Simulasi marka kerucut re-desain

4.3. Simulasi marka kerucut re-desain

Simulasi menggunakan Msc. Nastran dilakukan bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut re-desain. Simulasi komputer berbasis metoda elemen hingga modelnya dipersiapkan dalam dua tahap, yaitu model solid dan model elemen hingga. Sebelum simulasi elemen hingga dilakukan, marka kerucut dimodelkan dengan bantuan software AutoCAD. Marka kerucut digambar sesuai dengan dimensi dan geometri marka kerucut yang sebenarnya Gambar 4.4. Gambar 4.4. Ukuran marka kerucut re-desain. Pemodelan dengan elemen hingga dikerjakan menggunakan software MSCNASTRAN 4.5 dengan meng-import dari model AutoCAD Gambar 4.5.. Universitas Sumatera Utara X Y Z V1 Gambar 4.5. Marka kerucut re-desain. Model elemen hingga dan arah impak pada marka kerucut ditunjukkan pada Gambar 4.6. Pengimpakan ini dilakukan untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan kerucut. Arah pengimpakan dilakukan pada ketinggian 425 mm dari base marka kerucut. Arah impak ini diasumsikan akibat tabrakan sepeda motor supra. Impak pada ketinggian 550 mm diasumsikan akibat tabrakan mobil panther. Posisi marka kerucut terletak di tengah dan diagonal terhadap arah impak. 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 material properties dipilih Polyvinylchloride. Universitas Sumatera Utara a Impak pada 425 mm dari base marka kerucut. b b Impak pada 550 mm dari base marka kerucut. Gambar 4.6. Lokasi impak pada marka kerucut. Universitas Sumatera Utara X Y Z V1 4.3.1. Impak pada 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak. Marka kerucut yang sudah dimodel dipindahkan ke MSCNASTRAN 4.5 dengan meng-import gambar dari AutoCAD, dalam MSCNastran 4.5 analisa bisa dilakukan dengan mengambil model yang sebenarnya. Agar marka kerucut sesuai dengan bentuk sebenarnya maka perbandingan skala marka kerucut harus disesuaikan dengan perbandingan 1:1. Hasil dapat dilihat pada Gambar 4.7. Dalam simulasi bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral empat node. Jumlah elemen yang akan terbentuk pada model marka kerucut tergantung pada ukuran marka kerucut element size yang terdapat pada kotak dialog Gambar 4.8. Gambar 4.7. Model marka kerucut di Nastran Setelah di import dari AutoCAD. Element size dipilih 10 mm, dari hasil mesh diketahui jumlah elemen marka kerucut adalah 51243 dan jumlah node 63507 Gambar 4.8. Universitas Sumatera Utara X Y Z V1 Gambar 4.8. Kotak dialog mesh. Gambar 4.9. Marka kerucut yang sudah di mesh. Setelah itu pemilihan material marka kerucut yang disimulasikan adalah Polyvinylchloride. Di dalam kotak dialog Gambar 4.10. telah tersedia berbagai jenis material beserta sifat-sifat mekaniknya. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.10. Kotak dialog jenis material. Bila dipilih salah satu dari material-material tersebut maka kotak dialog untuk material otomatis akan terisi. Karena material marka kerucut yang diinginkan tidak terdapat pada daftar, maka sifat-sifat mekanik material polyvinylchloride dapat kita tulis di kotak dialog secara manual. Data yang dibutuhkan untuk simulasi seperti modulus elastisitas, massa jenis, dan poisson ratio harus diisikan ke dalam kotak dialog Gambar 4.11. Ukuran marka kerucut ketika dimodelkan dengan software AutoCAD dibuat dalam satuan milimeter, sehingga data yang dimasukkan dalam satuan milimeter:  Young’s Modulus, E = 1500 Mpa  Poisson’s Ratio = 0,42  Mass density,  = 1,4.10 -6 kgmm 3 Universitas Sumatera Utara Gambar 4.11. Kotak dialog material dan sifat mekaniknya. Karena beban impak diberikan dari sebelah atas marka kerucut maka pada MSCNastran artinya beban impak diberikan dalam arah sumbu y, sehingga gerakan translasi marka kerucut harus di constraint pada permukaan bawahnya dalam bentuk pinned karena pada arah sumbu ini marka kerucut akan bertranslasi setelah kena beban impak. Di dalam software Nastran tersedia berbagai bentuk pembebanan, diantaranya adalah dalam bentuk gaya Force dan dalam bentuk tekanan atau tegangan pressure. Pemberian beban diasumsikan pada X = 1500 mm, dimana Δh = 660 mm. Kelajuan bandul adalah h g v     2 66 , 10 2  v ms v = 3,633 ms maka waktu tempuh adalah : v s t   , s m m t 633 , 3 5 , 1   , Δt = 0,412 s Universitas Sumatera Utara Gaya yang terjadi pada saat bola bandul menyentuh marka kerucut adalah : I = Δp F. Δt = m v 2 -v 1 F = 8,5 kg 3,633 ms -0 0,412 s F = 75 N A = Luas daerah pembebanan, A = 2 4 d  dimana d = diameter permukaan kerucut yang terkena impak 2,4 mm A = 2 4 d  = 2 4 , 2 4 14 , 3 mm 2 = 4,5 mm 2 Maka tegangan adalah: A F   = 5 , 4 75 17 MPa Beban yang dimasukkan ke simulasi adalah dalam bentuk tegangan maka dipilih pembebanan dalam bentuk tegangan = 17 MPa arah face = 1 di elemen 33551 untuk impak pada 425 mm dari base marka kerucut. Hasil tampilan marka kerucut yang diberikan beban seperti gambar 4.12. Beban yang diberikan adalah beban dinamis maka dalam simulasi ini diperlukan pembebanan dalam bentuk dinamis dan pembagian waktu pembebanan untuk time perstep seperti gambar 4.13. Universitas Sumatera Utara X Y Z 17. V1 L1 Gambar 4.12. Marka kerucut yang diberikan beban. Nilai masukan untuk jumlah langkah dan waktu per langkah dapat diketahui dengan mengikuti langkah seperti dibawah ini. C =   C = Kgm 10 1,4 Pa 10 1,5 3 3 9 C = 1000 ms Maka : t total = jarak kecepatan = 2 0,7 m 1000 ms = 0,0014 s Sehingga : ∆t = t total 2n = 0,0014 s 140 = 0.00001 s  Number of Steps = 70 Universitas Sumatera Utara  Time per Step = 0,00001 s Gambar 4.13. Kotak dialog beban dinamis. Tegangan fungsi waktu diamati pada lokasi permukaan kerucut, yaitu pada lokasi diberinya beban impak. Hal ini untuk melihat tegangan fungsi waktu pada lokasi beban impak untuk bentuk marka kerucut. 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 4.14 dan kurva tegangan Insiden vs waktu impak Gambar 4.15. Universitas Sumatera Utara Gambar 4.14. Kotak dialog model fungsi. -0.05 0.0147 0.0794 0.144 0.209 0.274 0.338 0.403 0.468 0.532 0.597 0.662 0.726 0.791 0.856 0.921 0.985 1.05 -5.E-7 1.87E-7 8.75E-7 0.00000156 0.00000225 0.00000294 0.00000362 0.00000431 0.000005 0.00000569 0.00000637 0.00000706 0.00000775 0.00000844 0.00000912 0.00000981 0.0000105 dyne 2 0. 1. Gambar 4.15.Kurva Tegangan Insiden vs Waktu Impak. Langkah terakhir untuk menganalisa marka kerucut dapat dilihat di kotak dialog Nastran pada gambar 4.16. analysis control pilih: Analysis Type = 3..Transient DynamicTime Output Type = 2..Displacements and stress Universitas Sumatera Utara Gambar 4.16. Nastran analysis control. Sebagaimana diketahui bahwa efek pembebanan secara impak pada suatu struktur berbeda dengan beban statik. Pada 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 marka kerucut Frontal. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 33551 maka distribusi tegangan Von Mises marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.17. Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 71.86 67.37 62.88 58.4 53.91 49.42 44.94 40.45 35.97 31.48 26.99 22.51 18.02 13.53 9.048 4.562 0.0752 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Von Mises Stress Gambar 4.17. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress. Dari Gambar 4.17. diketahui batas tegangan maksimum Solid Von Mises Stress adalah 71,86 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 33551 maka distribusi tegangan normal arah-X marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.18. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 48.44 40.84 33.23 25.63 18.03 10.42 2.82 -4.784 -12.39 -19.99 -27.59 -35.2 -42.8 -50.4 -58.01 -65.61 -73.21 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid X Normal Stress Gambar 4.18. Distribusi Tegangan Normal Arah-X. Dari Gambar 4.18. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-X adalah 48,44 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 33551 maka distribusi tegangan normal arah-Y marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.19. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 18.71 16.3 13.9 11.5 9.098 6.696 4.294 1.892 -0.51 -2.912 -5.314 -7.715 -10.12 -12.52 -14.92 -17.32 -19.73 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Y Normal Stress Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y. Dari Gambar 4.19. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Y adalah 18,71 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 33551 maka distribusi tegangan normal arah-Z marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.20. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 32.31 27.06 21.82 16.57 11.33 6.087 0.843 -4.4 -9.644 -14.89 -20.13 -25.38 -30.62 -35.86 -41.11 -46.35 -51.59 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Z Normal Stress Gambar 4.20. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z. Dari Gambar 4.20. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Z adalah 32,31 MPa pada waktu 0,00055 s 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 terjadi pada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik yaitu titik 1 elemen 22897, titik 2 elemen 33551, titik 3 elemen 40170, dan titik 4 elemen 30501. Waktu penjalaran 0,00055 s dengan time per step 0,00001 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut. Gambar 4.21, 4.22, 4.23, dan 4.24 memperlihatkan grafik solid von misses, normal-X dan normal-Y dan normal-Z pada titik 1 elemen 22897, titik 2 elemen 33551, titik 3 elemen 40170, dan titik 4 elemen 30501. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara 1: Solid Von Mises Stress, Element 22897 2: Solid Von Mises Stress, Element 33551 3: Solid Von Mises Stress, Element 40170 4: Solid Von Mises Stress, Element 30501 -0.936 0.437 1.81 3.184 4.557 5.931 7.304 8.678 10.05 11.42 12.8 14.17 15.54 16.92 18.29 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 3.716 0. 18.73 0. 3.584 0. 10.68 Gambar 4.21. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid X Normal Stress, Element 22897 2: Solid X Normal Stress, Element 33551 3: Solid X Normal Stress, Element 40170 4: Solid X Normal Stress, Element 30501 -5.889 -3.462 -1.035 1.391 3.818 6.245 8.671 11.1 13.52 15.95 18.38 20.8 23.23 25.66 28.08 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -4.234 0.291 0. 28.86 0. 3.356 -0.0136 8.161 Gambar 4.22. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid Y Normal Stress, Element 22897 2: Solid Y Normal Stress, Element 33551 3: Solid Y Normal Stress, Element 40170 4: Solid Y Normal Stress, Element 30501 -0.7 0.221 1.142 2.063 2.984 3.905 4.826 5.747 6.668 7.589 8.509 9.43 10.35 11.27 12.19 13.11 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -0.0722 0.116 0. 8.053 -0.0543 0.179 0. 12.49 Universitas Sumatera Utara Gambar 4.23. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. . 1: Solid Z Normal Stress, Element 22897 2: Solid Z Normal Stress, Element 33551 3: Solid Z Normal Stress, Element 40170 4: Solid Z Normal Stress, Element 30501 -3.266 -1.47 0.326 2.121 3.917 5.713 7.508 9.304 11.1 12.9 14.69 16.49 18.28 20.08 21.87 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -2.041 1.15 0. 22.45 -1.387 3.106 0. 0.409 Gambar 4.24. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. Pada tabel 4.5 diperoleh nilai tegangan terbesar untuk tegangan VonMises pada titik 2, normal sumbu-X pada titik 2, normal sumbu-Y pada titik 4, normal sumbu-Z pada titik 2. Tabel 4.7. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak. Elemen Tegangan Maksimum MPa Von Mises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z 22897 3,716 -4,234 0,116 -2,041 titik 1 33551 18,73 28,86 8,503 22,45 titik 2 40170 3,584 3,237 0,179 3,106 tittik 3 30501 10,68 8,161 12,49 0,409 titik 4 Universitas Sumatera Utara Dari data Tabel 4.7. diketahui tegangan terbesar dari pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak pada arah-X sebesar 28,86 Mpa dengan waktu 0,00055 s terjadi di titik 2 elemen 33551, arah-Y sebesar 12,49 Mpa dengan waktu 0,00055 s terjadi di titik 4 elemen 30501, dan arah-Z sebesar 22,45 MPa dengan waktu 0,00055 s terjadi di titik 2 elemen 33551. Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada titik 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak, marka kerucut mengalami konsentrasi tegangan terbesar tepatnya pada elemen 33551 titik 2. 4.3.2. Impak pada 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22559 maka distribusi tegangan Von Mises marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.25. Universitas Sumatera Utara X Y Z T T T 17. T 61.8 57.94 54.08 50.23 46.37 42.51 38.65 34.79 30.93 27.07 23.22 19.36 15.5 11.64 7.781 3.923 0.0641 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Von Mises Stress Gambar 4.25. Distribusi tegangan Solid VonMises stress. Dari Gambar 4.25. diketahui batas tegangan maksimum Solid Von Mises Stress adalahh 61,8 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22559 maka distribusi tegangan normal arah-X marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.26. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T T 17. T 28.92 24.44 19.96 15.48 11. 6.527 2.049 -2.429 -6.907 -11.38 -15.86 -20.34 -24.82 -29.3 -33.77 -38.25 -42.73 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid X Normal Stress Gambar 4.26. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X. Dari Gambar 4.26. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-X adalah 28,92 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22559 maka distribusi tegangan normal arah-Y marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.27. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T T 17. T 34.9 30.23 25.57 20.9 16.23 11.56 6.886 2.216 -2.454 -7.123 -11.79 -16.46 -21.13 -25.8 -30.47 -35.14 -39.81 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Y Normal Stress Gambar 4.27. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y. Dari Gambar 4.27. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Y adalah 34,9 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22559 maka distribusi tegangan normal arah-Z marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.28. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T T 17. T 37.23 31.71 26.19 20.67 15.15 9.627 4.106 -1.415 -6.935 -12.46 -17.98 -23.5 -29.02 -34.54 -40.06 -45.58 -51.1 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Z Normal Stress Gambar 4.28. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z. Dari Gambar 4.28. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Z adalah 37,23 MPa pada waktu 0,00055 s 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 terjadi pada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik yaitu titik 1 elemen 22525, titik 2 elemen 22559, titik 3 elemen 28696, dan titik 4 elemen 37691. Waktu penjalaran 0,00055 s dengan time per step 0,00001 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut. Gambar 4.29, 4.30, 4.31, dan 4.32 memperlihatkan grafik solid von misses, normal-X dan normal-Y dan normal-Z pada titik 1 elemen 22525, titik 2 elemen 22559, titik 3 elemen 28696, dan titik 4 elemen 37691. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara 1: Solid Von Mises Stress, Element 22525 2: Solid Von Mises Stress, Element 22559 3: Solid Von Mises Stress, Element 28696 4: Solid Von Mises Stress, Element 37691 -1.952 1.115 4.182 7.249 10.32 13.38 16.45 19.52 22.58 25.65 28.72 31.79 34.85 37.92 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 4.822 0. 39.04 0. 3.341 0. 22.16 Gambar 4.29. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid X Normal Stress, Element 22525 2: Solid X Normal Stress, Element 22559 3: Solid X Normal Stress, Element 28696 4: Solid X Normal Stress, Element 37691 -28.27 -25.32 -22.37 -19.41 -16.46 -13.51 -10.56 -7.605 -4.652 -1.7 1.253 4.205 7.157 10.11 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -0.416 2.885 -29.35 0. -0.0617 1.037 0. 8.231 Gambar 4.30. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid Y Normal Stress, Element 22525 2: Solid Y Normal Stress, Element 22559 3: Solid Y Normal Stress, Element 28696 4: Solid Y Normal Stress, Element 37691 -28.75 -25.79 -22.83 -19.87 -16.91 -13.96 -11. -8.038 -5.08 -2.121 0.838 3.796 6.755 9.713 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -0.254 1.846 -29.82 0. -0.0784 0.91 0. 7.831 Gambar 4.31. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. Universitas Sumatera Utara 1: Solid Z Normal Stress, Element 22525 2: Solid Z Normal Stress, Element 22559 3: Solid Z Normal Stress, Element 28696 4: Solid Z Normal Stress, Element 37691 -39.29 -34.26 -29.24 -24.21 -19.19 -14.16 -9.139 -4.114 0.912 5.937 10.96 15.99 21.01 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 2.007 -41.12 0. -0.597 3.373 0. 22.84 Gambar 4.32. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. Tabel 4.8. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Elemen Tegangan Maksimum MPa Von Mises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z 22526 4,822 2,885 1,846 2,007 titik 1 22559 39,04 -29,35 -29,82 -41,12 titik 2 28696 3,341 1,037 0,91 3,373 tittik 3 37691 22,16 8,231 7,831 22,84 titik 4 Dari data Tabel 4.8. diketahui tegangan terbesar pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak adalah di titik 2 elemen 22559 yaitu pada arah-X sebesar -29,35 Mpa dengan waktu 0,00055 s, arah-Y sebesar -29,82 Mpa dengan waktu 0,00055 s, dan arah-Z sebesar -41,12 MPa dengan waktu 0,00055 s. Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada titik 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Universitas Sumatera Utara 4.3.3. Impak pada 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 25676 maka distribusi tegangan Von Mises marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.33. X Y Z T T 17. T T 66.21 62.08 57.95 53.81 49.68 45.55 41.42 37.29 33.15 29.02 24.89 20.76 16.63 12.49 8.361 4.229 0.0972 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Von Mises Stress Gambar 4.33. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress Dari Gambar 4.33. diketahui batas tegangan maksimum Solid Von Mises Stress adalah 66,21 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 25676 maka distribusi tegangan normal arah-X marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.34. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 57.26 49.16 41.06 32.97 24.87 16.77 8.669 0.57 -7.529 -15.63 -23.73 -31.82 -39.92 -48.02 -56.12 -64.22 -72.32 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid X Normal Stress Gambar 4.34. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X. Dari Gambar 4.34. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-X adalah 57,26 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 25676 maka distribusi tegangan normal arah-Y marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.35. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 37.44 32.67 27.9 23.12 18.35 13.58 8.807 4.035 -0.737 -5.509 -10.28 -15.05 -19.83 -24.6 -29.37 -34.14 -38.91 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Y Normal Stress Gambar 4.35. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y Dari Gambar 4.35. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Y adalah 37,44 MPa pada waktu 0,00001 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 25676 maka distribusi tegangan normal arah-Z marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.36. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T 17. T T 40.29 34.49 28.69 22.88 17.08 11.27 5.467 -0.338 -6.142 -11.95 -17.75 -23.56 -29.36 -35.17 -40.97 -46.77 -52.58 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Z Normal Stress Gambar 4.36. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z Dari Gambar 4.36. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Z adalah 40,29 MPa pada waktu 0,00055 s 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 terjadi pada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik yaitu titik 1 elemen 23518, titik 2 elemen 25676, titik 3 elemen 45416, dan titik 4 elemen 43431. Waktu penjalaran 0,00055 s dengan time per step 0,00001 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut. Gambar 4.37, 4.38, 4.39, dan 4.40 memperlihatkan grafik solid von misses, normal-X dan normal-Y dan normal-Z pada titik 1 elemen 23518, titik 2 elemen 25676, titik 3 elemen 45416, dan titik 4 elemen 43431. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara 1: Solid Von Mises Stress, Element 23518 2: Solid Von Mises Stress, Element 25676 3: Solid Von Mises Stress, Element 45416 4: Solid Von Mises Stress, Element 43431 -2.438 1.138 4.713 8.288 11.86 15.44 19.01 22.59 26.16 29.74 33.32 36.89 40.47 44.04 47.62 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 6.981 0. 48.75 0. 5.883 0. 21.32 Gambar 4.37. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid X Normal Stress, Element 23518 2: Solid X Normal Stress, Element 25676 3: Solid X Normal Stress, Element 45416 4: Solid X Normal Stress, Element 43431 -49.33 -44.33 -39.33 -34.34 -29.34 -24.34 -19.35 -14.35 -9.353 -4.356 0.641 5.638 10.63 15.63 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 8.035 -50.92 0. -3.56 0.779 -0.367 17.22 Gambar 4.38. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid Y Normal Stress, Element 23518 2: Solid Y Normal Stress, Element 25676 3: Solid Y Normal Stress, Element 45416 4: Solid Y Normal Stress, Element 43431 -0.373 -0.0159 0.341 0.699 1.056 1.413 1.771 2.128 2.485 2.842 3.2 3.557 3.914 4.272 4.629 4.986 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 0.209 -0.13 0.488 -0.0932 0.284 0. 4.743 Universitas Sumatera Utara Gambar 4.39. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid Z Normal Stress, Element 23518 2: Solid Z Normal Stress, Element 25676 3: Solid Z Normal Stress, Element 45416 4: Solid Z Normal Stress, Element 43431 -38.34 -33.89 -29.43 -24.98 -20.53 -16.07 -11.62 -7.167 -2.714 1.739 6.192 10.65 15.1 19.55 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 2.847 -39.76 0. -2.161 5.654 0. 20.97 Gambar 4.40. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. Tabel 4.9. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak. Elemen Tegangan Maksimum MPa Von Mises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z 23518 6,981 8,035 0,209 2,847 titik 1 25676 48,75 -50,92 0,488 -39,76 titik 2 45416 5,883 -3,56 0,284 5,654 tittik 3 43431 21,32 17,22 4,743 20,97 titik 4 Dari data Tabel 4.9. diketahui tegangan terbesar pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak pada arah-X sebesar -50,92 Mpa dengan waktu 0,00055 s pada titik 2 elemen 25676, arah-Y sebesar 4,743 Mpa Universitas Sumatera Utara dengan waktu 0,00055 s pada titik 4 elemen 37691, dan arah-Z sebesar -39,76 MPa dengan waktu 0,00055 s pada titik 2 elemen 37691. Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada titik 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak, marka kerucut mengalami konsentrasi tegangan terbesar tepatnya pada elemen 25676 titik 2. 4.2.4. Impak pada 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22779 maka distribusi tegangan Von Mises marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.41. X Y Z T T T 17. T 143.8 134.9 125.9 116.9 108. 99. 90.03 81.07 72.1 63.13 54.16 45.19 36.23 27.26 18.29 9.323 0.355 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Von Mises Stress Gambar 4.41. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara Dari Gambar 4.41. diketahui batas tegangan maksimum Solid Von Mises Stress adalah 143,8 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22779 maka distribusi tegangan normal arah-X marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.42. X Y Z T T T 17. T 99.9 88.68 77.47 66.25 55.04 43.82 32.61 21.39 10.18 -1.038 -12.25 -23.47 -34.68 -45.9 -57.11 -68.33 -79.54 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid X Normal Stress Gambar 4.42. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X Dari Gambar 4.42. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-X adalah 99,9 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22779 maka distribusi tegangan normal arah-Y marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.43. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T T 17. T 120.8 107.2 93.68 80.14 66.59 53.05 39.51 25.96 12.42 -1.124 -14.67 -28.21 -41.75 -55.3 -68.84 -82.39 -95.93 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Y Normal Stress Gambar 4.43. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y Dari Gambar 4.43. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Y adalah 120,8 MPa pada waktu 0,00055 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak. Pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 17 Mpa arah face = 1, di elemen 22779 maka distribusi tegangan normal arah-Z marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.44. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara X Y Z T T T 17. T 122.2 108.5 94.93 81.31 67.7 54.08 40.47 26.86 13.24 -0.374 -13.99 -27.6 -41.22 -54.83 -68.45 -82.06 -95.68 V1 L1 C1 Output Set: Case 56 Time 0.00055 Contour: Solid Z Normal Stress Gambar 4.44. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z Dari Gambar 4.44. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-Z adalah 122,2 MPa pada waktu 0,00055 s 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 terjadi pada elemen tersebut. Pada simulasi ini dilakukan pada beberapa titik yaitu titik 1 elemen 22526, titik 2 elemen 22779, titik 3 elemen 44924, dan titik 4 elemen 37691. Waktu penjalaran 0,00055 s dengan time per step 0,00001 detik, dan constraint pinned dilakukan pada dasar marka kerucut. Gambar 4.45, 4.46, 4.47, dan 4.48 memperlihatkan grafik solid von misses, normal-X dan normal-Y dan normal-Z pada titik 1 elemen 22526, titik 2 elemen 22779, titik 3 elemen 44924, dan titik 4 elemen 37691. Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 63507 Jumlah Elemen : 51243 Universitas Sumatera Utara 1: Solid Von Mises Stress, Element 22526 2: Solid Von Mises Stress, Element 22779 3: Solid Von Mises Stress, Element 44924 4: Solid Von Mises Stress, Element 37691 -3.634 1.363 6.359 11.36 16.35 21.35 26.34 31.34 36.34 41.33 46.33 51.33 56.32 61.32 66.32 71.31 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value 0. 3.733 0. 41.59 0. 11.83 0. 72.67 Gambar 4.45. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid X Normal Stress, Element 22526 2: Solid X Normal Stress, Element 22779 3: Solid X Normal Stress, Element 44924 4: Solid X Normal Stress, Element 37691 -2.719 -0.731 1.258 3.246 5.234 7.222 9.211 11.2 13.19 15.18 17.16 19.15 21.14 23.13 25.12 27.1 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -0.000554 2.101 0. 21.33 -0.707 0.766 -1.273 27.65 Gambar 4.46. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. Universitas Sumatera Utara 1: Solid Y Normal Stress, Element 22526 2: Solid Y Normal Stress, Element 22779 3: Solid Y Normal Stress, Element 44924 4: Solid Y Normal Stress, Element 37691 -2.511 -0.467 1.577 3.621 5.665 7.709 9.752 11.8 13.84 15.88 17.93 19.97 22.02 24.06 26.1 28.15 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -0.221 1.372 0. 28.71 -0.652 1.011 -1.025 25.81 Gambar 4.47. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. 1: Solid Z Normal Stress, Element 22526 2: Solid Z Normal Stress, Element 22779 3: Solid Z Normal Stress, Element 44924 4: Solid Z Normal Stress, Element 37691 -5.833 -0.54 4.752 10.04 15.34 20.63 25.92 31.21 36.5 41.8 47.09 52.38 57.67 62.96 68.26 73.55 -0.0000275 0.0000103 0.0000481 0.0000859 0.000124 0.000162 0.000199 0.000237 0.000275 0.000313 0.000351 0.000388 0.000426 0.000464 0.000502 0.00054 0.000577 Set Value -1.32 2.533 0. 20.68 -1.984 11.3 -0.487 74.99 Gambar 4.48. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1, titik 2, titik 3, dan titik 4. Universitas Sumatera Utara Tabel 4.10. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Elemen Tegangan Maksimum MPa Von Mises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z 22526 3,733 2,101 1,372 2,533 titik 1 22779 41,59 21,33 28,71 20,68 titik 2 44924 11,83 0,766 1,011 11,3 tittik 3 37691 72,67 27,65 25,81 74,99 titik 4 Dari data Tabel 4.10. diketahui tegangan terbesar pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak pada arah-X sebesar 27,65 Mpa dengan waktu 0,00055 s di titik 4 elemen 37691, arah-Y sebesar 28,71 Mpa dengan waktu 0,00055 s di titik 2 elemen 22779, dan arah-Z sebesar 74,99 MPa pada titik 4 elemen 37691 dengan waktu 0,00055 s. Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada titik 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak, marka kerucut mengalami konsentrasi tegangan terbesar tepatnya pada elemen 37691 titik 4. 4.3 Perbandingan tegangan terbesar marka kerucut komersial dan marka kerucut re-desain mengunakan Msc. Nastran 4.5. Universitas Sumatera Utara Tabel 4.11. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak. Elemen Marka Kerucut Komersial Marka Kerucut re-desain Sumbu-Y MPa Sumbu-Z MPa Titik 1 -2,265 -2,041 Titik 2 22,17 22,45 Titik 3 -5,721 3,106 Titik 4 31,33 0,409 Dari tabel 4.11 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut komersial di titik 4 arah Y sebesar 31,33 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 4 arah Z sebesar 0,409 Mpa. Dapat disimpulkan bahwa gaya angkat yang terjadi pada marka kerucut komersial lebih besar daripada marka kerucut re-desain. Universitas Sumatera Utara Tabel 4.12. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 425 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Elemen Marka Kerucut Komersial Marka Kerucut re-desain Sumbu-Y MPa Sumbu-Z MPa Titik 1 1,133 2,007 Titik 2 -42,77 -41,12 Titik 3 -4,907 3,373 Titik 4 17,41 22,84 Dari tabel 4.12 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut komersial di titik 4 arah Y sebesar 17,41 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 4 arah Z sebesar 22,84 Mpa. Dapat disimpulkan bahwa gaya angkat yang terjadi pada marka kerucut komersial lebih kecil daripada marka kerucut re-desain. Tabel 4.13. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak. Elemen Marka Kerucut Komersial Marka Kerucut re-desain Sumbu-Y MPa Sumbu-Z MPa Titik 1 -1,14 2,847 Titik 2 -39,93 -39,76 Titik 3 3,745 5,654 Titik 4 38,73 20,97 Universitas Sumatera Utara Dari tabel 4.13 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut komersial di titik 4 arah Y sebesar 38,73 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 4 arah Z sebesar 20,97 Mpa. Dapat disimpulkan bahwa gaya angkat yang terjadi pada marka kerucut komersial lebih besar daripada marka kerucut re-desain. Tabel 4.14. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 550 mm dari base dengan posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak. Elemen Marka Kerucut Komersial Marka Kerucut re-desain Sumbu-Y MPa Sumbu-Z MPa Titik 1 1,667 2,533 Titik 2 -36,16 20,68 Titik 3 2,996 11,3 Titik 4 17,55 74,99 Dari tabel 4.14 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut komersial di titik 4 arah Y sebesar 17,55 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 4 arah Z sebesar 74,99 MPa. Dapat disimpulkan bahwa gaya angkat yang terjadi pada marka kerucut komersial lebih kecil daripada marka kerucut re-desain. Universitas Sumatera Utara

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN