran produk.

Proses generasi konsep dimulai dengan spesifikasi target dan kebutuhan pelanggan sehingga konsep produk tersebut menghasilkan suatu pemilihan akhir yang baik.

2.2 Tentang Polimer

Polimer tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran polimer, dinyatakan dalam massa (massa rata-rata ukuran molekul dan jumlah rata-rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi sifatnya, seperti suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misal seri hidrokarbon).

Untuk aplikasi yang lebih luas, polimer dapat dibedakan antara polimer termoplastik, polimer termoset dan polimer elastomer. Beberapa contoh polimer termoplastik antara lain adalah PTFE (teflon), Polyethylene Terephthalate (soda bottles), High-Density Polyethylene (Dish Soap Bottles, Milk Jugs), Polyvinyl Chloride (Plumbing, Shampoo Bottles), Low-Density Polyethylene (Film, Stretch Wrap), Polypropylene (Pediatric Containers), Polystyrenes (Plastic Plates, Styrofoam) dan Composite (Milk Cartons). Sementara itu, beberapa polimer termoset antara lain adalah Phenolic (Cookware, Knobs, dan Handles), Urea-Formaldehyde (Bottle Caps, Electrical Fittings), Epoxies (Surface Coatings, Composites) dan SBR Rubbers (ban). Sedangkan polimer elastomer dapat berupa termoset (membutuhkan vulkanisasi) maupun berupa termoplastik. Beberapa contoh polimer elastomer antara lain adalah karet tak saturasi (unsaturated) seperti karet alam, polyisoprene, polybutadine, maupun karet chloroprene.

2.3 Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga adalah metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis dari suatu gejala fisis. Tipe masalah teknis dan matematis fisis yang dapat diselesaikan dengan metode elemen hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa struktur dan kelompok masalah-masalah non struktur.

Tipe-tipe permasalahan struktur meliputi :

1. Analisa tegangan/Stress, meliputi analisa Truss dan Frame serta masalah-masalah yang berhubungan dengan tegangan-tegangan yang terkonsentrasi.

3. Analisa getaran

Masalah non struktur yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode ini meliputi :

1. Perpindahan panas dan massa

2. Mekanika fluida, termasuk aliran fluida lewat media porus 3. Distribusi dari potensial listrik dan potensial magnet

Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit dipecahkan melalui matematis analisis. Hal ini disebabkan karena matematis analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji.

Penyelesaian analisis dari suatu persamaan diferensial suatu geometri yang kompleks, pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi dari metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini.

Metode ini akan menggunakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai dengan permodelan dari suatu benda dengan membagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum pembagian.

2.3.1 Langkah–Langkah Metode Elemen Hingga

Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam menggunakan Metode Elemen Hingga dirumuskan sebagai berikut:

1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi.

Amatilah benda atau struktur yang akan dianalisa, apakah satu dimensi (contoh batang panjang), dua dimensi (plate datar) atau tiga dimensi (seperti

balok).

Macam dan tipe elemen dasar yang digunakan dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bentuk-bentuk elemen dasar.

Kerangan gambar:

(a) : elemen garis (1 dimensi)

(b) : Elemen segitiga dan segiempat (2 dimensi) (c) : Elemen tetrahedral dan balok (3 dimensi) (d) : Elemen segitiga axismetri

Banyaknya potongan yang dibentuk bergantung pada geometri dari benda yang akan dianalisa, sedangkan bentuk elemen yang diambil bergantung pada dimensinya. Connecting rod merupakan bagunan solid tiga dimensi, maka kita dapat meninjau tiap elemennya. Seperti yang terlihat pada gambar 2.2, dapat dimisalkan bentuk tiap elemenya berbentuk tetrahedral.

Gambar 2.2 Elemen Tetrahedral.

Gambar 2.2 merupakan elemen tetrahedral dengan 3 dimensi, yang memiliki 4 node untuk 1 elemen.

2. Pemilihan Fungsi Displacement

Dengan memperhatikan urutan penomoran, dimana nomor yang terakhir (= 4) ditentukan lebih dahulu. Nomor-nomor lainnya ditentukan searah dengan kebalikan jarum jam.

{q} =                           4 4 4 1 w v u . . 1 1 w v u (2.1)

Fungsi displacement {q} u, v, w harus merupakan fungsi linier karena hanya ada dua node yang membatasi sebuah rusuk elemen. Masing-masing fungsi displacement tersebut adalah

u(x,y,z) = a1 + a2x + a3y + a4z

v(x,y,z) = a5 + a6x + a7y + a8z

w(x,y,z) = a9 + a10x + a11y + a12z

(2.2)

dengan syarat batas: pada (x,y,z), u = u1 pada (x,y,z), u = u2

}] ) ( ) ( ) ( ) [{( 6 1 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 u z y x u z y x u z y x u z y x v u δ γ β α δ γ β α δ γ β α δ γ β α + + + + + + + + + + + + + + + = dan seterusnya dihasilkan: }] ) ( ) ( ) ( ) [{( 6 1 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 v z y x v z y x v z y x v z y x v v δ γ β α δ γ β α δ γ β α δ γ β α + + + + + + + + + + + + + + + = (2.3) }] ) ( ) ( ) ( ) [{( 6 1 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 w z y x w z y x w z y x w z y x v w δ γ β α δ γ β α δ γ β α δ γ β α + + + + + + + + + + + + + + + =

            = 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1 z y x 1 z y x 1 z y x 1 z y x 1

6v (2.4)

V menyatakan volume dari elemen tetrahedra. Koefisien αi , βi , γi , δi

          = 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 z y x z y x z y x α

, ( i = 1,2,3,4) dalam persamaan 2.5 diberikan sebagai berikut:

          − = 4 4 3 3 2 2 1 z y 1 z y 1 z y 1 β           = 4 4 3 3 2 2 1 z x 1 z x 1 z x 1 γ           − = 4 4 3 3 2 2 1 y x 1 y x 1 y x 1 δ           − = 4 4 4 3 3 3 1 1 1 2 z y x z y x z y x α           − = 4 4 3 3 1 1 2 z y 1 z y 1 z y 1 β           − = 4 4 3 3 1 1 2 z x 1 z x 1 z x 1 γ           = 4 4 3 3 1 1 2 y x 1 y x 1 y x 1 δ           = 4 4 4 2 2 2 1 1 1 3 z y x z y x z y x α           − = 4 4 2 2 1 1 3 z y 1 z y 1 z y 1 β

          = 4 4 2 2 1 1 3 z x 1 z x 1 z x 1 γ           − = 4 4 2 2 1 1 2 y x 1 y x 1 y x 1 δ           − = 3 3 3 2 2 2 1 1 1 4 z y x z y x z y x α           − = 3 3 2 2 1 1 4 z y 1 z y 1 z y 1 β           − = 3 3 2 2 1 1 4 z x 1 z x 1 z x 1 γ           = 3 3 2 2 1 1 2 y x 1 y x 1 y x 1

δ (2.5)

Fungsi displacement dalam kaitannya dengan fungsi bentuk N ditulis sehingga persamaan 2.5, dapat disederhanakan menjadi:

                                                =         4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 N 0 0 N 0 0 N 0 0 0 0 0 N 0 0 N 0 0 N 0 0 0 0 0 N 0 0 N 0 0 N 0 0 w v u w v u w v u w v u N N N w v u (2.6) Dimana, v z y x N 6 )

( 1 1 1 1

1

δ γ β

α + + +

v z y x N 6 )

( _{2 2 2 2}

2

δ γ β

α + + +

= v z y x N 6 )

( _{3 3 3 3}

3

δ γ β

α + + +

= v z y x N 6 )

( _{4 4 4 4}

4

δ γ β

α + + +

= (2.7)

4. Menentukan Strain-Displacement dan Hubungan Stress/Strain

Strain dari elemen untuk kasus stress tiga dimensi diberikan dalam persamaan berikut ini:

{ }

                                    ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂ =                     = z u x w y w z v x v y u z w y v x u zx yz xy z y x γ γ γ ε ε ε

ε (2.8)

Dikalikan dengan matriks [B], strain dinyatakan sebagai:

{ }

ε =

[ ]

B

{ }

q (2.9)

Dimana

[ ]

  



= B−1 B−2 B−3 B−4

B (2.10)

Sub matriks     − 1

                    =     − x z y z y z y x N N N N N N N N B , 1 , 1 , 1 , 1 x 1, , 1 , 1 , 1 , 1 1 0 0 0 N 0 0 0 0 0 0 (2.11) Catatan:

1. Indeks huruf dibelakang koma menyatakan differensial dari N1

2. Untuk sub matrik lain

terhadap x. − − − 4 3 2,B ,B

B tinggal mengganti indeks 1 pada persamaan (2.64) berturut-turut dengan 2,3 dan 4.

Dengan memasukkan harga Ni

                    =     − 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 β

δ δ γ

β γ δ γ β v B

dari persamaan (2.11) (i = 1,2,3,4) ke persamaan (2.12) diperoleh sub matrik:

(2.12)

Demikian pula untuk sub matriks

    − 2 B ,     − 3 B ,     − 4 B

Maka hubungan stress-strain diberikan melaui persamaan {σ} = [c] {ε}

2.3.2 Kelebihan dan Kekurangan Dalam Penggunaan Elemen Hingga

Beberapa kelebihan dalam penggunaan metode ini adalah :

1. Benda dengan bentuk yang tidak teratur dapat dengan mudah dianalisa 2. Tidak terdapat kesulitan dalam menganalisa beban pada suatu struktur 3. Permodelan dari suatu benda dengan komposisi materi yang berlainan

dapat dilakukan karena tinjauan yang dilakukan secara individu untuk setiap elemen.

4. Dapat menangani berbagai macam syarat batas dalam jumlah yang tak terbatas

5. Variasi dalam ukuran elemen memungkinkan untuk memperoleh detail analisa yang diinginkan.

6. Dapat memecahkan masalah-masalah dinamik (time dependent)

Kekurangan yang terdapat dalam penggunaan metode ini adalah diperlukannya komputer sebagai alat hitung yang lebih cepat dan akurat.

2.4. MSC/NASTRAN 4.5

Metode Elemen Hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur diselesaikan denghan bantuan NASTRAN, suatu paket program yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation. Perengkat lunak ini adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan MSC/NASTRAN, kita dapat mengimpor geometri CAD (Computer Aided Design) ataupun dengan membuat geometri sendiri dengan MSC/NASTRAN.

Tidak ada masalah dimana kita membuat geometry, kita dapat memakai untuk membuat model elemen hingga yang lengkap. Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual sampai automatik. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN’s

libraries. Demikian juga banyak type kondisi batas dan kondisi pembebanan dapat diterapkan kerancangan.

Analisa tegangan dengan metode elemen hingga dapat memecahkan beberapa kasus banyak menggunakan pendekatan prosedur dua dimensi. Prosedur dua dimensi. digunakan karena praktir, lebih mendekati, dan modelnya lebih sederhana. Pada kasus yang sebenarnya analisa tiga dimensi yang banyak digunakan karena analisa tegangan tiga dimensi dengan metode elemen hingga mendekati masalah yang sebenarnya.

Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan dengan mendiskretisasi persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemahan utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat susah dipenuhi. Dan kelemahan yang lain adalah akurasi hasil perhitungan yang relatif rendah. Kajian elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya.

Mesh dapat dibuat dengan berbagai metode yaitu Generate Between, Generate Region, On Geometry, Boundary Mesh, dan Transition. Material dan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN libraries. MSC/NASTRAN juga dapat menampilkan secara grafik setiap langkah proses modelling dan masih banyak lagi keunggulan dan kemudahan yang disediakannya.

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pendahuluan

Bab ini berisikan metodologi yang digunakan untuk menyalesaikan permasalahan pada skripsi ini. Secara umum metodologi yang digunakan dalam skripsi ini dibagi kedalam beberapa 3 tahapan yaitu: (1) Survei data berupa spesifikasi data Kerucut jalan yang dijadikan studi kasus (2) Permodelan mekanisme dengan software Autocad 2000; (3) Analisa dinamis, dan analisa FEA menggunakan Msc.Nastran 4.5. Hasil dari analisa komputer akan ditampilkan pada bab 4.

Dalam skripsi ini dilakukan studi kasus terhadap pembebanan kerucut jalan komersial. Survei dilakukan langsung terhadap kerucut jalan komersial yang tersedia di Lab Impak S2, dimana data yang diperoleh dapat dilihat pada gambar 3.1. Kemudian dilakukan Penyelidikan secara simulasi dilaksanakan si IC-STAR USU. Permodelan dengan menggunakan bantuan software Autocad 2000 untuk memperoleh assembly dari Kerucut jalan. Hasil permodelan dikirim ke software Msc. Nastran for Windows.

3.2. Tempat dan Waktu

3.2.1. Tempat

Penelitian dengan simulasi komputer dilaksanakan di IC-Star USU dengan menggunakan software Msc. Nastran

3.1.2. Waktu

Waktu penelitian dilaksanakan mulai januari 2009 s/d juni 2009.

3.3. Traffic cone Komersial

Traffic cone komersial dengan bahan polimer Polypropylene, benar-benar disain yang sederhana, dengan pondasi yang luas. Traffic cone komersial yang banyak dikomsumsi oleh masyarakat telah memenuhi standart uji sesuai dengan Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1. dibawah ini.

Badan kerucut terdiri dari suatu cekungan, yang terbuat dari bahan Polypropylene dengan bentuk yang simetris. Ketebalan dari kerucut kulit adalah sekitar 2,53 mm s.d 4,15 mm. Tingginya kerucut 664 mm dan beratnya adalah 1,665 kg. Diameter sebelah dalam dari alas kerucut adalah 220 mm, dan diameter dari puncak dari kerucut adalah 54 mm, seperti ditunjukkan pada gambar 3.1.(a), dan kerucut polimer konvensional ditunjukkan pada gambar 3.1.(b).

Gambar. 3.1(a). Marka kerucut Komersial

Gambar. 3.1(b). Marka kerucut polimer konvensional

Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa traffic cone dirancang sedemikian rupa dan harus dapat memantulkan cahaya pada malam hari dengan menggunakan butiran kristal kaca. [SK Dirjen Perhubungan No. 116 Tahun 1997]. Sebagai marka jalan yang tidak permanen, traffic cone harus bisa dipindah-pindahkan dengan mudah dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu traffic cone. Seperti diperlihatkan pada gambar 3.2.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk pengembangan diskusi dan aplikasi lebih lanjut dengan menggunakan suatu pengetahuan dari dinamika dan mekanika dari bahan-bahan untuk perancangan suatu kerucut lalu lintas.

Gambar. 3.2 Traffic cone standart desain

3.4 Diagram Alir Simulasi

Dalam skripsi ini, aliran proses simulasi menggunakan bantuan komputer meliputi, yaitu (1) Proses pemodelan untuk membuat kerucut jalan dengan bantuan software Autocad 2000 dan (2) Simulasi permodelan dengan menggunakan software Msc. Nastran 5.4 for Windows. Dengan menggunakan flow chart akan memudahkan dalam menganalisa tahapan-tahapan dalam proses simulasi tersebut. Pada gambar 3.3 berikut ini disajikan flow chart Diagram alir permodelan dengan Autocad 2002 yang digunakan dalam penelitian ini. Dan dilanjutkan dengan diagram alir simulasi dengan Nastran 4.5. for windows pada gambar 3.4.

Gambar 3.3 Diagram Alir Permodelan Dengan Autocad 2002 Berhasil ?

Ya

Tidak

Membuat produk jadi satu bagian solid

Membuat Geometry dari kerucut jalan. MULAI

Di eksport dalam format *.sat

Periksa kesolidan produk dan pastikan

menggunakan

autocad 2002 kebawah

Gambar 3.4 Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 4.5 for Windows

B A

Berhasil ?

Ya

Tidak

Proses

MESHING

Menetapkan

UKURAN MESH

Mendefenisikan

MATERIAL

(Polypropylene solid)

Mengimport

GEOMETRY ASSEMBLY

Mendefenisikan

PROPERTIES

(Modulus, poison rasio)

Gambar 3.4 Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 4.5 for windows (Lanjutan) Tidak

Ya

B A

Proses

ANALYZING

Berhasil ? Menetapkan

BEBAN

(LOAD = 17 N) Menetapkan

CONSTRAINT

(pinned)

Proses Penampilan Hasil

• Gaya-gaya Dinamis

• Distribusi Tegangan (FEA)

• Titik konsentrasi tegangan

3.5 Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik dari Material 1. Polypropylene

Polypropylene adalah salah satu bahan yang biasa digunakan untuk pembuatan kerucut jalan. Adapun sifat fisis dan mekanis dari bahan Polypropylene dilihat pada tabel 3.1. adalah sebagai berikut:

Tabel 3.1 Sifat Fisis dan Mekanis Material Polypropylene

No. Sifat Fisis Nilai

1 Density 890 kg/m3

2 Modulus of Elasticity 0,9 Gpa

3 poisson's ratio 0.42

4 yield stress 35 Mpa

5 ultimate stress 45 Mpa

Sumber

3.6 Prosedur Simulasi

3.6.1 Permodelan Kerucut jalan

Karena keterbatasan software Msc. Nastran 4.5 dalam hal permodelan, maka proses permodelan akan menggunakan bantuan software Autocad 2000. dengan menggunakan autocad 2002 pemodelan dibuat 3 dimensi dalam bentuk solid sehingga dapat diekspor dalam format *.sat. dengan format tersebut mampu dibaca secara baik oleh Msc. Nastran 4.5 baik dimensi maupun goemetri objeknya.

3.6.2 Proses import ke Msc Nastran

Hasil asembling dari autocad kemudian di export ke Software simulasi. Simulasi dilakukan dengan menggunakan software komputer Msc. Nastran 4.5, dimana software program ini mampu melakukan analisis pembebanan statis dan dinamis, analisa temperatur temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya. Pada gambar 3.5 merupakan tampilan awal Msc.Nastran 4.5.

Gambar 3.5 Tampilan Pembuka Msc. Nastran 4.5

Adapun proses import ke dari autocad dilakukan langsung dari program Msc. Nastran yaitu dari menu file pilih import geometri. Maka pada gambar 3.6. akan tampak tampilan proses import seperti dibawah ini, lalu klik OK.

Gambar 3.6. Tampilan proses import 3.6.3. Mendefenisikan Material Properties

Langkah selanjutnya adalah menentukan sifat material kerucut jalan. Jenis material adalah Polypropylene dengan nilai material properties seperti tabel 3.1. Langkah mendefenisikan material properties adalah: Pilih model > Material. Lalu masukan nilai modulus elastisitas, masa jenis dan poisson ratio sesuai dengan tabel 3.1 ke dalam kotak dialog material (Gambar 3.7).

3.6.4. Mendefinisikan Element/Property type

Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya adalah dari menu Model >Property. Lalu pilih jenis materialnya dan jenis element yang akan dianalisa, disini kita pilih elemen solid seperti gambar 3.8.

Gambar 3.8. Tampilan element type

3.6.5. Proses Meshing

Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Namun dalam skripsi ini tidah dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran tersebut mengingat keterbatasan sistem komputer yang digunakan, di sini proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampua komputer. Yaitu dengan langkah sebagai berikut: pilih menu mesh > geometry > solid. Tampilan penerapan mesh tampak pada gambar 3.9. dan hasilnya seperti pada gambar 3.10.

Gambar 3.9. Tampilan penerapan meshing

X Y Z V1

3.6.6. Penerapan Constraint

Pada penerapan constraints langkah perintahnya adalah pilih menu model > constraint > set. Masukan nama pada constraint lalu klik OK. Kemudian pilih menu model > constraint > on surface, lalu pilih bagian bawah kerucut sebagai constraint dan pilih jenis constraint pinned. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat seperti terlihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Tampilan constraint

3.6.7. Penerapan Load

Besar nilai pembebanan diasumsikan sebagai gaya sentuh yaitu sebesar 85 N. Sehingga pembebanan dalam bentuk tegangan sebesar 17 Mpa. Untuk memasukkan nilai pembebanan dilakukan dengan cara: pilih menu model> load >set > on elements seperti gambar 3.12. tampilan penerapan load.

Gambar 3.12. Tampilan penerapan load 3.6.8. Function Definition

Untuk melihat kurva tegangan vs waktu maka dapat dilakukan dengan

memasukkan data pada kotak dialog Function Definition (Gambar 3.13)

Gambar 3.13. Kotak Dialog Model fungsi 3.6.9. Proses Analyzing

Untuk menganalisa dilakukan dengan cara: pilih menu file > Analyze > OK. Tampilan Analyze seperti tampak pada gambar 3.13.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pendahuluan

Kerucut jalan yang digunakan sebagai spesimen pada penelitian ini adalah kerucut komersial yang banyak dijual dipasaran dan digunakan sebagai pengarah jalan. Bentuk kerucut jalan yang akan disimulasikan pada penelitian ini adalah kerucut dengan material Polypropilene.

Respon yang terjadi pada lokasi impak tidak dapat dilakukan secara langsung, sehingga untuk mengamati respon ini dilakukan simulasi komputer. Dengan simulasi tersebut dapat diamati distribusi tegangan pada seluruh permukaan kerucut jalan dengan menggunakan software AutoCAD dan MSC/NASTRAN 4.5, untuk menggambar kerucut jalan menggunakan AutoCAD dengan pemodelan yang mendekati bentuk kerucut jalan sebenarnya dan Metode Elemen Hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur diselesaikan dengan bantuan MSC/NASTRAN 4.5.

4.2. Simulasi Kerucut jalan komersial

Simulasi komputer berbasis metoda elemen hingga modelnya dipersiapkan dalam dua tahap, yaitu model solid dan model elemen hingga. Sebelum simulasi elemen hingga dilakukan, kerucut jalan dimodelkan dengan bantuan software AutoCAD, kerucut jalan di gambar sesuai dengan dimensi dan geometri kerucut jalan yang sebenarnya (Gambar 4.1).

Gambar 4.1. Ukuran kerucut jalan komersial

Pemodelan dengan elemen hingga dikerjakan menggunakan software MSC/NASTRAN 4.5 dengan meng-import dari model AutoCAD (Gambar 4.2).

X Y Z

X 20.06404

2020.064 4020.064

6020.064 8020.064

10020.06 12020.06

14020.06 16020.06

18020.06 Y

-2000.0. 2000.4000.

6000.8000. 10000.12000. V1

Gambar 4.2. kerucut jalan komersial

Model elemen hingga dan arah impak pada kerucut jalan ditunjukkan pada Gambar 4.3, masing-masing kerucut jalan, untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan kerucut arah pengimpakan dilakukan pada arah impak atas yang

diasumsikan akibat tabrakan mobil, impak tiga perempat ketinggian akibat tabrakan motor, impak setengah ketinggian akibat pengujian bandul[1]. Bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral 4 node. Penyelesaian metoda elemen hingga diupayakan semaksimal mungkin untuk menyederhanakan kondisi sebenarnya. Penelitian ini hanya simulasi maka meterial propertis dipilih Polypropilene.

(a) Impak Atas

(b) Impak pada tiga perempat ketinggian

Gambar 4.3. Lokasi impak pada kerucut jalan 498 mm l = 664 mm

(c) Impak pada setengah ketingian

Gambar 4.3. Lokasi impak pada kerucut jalan (lanjutan)

4.2.1. Impak Atas

Kerucut jalan yang sudah dimodel dipindahkan ke MSC/NASTRAN 4.5 dengan meng-import gambar dari AutoCAD, dalam MSC/Nastran 4.5 analisa bisa dilakukan dengan mengambil sepenuhnya model yang sebenarnya. Agar kerucut jalan sesuai dengan bentuk sebenarnya maka perbandingan skala kerucut jalan harus disesuaikan dengan perbandingan 1:1, hasil dapat dilihat pada Gambar 4.4. Dalam simulasi bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral empat node. Jumlah elemen yang akan terbentuk pada model kerucut jalan tergantung pada ukuran kerucut jalan (elemen size) yang terdapat pada kotak dialog (Gambar 4.5).

l = 664 mm

X Y

Z _X

20.064042020.064Y 4020.0646020.0648020.06410020.0612020.0614020.0616020.0618020.06 -2000.2000.4000.6000.8000.0.

10000. 12000. V1

Gambar 4.4. Model kerucut jalan di Nastran Setelah di import dari AutoCAD

Elemen size dipilih 14 mm, dari hasil mesh diketahui jumlah elemen kerucut jalan adalah 25178 dan jumlah node 44179 (Gambar 4.5)..

X Y Z

X 20.06283

2020.063 4020.063

6020.063 8020.063

10020.06 12020.06

14020.06 16020.06

18020.06 Y

-2000. 0. 2000.4000.

6000.8000. 10000.12000.

85.

T

T T T

T V1

L1 C1

Gambar 4.6. Kerucut jalan yang sudah di mesh

Setelah itu pemilihan material kerucut jalan yang disimulasikan adalah Polypropilene. Di dalam kotak dialog (Gambar 4.7) telah tersedia berbagai jenis material beserta sifat-sifat mekaniknya.

Bila dipilih salah satu dari material-material tersebut maka kotak dialog untuk material otomatis akan terisi. Karena material kerucut jalan yang diinginkan tidak terdapat pada daftar maka sifat-sifat mekanik material Polypropilene dapat kita tulis dikotak dialog secara manual, data yang dibutuhkan untuk simulasi seperti modulus elastisitas, massa jenis, dan poisson ratio harus diisikan ke dalam kotak dialog (Gambar 4.8). Ukuran kerucut jalan ketika dimodelkan dengan software AutoCAD dibuat dalam satuan milimeter, sehingga data yang dimasukkan dalam satuan milimeter:

•Youngs Modulus, E = 0,9 Gpa

•Poisson’s Ratio = 0,42

•Mass density, ρ = 0,89 Mg/m3 = 8,9.10-7 kg/mm3

Gambar 4.8. Kotak dialog material dan sifat mekaniknya

Karena beban impak diberikan dari sebelah atas kerucut jalan maka pada MSC/Nastran artinya beban impak diberikan dalam arah sumbu y, maka untuk gerakan translasi kerucut jalan harus di constraint permukaan bawahnya dalam

bentuk pinned karena pada arah sumbu ini kerucut jalan akan bertranslasi setelah kena beban impak[1].

Di dalam software Nastran tersedia berbagai bentuk pembeban, diantaranya adalah dalam bentuk gaya (Force) dan dalam bentuk tekanan atau tegangan (pressure). Pemberian beban diasumsikan akibat gaya sentuh sebuah bola uji bandul dengan massa 8,5 Kg.

A = Luas daerah pembebanan, = 2

4d

π

dimana d = diameter permukaan kerucut yang terkena impak (1.6 mm) A = 2

4d

π

= 2

) 6 . 1 ( 4

14 , 3

= 5 mm

A F

=

σ

2

Maka tegangan adalah:

=

5 85

≈17 MPa

Beban yang dimasukkan ke simulasi adalah dalam bentuk tegangan maka dipilih pembebanan dalam bentuk tegangan = 17 MPa arah face = 1 di elemen 25344 untuk impak atas. Hasil tampilan kerucut jalam yang diberikan beban seperti gambar 4.9. Beban yang diberikan adalah beban impak atau beban dinamis maka dalam simualsi ini diperlukan pembebanan dalam bentuk dinamis dan pembagian waktu pembebanan untuk time perstep seperti gambar 4.10.

X Y

Z T

T T T

T 17. V1

L1 C1

Gambar 4.9. Kerucut jalan yang diberikan beban

Nilai masukan untuk jumlah langkah dan waktu per langkah disamakan dari penilitian Rahmawaty [1] yaitu:

•Masukkan Number of Steps = 44

•Time per Step = 0,015 s

Tegangan fungsi waktu diamati pada lokasi permukaan kerucut, yaitu: pada lokasi diberinya beban impak, untuk melihat tegangan fungsi waktu pada lokasi beban impak untuk bentuk kerucut jalan. Respon tegangan yang terjadi pada lokasi ini terlihat adanya perbedaan baik besarnya respon maupun bentuk gelombang penjalarannya. Maka untuk waktu impak tegangan insiden adalah (Gambar 4.11) dan kurva tegangan Insiden vs waktu impak(Gambar 4.12).

Gambar 4.11. Kotak Dialog Model Fungsi

0. .0587 0.117 0.176 0.235 0.294 0.352 0.411 0.47 0.528 0.587 0.646 0.704 0.763 0.822 0.881 0.939 0.998

0. 0.00462 0.00925 0.0139 0.0185 0.0231 0.0277 0.0324 0.037 0.0416 0.0462 0.0509 0.0555 0.0601 0.0648 0.0694 0.074 74E-3/25

Langkah terakhir untuk menganalisa kerucut jalan maka pada kotak dialog Nastran pada gambar 4.13. analysis control pilih:

Analysis Type = 3..Transient Dynamic/Time Output Type = 2..Displacements and stress

Gambar 4.13. Nastran analysis control

Sebagaimana diketahui bahwa efek pembebanan secara impak pada suatu struktur berbeda dengan beban statik, dengan beban impak berlaku fenomena penjalaran tegangan; gelombang tegangan dapat berpropagasi dan terefleksi pada batas bebas menuju lokasi impak. Gelombang dapat bertubrukan sesamanya dan membentuk daerah pemusatan tegangan yang mampu merusak struktur. Perlu dicatat bahwa pada kasus ini tegangan yang dilihat dari hasil pengimpakan adalah tegangan pada arah depan dari kerucut jalan (Frontal).

Pengimpakan arah atas kerucut jalan dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 MPa maka distribusi tegangan VonMises marka kerucut 3D dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2 dapat dilihat pada Gambar 4.14.

X Y Z

T T

T T

17.

T

99.31 93.1 86.89 80.69 74.48 68.27 62.07 55.86 49.65

43.45 37.24

31.03 24.83 18.62

12.41

6.208 0.00172

V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Von Mises Stress

Gambar 4.14. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2

Gambar 4.14. Distribusi tegangan solid VonMises stress

pada elemen 25344 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan distribusi tegangan Von Mises maksimum pada 99,31 MPa pada waktu 0,0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Gambar 4.15. memperlihatkan distribusi tegangan Normal sumbu x marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm

serta tegangan impak sebesar 17 MPa

2

serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 25344 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003.

X Y Z

T T

T T

17.

T

40.58 34.94 29.31 23.67 18.03 12.39 6.754 1.116 -4.522

-10.16 -15.8

-21.44 -27.07 -32.71

-38.35

-43.99 -49.63

V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid X Normal Stress

Gambar 4.15. Distribusi tegangan normal sumbu-x impak atas

Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-X maksimum pada 40,58 MPa pada waktu 0,0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Gambar 4.16. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2 serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 25344 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-Y maksimum pada 22,42 MPa pada waktu 0,264 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

X Y Z T T T T 17. T 22.42 19.72 17.03 14.33 11.63 8.936 6.24 3.543 0.847 -1.85 -4.546 -7.243 -9.939 -12.64 -15.33 -18.03 -20.73 V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Y Normal Stress

Gambar 4.16. Distribusi tegangan normal sumbu-y impak atas

X Y Z T T T T 17. T 94.4 82.35 70.31 58.26 46.21 34.17 22.12 10.07 -1.973 -14.02 -26.07 -38.11 -50.16 -62.21 -74.25 -86.3 -98.34 V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Z Normal Stress

Gambar 4.17. Distribusi tegangan normal sumbu-z impak atas

Gambar 4.17. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai

gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2

1: Solid Von Mises Stress, Element 25344

2: Solid Von Mises Stress, Element 22258

3: Solid Von Mises Stress, Element 27528 4: Solid Von Mises Stress, Element 26175

0. 5.617 11.23 16.85 22.47 28.09 33.7 39.32 44.94 50.55 56.17 61.79 67.41

0. 0.000669 0.00134 0.00201 0.00268 0.00335 0.00402 0.00468 0.00535 0.00602 0.00669 0.00736 0.00803 0.0087 Set Value

0. 28.25

0. 14.85

0. 16.67

0.

73.02

serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 16436 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-Z maksimum pada 94,4 MPa pada waktu 0,264 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Setelah melakukan analisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut, maka selanjutnya akan diperoleh grafik penjalaran distribusi tegangan yang terjadipada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik yaitu titik 1 elemen 25344, titik 2 elemen 22258, titik 3 elemen 27528, dan titik 4 elemen 26175 waktu penjalaran 0,0087 detik dengan time per step 0,0003 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut.

Gambar 4.18, 4.19, 4.20 memperlihatkan grafik solid von misses, normal x, dan normal y pada titik 1 elemen 25344, titik 2 elemen 22258, titik 3 elemen 27528, dan titik 4 elemen 26175.

Gambar 4.18. Grafik solid VonMises pada elemen 25344, 22258, 27528, dan

1: Solid X Normal Stress, Element 25344 2: Solid X Normal Stress, Element 22258 3: Solid X Normal Stress, Element 27528 4: Solid X Normal Stress, Element 26175 37.59

34.09 -30.6 27.11 23.61 20.12 16.63 13.13 -9.64 6.147 2.653 0.84

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00913 Set Value -39.02

0.

-0.0544

0.107 -0.0744

0.054 0.

2.269

Gambar 4.19. Grafik solid x normal stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

dan titik 4 elemen 26175.

1: Solid Y Normal Stress, Element 25344 2: Solid Y Normal Stress, Element 22258 3: Solid Y Normal Stress, Element 27528 4: Solid Y Normal Stress, Element 26175 11.21

10.18 9.143 8.109 7.076 6.042 5.008 3.974 -2.94 1.906 0.873 0.161 1.195 2.229

-0.00005720.000619 0.0013 0.00197 0.00265 0.00332 0.004 0.00468 0.00535 0.00603 0.00671 0.00738 0.00806 0.00874 Set Value -9.42

0. -0.103 0.

-0.256 0. 0.

1.584

Gambar 4.20. Grafik solid y normal stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

Gambar 4.21. adalah grafik solid normal stress yang terjadi pada keempat titik masing-masing 25344, 22258, 27528 yang dianalisa pada sumbu Z. Dari hasil analisa dapat diketahui bahwa tegangan maksimum terjadi pada titik 2 mencapai -14,5 MPa dengan waktu 0,0087detik.

1: Solid Z Normal Stress, Element 25344 2: Solid Z Normal Stress, Element 22258 3: Solid Z Normal Stress, Element 27528 4: Solid Z Normal Stress, Element 26175 -30.7

22.05 -13.4 4.747 3.904 12.55 21.2 29.85 38.51 47.16 55.81 64.46 73.11

-0.0004070.000333 0.00107 0.00181 0.00255 0.00329 0.00403 0.00477 0.00551 0.00625 0.00699 0.00773 0.00847 0.00921 Set Value -32.61

0.

-14.51 0.

-16.4 0. 0.

69.77

Gambar 4.21. Grafik solid z normal stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

dan titik 4 elemen 26175.

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan pada tabel 4.1. dimana tegangan yang terjadi akibat tegangan impak yang menjalar dari atas marka kerucut menjalar ke bawah mendekati base dari marka kerucut dengan jarak bervariasi untuk setiap elemennya sehingga diperoleh nilai tegangan terbesar untuk tegangan VonMises pada titik 4, Normal sumbu-X pada titik 1, Normal sumbu-Y pada titik 1, normal sumbu-Z pada titik 4.

Tabel 4.1 Tegangan setiap elemen pada pengimpakan atas dengan variasi jarak

Elemen

Tegangan Maksimum (MPa)

VonMises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z

25344

(titik 1) 28,25 -39,02 -9,42 -32,61

22258

(titik 2) 14,85 0,004 -0,103 -14,53

27528

(tittik 3) 16,67 0,052 -0,256 -16,4

26175

(titik 4) 72.02 2,226 1,584 69,77

Dari data Tabel 4.1. diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan puncak kerucut adalah dititik 1 elemen 25344 yaitu pada arah x, y sebesar -39,02 Mpa, -9,42 MPa, dan tegangan terbesar arah z berada pada titik 4 sebesar 69,77 MPa pada waktu 0,0087 s. Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada puncak kerucut mengalami konsentrasi tegangan yang besar tepatnya pada elemen 26175 (titik 4).

4.2.2. Impak pada tiga perempat ketinggian

Pengimpakan dilakukan pada ketinggian tiga perempat kerucut jalan dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 MPa maka distribusi tegangan VonMises marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2

Gambar 4.23. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm

pada elemen 30845 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003 diperlihatkan pada gambar 4.22.

2

sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 30845 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003.

X Y Z

X 0.509628Y50.50963100.5096150.5096200.5096250.5096300.5096350.5096400.5096450.5096 -50.50.0.

100. 150. 200. 250. 300. T T T T 17. T 76.01 71.26 66.51 61.76 57.01 52.26 47.51 42.76 38.01 33.26 28.51 23.75 19. 14.25 9.502 4.751 0.000616 V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Von Mises Stress

Gambar 4.22 Distribusi tegangan solid VonMises stress.

X Y Z

T

T T T

T 17. 60.58 51.51 42.44 33.37 24.3 15.23 6.158 -2.913 -11.98 -21.06 -30.13 -39.2 -48.27 -57.34 -66.41 -75.48 -84.55 V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid X Normal Stress

Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-X maksimum pada 60,58 MPa pada waktu 0.0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

X Y

Z T

T T T

T 17.

16.2 14.13 12.07 10. 7.935 5.87 3.804 1.738 -0.327

-2.393 -4.459

-6.524 -8.59 -10.66

-12.72

-14.79 -16.85

V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Y Normal Stress

Gambar 4.24 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y.

Gambar 4.24. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2 serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 30845 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time perstep 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan distribusi tegangan searah sumbu-Y maksimum pada 16,2 MPa pada waktu 0.0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

X Y Z

T T

T T

17.

T

46.03 39.6 33.18 26.75 20.33 13.9 7.476 1.05 -5.375

-11.8 -18.23

-24.65 -31.08 -37.5

-43.93

-50.35 -56.78

V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Z Normal Stress

Gambar 4.25 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z.

Gambar 4.25. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2

Setelah melakukan analisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut, maka selanjutnya akan diperoleh grafik penjalaran distribusi tegangan yang terjadipada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik yaitu titik 1 elemen 25344, titik 2 elemen 22258, titik 3 elemen 27528, dan titik 4 elemen 26175. waktu penjalaran 0,0087 detik dengan time per step 0,0003 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut.

serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 30845 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-Z maksimum pada 46,03 MPa pada waktu 0.0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Gambar 4.26. 4.27, 4.28 memperlihatkan Grafik Solid VonMisses, normal x, dan normal y pada titik 1 elemen 25344, titik 2 elemen 22258, titik 3 elemen 27528, dan titik 4 elemen 26175.

1: Solid Von Mises Stress, Element 25344 2: Solid Von Mises Stress, Element 22258 3: Solid Von Mises Stress, Element 27528 4: Solid Von Mises Stress, Element 26175 1.791 1.24 4.271 7.302 10.33 13.36 16.39 19.43 22.46 25.49 28.52 31.55 34.58

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00914 Set Value 0. 2.973 0. 4.786 0. 5.525 0. 35.82

Gambar 4.26 Grafik Solid VonMises pada elemen 25344, 22258, 27528, dan titik

4 elemen 26175.

1: Solid X Normal Stress, Element 25344

2: Solid X Normal Stress, Element 22258

3: Solid X Normal Stress, Element 27528 4: Solid X Normal Stress, Element 26175 -2.702 -2.376 -2.05 -1.724 -1.398 -1.072 -0.746 -0.42 0.0935 0.233 0.559 0.885 1.211 1.537

-0.00014 0.0006 0.00134 0.00208 0.00282 0.00356 0.0043 0.00504 0.00578 0.00652 0.00726 0.008 0.00875 Set Value -2.481 0. -0.223 0. -0.126 0. 0. 1.354

Gambar 4.27 Grafik Solid X Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

1: Solid Y Normal Stress, Element 25344 2: Solid Y Normal Stress, Element 22258 3: Solid Y Normal Stress, Element 27528 4: Solid Y Normal Stress, Element 26175 -0.123

0.0376 0.0478 0.133 0.219 0.304 0.389 0.475 0.56 0.646 0.731 0.816 0.902 0.987

-0.00009770.000637 0.00137 0.0021 0.00284 0.00357 0.00431 0.00504 0.00578 0.00651 0.00724 0.00798 0.00871 Set Value 0.

0.68

0.

0.03

-0.0788 0.

0.

0.94

Gambar 4.28 Grafik Solid Y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

dan titik 4 elemen 26175

1: Solid Z Normal Stress, Element 25344 2: Solid Z Normal Stress, Element 22258 3: Solid Z Normal Stress, Element 27528 4: Solid Z Normal Stress, Element 26175 6.718

3.418 0.119 3.181 6.48 9.78 13.08 16.38 19.68 22.98 26.28 29.58 32.88

-0.00008870.000588 0.00127 0.00194 0.00262 0.0033 0.00397 0.00465 0.00533 0.00601 0.00668 0.00736 0.00804 0.00872 Set Value 0.

0.162

-4.74 0.

-5.483 0. 0.

34.37

Gambar 4.29 Grafik Solid Z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

Gambar 4.29. adalah grafik solid normal stress yang terjadi pada keempat titik masing-masing 25344, 22258, 27528, 26175 yang dianalisa pada sumbu Z. Dari hasil analisa dapat diketahui bahwa tegangan maksimum terjadi pada titik 4 mencapai 34.37 Mpa dengan waktu 0,0087detik.

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan pada tabel 4.2 dimana tegangan yang terjadi akibat tegangan impak yang menjalar dari atas marka kerucut menjalar ke bawah mendekati base dari marka kerucut dengan jarak bervariasi untuk setiap elemennya sehingga diperoleh nilai tegangan terbesar untuk tegangan VonMises, Normal sumbu-Y, normal sumbu-Z pada titik 4 sedangkan tegangan normal sumbu-X pada titik 1.

Tabel 4.2. Tegangan setiap elemen pada tiga perempat ketinggian dengan variasi jarak

Elemen

Tegangan Maksimum (MPa)

VonMises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z

25344

(titik 1) 2,97 -2,481 0,68 0,162

22258

(titik 2) 4,26 -0,223 0,03 -4,24

27528

(tittik 3) 5,525 -0,128 -0,078 -5,4

26175

(titik 4) 35,82 1,354 0.94 34,37

4.2.3. Impak pada ketinggian setengah

Pengimpakan dilakukan pada ketinggian setengah kerucut jalan dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 MPa maka distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2 pada elemen 24210 dengan waktu penjalaran 0,0087 detik dan time per step 0,0003. Gambar 4.30. menampilkan distribusi tegangan solid VonMisses.

X Y Z

T

T T T

T 17.

93.44 87.6 81.76 75.92 70.08

64.24 58.4 52.56

46.72

40.88 35.04 29.2 23.36 17.52

11.68

5.841 0.000929

V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Von Mises Stress

Gambar 4.30. Distribusi Tegangan Solid VonMises stress pada pengimpakan

setengah ketinggian kerucut

Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan distribusi tegangan vonmisses maksimum pada 93,44 MPa pada waktu 0.0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Gambar 4.31. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2

Gambar 4.32. memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm

serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 24210 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan distribusi tegangan searah sumbu-X maksimum pada 55,17 MPa pada waktu 0.0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

2

Mpa diberikan pada elemen 24210 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003.

X Y Z T T T T 17. T 55.17 45.71 36.26 26.81 17.35 7.899 -1.555 -11.01 -20.46 -29.92 -39.37 -48.82 -58.28 -67.73 -77.19 -86.64 -96.09 V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid X Normal Stress

Gambar 4.31. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X pada pengimpakan

setengah ketinggian kerucut

X Y Z T T T 17. T T 16.43 14.2 11.96 9.73 7.498 5.265 3.033 0.8 -1.433 -3.665 -5.898 -8.13 -10.36 -12.6 -14.83 -17.06 -19.29 V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Y Normal Stress

Gambar 4.32 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y pada pengimpakan

Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-Y maksimum pada 16,43 MPa pada waktu 0,0087detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Gambar 4.33 memperlihatkan distribusi tegangan marka kerucut 3D penjalaran case 30 dengan jumlah elemen 25178 dan jumlah node 44179 dikenai gaya sentuh sebesar 85 N dengan luasan 5 mm2

X Y

Z

T T T

T

17.

T

49.35 41.91 34.47 27.03 19.6 12.16 4.718 -2.721 -10.16

-17.6 -25.04

-32.48 -39.91 -47.35

-54.79

-62.23 -69.67

V1 L1 C1

Output Set: Case 30 Time 0.0087 Contour: Solid Z Normal Stress

serta tegangan impak sebesar 17 MPa diberikan pada elemen 30845 dengan waktu penjalaran 0,0087 mdetik dan time per step 0,0003. Pemberian beban impak pada waktu tersebut menghasilkan disribusi tegangan searah sumbu-Z maksimum pada 49,35 MPa pada waktu 0.0087 detik menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Gambar 4.33 Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z

Setelah melakukan analisa distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut, maka selanjutnya akan diperoleh grafik penjalaran distribusi tegangan yang terjadi pada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik

yaitu titik 1 elemen 25344, titik 2 elemen 22258, titik 3 elemen 27528, dan titik 4 elemen 26175. waktu penjalaran 0,0087 detik dengan time per step 0,0003 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut.

Gambar 4.34, 4.35, 4.36 menampilkan grafik solid VonMisses, normal x, dan normal y pada titik 1 elemen 25344, titik 2 elemen 22258, titik 3 elemen 27528, dan titik 4 elemen 23141. Dari grafik dapat diketahui tegangan arah x terbesar pada titik 4 yaitu sekitar 25,98 MPa dan tegangan arah y terbesar pada titik 4 yaitu sekitar 20,63 Mpa pada waktu 0,35 ms.

1: Solid Von Mises Stress, Element 25344

2: Solid Von Mises Stress, Element 22258

3: Solid Von Mises Stress, Element 27528 4: Solid Von Mises Stress, Element 23141

0. 3.854 7.708 11.56 15.42 19.27 23.13 26.98 30.83 34.69 38.54 42.4 46.25

0. 0.000669 0.00134 0.00201 0.00268 0.00335 0.00402 0.00468 0.00535 0.00602 0.00669 0.00736 0.00803 0.0087 Set Value 0.

1.337

0.

0.89

0. 4.119

0. 50.1

Gambar 4.34 Grafik Solid VonMises pada elemen 25344, 22258, 27528,

1: Solid X Normal Stress, Element 25344

2: Solid X Normal Stress, Element 22258

3: Solid X Normal Stress, Element 27528 4: Solid X Normal Stress, Element 23141 -1.74

0.494 2.728 4.963 7.197 9.431 11.66 13.9 16.13 18.37 20.6 22.84 25.07

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00913 Set Value -0.42

0.

-0.0955 0.

-0.226 0.

0. 25.98

Gambar 4.35 Grafik Solid X Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

dan titik 4 elemen 23141.

1: Solid Y Normal Stress, Element 25344

2: Solid Y Normal Stress, Element 22258

3: Solid Y Normal Stress, Element 27528 4: Solid Y Normal Stress, Element 23141 -1.74

0.494 2.728 4.963 7.197 9.431 11.66 13.9 16.13 18.37 20.6 22.84 25.07

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00913 Set Value 0.

0.199

-0.0467 0.

0.

0.0211 0.

20.63

Gambar 4.36 Grafik Solid Y Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

1: Solid Z Normal Stress, Element 25344

2: Solid Z Normal Stress, Element 22258

3: Solid Z Normal Stress, Element 27528 4: Solid Z Normal Stress, Element 23141 6.573

2.414 1.745 5.904 10.06 14.22 18.38 22.54 26.7 30.86 35.02 39.18 43.34

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00914 Set Value 0.

1.01

0.

0.688

-4.115 0. 0.

45.04

Gambar 4.37 Grafik Solid Z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528,

dan titik 4 elemen 23141.

Gambar 4.37. adalah grafik solid normal stress yang terjadi pada keempat titik masing-masing 25344, 22258, 27528, 23141 yang dianalisa pada arah Z. Dari hasil analisa dapat diketahui bahwa tegangan arah z terbesar terjadi pada titik 4 mencapai 45,04 MPa dengan waktu 0,0087detik.

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan pada tabel 4.3. dimana tegangan yang terjadi akibat tegangan impak yang menjalar dari atas marka kerucut menjalar ke bawah mendekati base dari marka kerucut dengan jarak bervariasi untuk setiap elemennya sehingga diperoleh nilai tegangan maksimum untuk tegangan VonMises, Normal sumbu-X, Normal sumbu-Y, normal sumbu-Z.

Tabel 4.3. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut dengan variasi jarak

Elemen

Tegangan Maksimum (MPa)

VonMises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z

25344

(titik 1) 1,337 -0,42 0,199 1,01

22258

(titik 2) 0,89 -0.226 -0,046 0,6

27528

(tittik 3) 4,119 -0,226 0,021 -4,115

23141

(titik 4) 50,1 25,98 20,63 45,04

Dari data Tabel 4.3. diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan setengah ketinggian kerucut berada dititik 4 elemen 23141 yaitu pada arah x, y, z sebesar 25.98 MPa, 20.63 MPa, dan 45.05 MPa pada waktu 0,0087 s.

Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada setengah ketinggian kerucut mengalami konsentrasi tegangan yang besar tepatnya pada elemen 23141 (titik 4).

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Distribusi dan konsentrasi tegangan secara keseluruhan pada permukaan kerucut tidak dapat dilakukan secara langsung sehingga dilakukan simulasi komputer. Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa untuk ketiga tipe pengimpakan (impak atas, impak tiga perempat, impak setengah) menunjukkan tegangan arah x dan z terpusat pada titik impak dan kaki kerucut. Dan tegangan arah y terpusat pada sisi struktur kerucut jalan. 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.

2. Dari hasil simulasi juga memungkinkan dilakukan 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 tegangan terbesar terjadi pada arah z sekitar 45,05 MPa, sehingga disimpulkan bahwa titik 4 yaitu berada di kaki kerucut (100 m

1: Solid X Normal Stress, Element 25344

2: Solid X Normal Stress, Element 22258

3: Solid X Normal Stress, Element 27528

4: Solid X Normal Stress, Element 23141 -1.74 0.494 2.728 4.963 7.197 9.431 11.66 13.9 16.13 18.37 20.6 22.84 25.07

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00913 Set Value -0.42 0. -0.0955 0. -0.226 0. 0. 25.98

Gambar 4.35 Grafik Solid X Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, dan titik 4 elemen 23141.

1: Solid Y Normal Stress, Element 25344

2: Solid Y Normal Stress, Element 22258

3: Solid Y Normal Stress, Element 27528

4: Solid Y Normal Stress, Element 23141 -1.74 0.494 2.728 4.963 7.197 9.431 11.66 13.9 16.13 18.37 20.6 22.84 25.07

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00913 Set Value 0. 0.199 -0.0467 0. 0. 0.0211 0. 20.63

1: Solid Z Normal Stress, Element 25344

2: Solid Z Normal Stress, Element 22258

3: Solid Z Normal Stress, Element 27528

4: Solid Z Normal Stress, Element 23141 6.573

2.414 1.745 5.904 10.06 14.22 18.38 22.54 26.7 30.86 35.02 39.18 43.34

-0.0004350.000301 0.00104 0.00177 0.00251 0.00325 0.00398 0.00472 0.00545 0.00619 0.00693 0.00766 0.0084 0.00914 Set Value

0. 1.01

0.

0.688

-4.115 0.

0. 45.04

Gambar 4.37 Grafik Solid Z Normal Stress pada elemen 25344, 22258, 27528, dan titik 4 elemen 23141.

Gambar 4.37. adalah grafik solid normal stress yang terjadi pada keempat titik masing-masing 25344, 22258, 27528, 23141 yang dianalisa pada arah Z. Dari hasil analisa dapat diketahui bahwa tegangan arah z terbesar terjadi pada titik 4 mencapai 45,04 MPa dengan waktu 0,0087detik.

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan pada tabel 4.3. dimana tegangan yang terjadi akibat tegangan impak yang menjalar dari atas marka kerucut menjalar ke bawah mendekati base dari marka kerucut dengan jarak bervariasi untuk setiap elemennya sehingga diperoleh nilai tegangan maksimum untuk tegangan VonMises, Normal sumbu-X, Normal sumbu-Y, normal sumbu-Z.

Tabel 4.3. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan setengah ketinggian kerucut dengan variasi jarak

Elemen

Tegangan Maksimum (MPa)

VonMises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z 25344

(titik 1) 1,337 -0,42 0,199 1,01

22258

(titik 2) 0,89 -0.226 -0,046 0,6

27528

(tittik 3) 4,119 -0,226 0,021 -4,115

23141

(titik 4) 50,1 25,98 20,63 45,04

Dari data Tabel 4.3. diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan setengah ketinggian kerucut berada dititik 4 elemen 23141 yaitu pada arah x, y, z sebesar 25.98 MPa, 20.63 MPa, dan 45.05 MPa pada waktu 0,0087 s.

Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada setengah ketinggian kerucut mengalami konsentrasi tegangan yang besar tepatnya pada elemen 23141 (titik 4).

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Distribusi dan konsentrasi tegangan secara keseluruhan pada permukaan

kerucut tidak dapat dilakukan secara langsung sehingga dilakukan simulasi komputer. Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa untuk ketiga tipe pengimpakan (impak atas, impak tiga perempat, impak setengah) menunjukkan tegangan arah x dan z terpusat pada titik impak dan kaki kerucut. Dan tegangan arah y terpusat pada sisi struktur kerucut jalan. 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.

2. Dari hasil simulasi juga memungkinkan dilakukan 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 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.

5.2. Saran

1. Simulasi dengan menggunakan bantuan komputer sangat membantu dalam

proses desain komponen suatu mesin. Namun pengujian laboratorium juga merupakan syarat yang mutlak untuk mengetahui kondisi real dilapangan.

2. Diharapkan simulasi komputer dengan menggunakan software

Msc.Nastran 4,5 dan permodelan dengan AutoCad dapat dikembangkan lebih lanjut di Departemen Teknik Mesin FT-USU.

3. Hasil skripsi ini dapat dijadikan rujukan dalam penelitian berikutnya.Dari

hasil analisa disarankan kepada pengguna jalan agar pengguna jalan sadar akan pentingnya suatu alat pembatas jalan seperti traffic cone dalam usaha penertiban lalu lintas. Dan penelitian ini diharapkan bisa diteruskan kembali sehingga diperoleh hasil yang lebih baik sesuai dengan yang diharapkan.

DAFTAR KEPUSTAKAAN

[1] Rahmawaty. 2009. Analisa Struktur Marka Kerucut Dengan Beton yang

Dikenai Beban Impak. Tesis Pasca Sarjana.Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Medan.

[2] Shung-Fu Wang. Design Of A Stable Cone. Department Of Material And

Process Engineering University Of Waikato.

[3] S. Timoshenko. 1986. Dasar-dasar perhitungan kekuatan bahan. Jakarta:

Penerbit Restu Agung, ,

[4] Susatio, Yerri, 2004. Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga. Yogyakarta:

Penerbit Andi.

[5] SK Dirjen Perhubungan No. 116, Tahun 1997.

[6] R.C.Hibbeler, Mechanics of Material, Sixth Edition.

[7] http:/