ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK BERBASIS SUMBER TERBUKA

(1)

ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN

BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API

MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK

BERBASIS SUMBER TERBUKA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

AHMAD BALKO ITM SIREGAR NIM. 050401051

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN

BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API

MENGUNAKAN PERANGKAT LUNAK

BERBASIS SUMBER TERBUKA

AHMAD BALKO ITM SIREGAR NIM. 05 0401 051

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh :

DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri

NIP.196412241992111001 NIP. 196808071995011001

(3)

ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN

BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API

MENGUNAKAN PERANGKAT LUNAK

BERBASIS SUMBER TERBUKA

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-579 pada Tanggal 05 Juli 2010

Pembanding I Pembanding II

Ir.Alfian Hamsi, M.Sc

NIP.195609101987011007 NIP. 195708051988111007

(4)

ANALISIS SIMULASI ELEMEN HINGGA KEKUATAN

BACKING PLATE PADA BLOK REM KERETA API

MENGUNAKAN PERANGKAT LUNAK

BERBASIS SUMBER TERBUKA

Telah Disetujui oleh :

Pembimbing/Penguj,

NIP. 196808071995011001

Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng

Penguji I, Penguji II,

Ir.Alfian Hamsi, M.Sc

NIP. 195609101987011007 NIP. 195708051988111007

Ir.Syahrul Abda, M.Sc

Diketahui Oleh : Departemen Teknik Mesin

Ketua,

NIP. 196412241992111001 Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri

(5)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 904 / TS / 2009

FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / / 20

MEDAN PARAF :

NAMA : AHMAD BALKO ITM SIREGAR

TUGAS SKRIPSI

NIM. : 05 0401 051

MATA KULIAH : MEKANIKA KEKUATAN BAHAN

SPESIFIKASI TUGAS : Pelajari konstruksi rem pada kereta api,

khususnya backing plate pada blok rem.

Selanjutnya, pelajari metode elemen hingga untuk maksud mensimulasikan keadaan

backing plate apabila mengalami perubahan pada saat pengereman kereta api. Lakukan simulasi tersebut menggunakan perangkat lunak berlisensi sumber terbuka. Sebagai perbandingan hasil yang dikeluarkan perangkat lunak berlisensi sumber terbuka yang dipilih, rujuklah suatu karya lain yang terdahulu sebagai sumber data perbandingan (data sekunder). Lengkapi dengan diskusi hasil perbandingan data kesimpulan kehandalan perangkat lunak berlisensi sumber terbuka yang dipilih.

DIBERIKAN TANGGAL : 04 / 11 / 2009

SELESAI TANGGAL : 25 / 06 / 2010

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, MEDAN, 04 NOPEMBER 2009 DOSEN PEMBIMBING,

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng

(6)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU

MEDAN

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

No.: 904 /TS / 2009

Sub. Program Studi : Teknik Produksi

Bidang Tugas : Mekanika Kekuatan Bahan

Judul Tugas : Analisis Simulasi Elemen Hingga Kekuatan

Backing Plate Pada Blok Rem Kereta Api Menggunakan Perangkat Lunak Berbasis Sumber Terbuka

Diberikan Tanggal : 04 Nopember 2009 Selesai Tgl. : 25 Juni

2010

Dosen Pembimbing : Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting, M.Eng.

Nama Mahasiswa : Ahmad Balko ITM Siregar NIM. :050401051

NO TANGGAL KEGIATAN ASISTENSI

BIMBINGAN

Tanda Tangan Dosen Pemb.

1 04 Nopember 2009 Pemberian Spesifikasi Tugas

2 10 Nopember 2009 Diskusi Kasus dan Metode

3 05 Desember 2009 Diskusi Lanjutan Studi Kasus

4 13 Januari 2010 Diskusi Lanjutan Studi Kasus

5 18 Februari 2010 Diskusi Hasil Simulasi

6 01 Maret 2010 Asistensi BAB I

7 23 Maret 2010 Asistensi BAB II

8 20 April 2010 Asistensi Perbaikan BAB II

9 04 Mei 2010 Asistensi BAB III

10 18 Mei 2010 Asistensi BAB IV

11 09 Juni 210 Pemeriksaan Akhir

12 25 Juni 2010 ACC Seminarkan

CATATAN

Kartu ini harus diperlihatkan kepada sen Pembimbing setiap Asistensi.

Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.

Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan Asistensi telah selesai.

Diketahui,

Ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001

(7)

(8)

(9)

(10)

KATA PENGANTAR

Hai orang-orang beriman apabila dikatakan kepadamu: "Berlapang-lapanglah dalam majlis", maka lapangkanlah niscaya Allah akan memberi kelapangan untukmu. Dan apabila dikatakan: "Berdirilah kamu", maka berdirilah, niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat. Dan Allah Maha Mengetahui apa yang kamu kerjakan. (QS Al Mujadilah : 11)

Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW.

Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik Mesin FT-USU. Adapun judul Skripsi ini adalah “Analisis Simulasi Elemen Hingga Kekuatan Backing Plate Pada Blok Rem Kereta Api Menggunakan Perangkat Lunak Berbasis Sumber Terbuka”.

Dalam proses pengerjaan skripsi ini penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, data-data, dan lain-lain. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ayahanda H. Imron Muttaqin Siregar dan Ibunda tercinta Hj. Faizah

Mustaqimah Harahap terima kasih ananda haturkan atas segala cinta dan kasih mereka yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta do’anya demi kesuksesan ananda, penulis juga ucapan terima kasih kepada abanganda : Sentosa Pardamean Siregar, Muhammad Ali Ansor Siregar, Ali Masykur Siregar dan Ahmad Fauzi ITM Siregar dan kakak-kakak penulis : Nur Hidayah Siregar, Derhanun Siregar, dan Husnil Khotimah Siregar yang menjadi warna dan dapat menghibur bagi penulis.

2. Bapak Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng selaku Dosen Pembimbing

Skripsi yang telah banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.

3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin.

4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin FT-USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin.

5. Teman-teman mahasiswa : Ilham Jauhari, Namira Farhayati Lubis, Gunawan, Raja Naposo, Imbarko, Parhan dan masih banyak lagi yang tidak bisa dituliskan satu persatu namanya khusus untuk stambuk 2005 salam solidarity forever.

Akhir kata semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.

Medan, Juli 2010

Ahmad Balko ITM Siregar NIM. 05 0401 051

(11)

ABSTRAK

Backing plate merupakan bagian dari blok rem kereta api. Merancang

backing plate perlu dilakukan analisis simulasi elemen hingga untuk mengetahui kekuatan backing plate pada blok rem kereta api apabila mengalami perubahan pada saat pengereman. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan hasil simulasi

backing plate pada blok rem kereta api apabila mengalami pembebanan dengan menggunakan perangkat lunak Salome Meca yang berlisensi tebuka kemudian membandingkan hasil keluaran dari Salome Meca yang berlisensi sumber terbuka dengan perangkat lunak komersial ANSYS dan merekomendasikan hasil yang diperoleh. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap pengerjaan yaitu: instalsi perangkat lunak sistem operasi linux sabily, instalasi aplikasi Salome Meca, kemudian melakukan permodelan dengan perangkat lunak SolidWorks 2007 dan simulasi elemen hingga menggunakan perangkat lunak Salome Meca yang berbasis sumber terbuka yang kemudian dibandingkan hasilnya dengan perangkat lunak komersial ANSYS. Setelah melakukan simulasi maka didapatlah nilai defleksi pada backing plate dengan perangkat lunak Salome Meca ketebalan 3 mm adalah sebesar 27 mm, ketebalan 4 mm adalah 12.2 mm, dan pada profil alur ketebalan 4 mm adalah 3.35 mm. Defleksi pada backing plate dengan perangkat lunak ANSYS berbasis berbayar ketebalan 3 mm adalah 27.9 mm, ketebalan 4 mm adalah 12.267 mm, dan pada profil ketebalan 4 mm adalah 3.4 mm. Kesimpulan dari penelitian ini adalah perangkat lunak Salome Meca dapat berjalan dengan baik pada sistem operasi linux yang berbasis sumber terbuka sebagai perangkat lunak yang mampu bersaing dengan perangkat lunak komersial untuk menyelesaikan persoalan-persoalan dalam bidang keteknikan.

(12)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ii

LEMBAR PERSETUJUAN DARI PEMBANDING iii

SPESIFIKASI TUGAS iv

LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI v

KATA PENGANTAR vi

ABSTRAK vii

DAFTAR ISI viii

DAFTAR TABEL x

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR NOTASI xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1Latar Belakang 1

1.2Perumusan Masalah/Batasan Masalah 3

1.3Tujuan Penelitian 3

1.4Manfaat 4

1.5Sistematika Penulisan 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA` 6

2.1Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga 6

2.1.1 Perangkat Lunak Elemen Hingga Berbayar 6

2.1.2 ANSYS 7

2.2Sumber Terbuka (Open Source) 7

2.2.1Aplikasi Perangkat Lunak Elemen Hingga Lisensi

Sumber Terbuka 10

2.2.2Salome 11

2.2.3Code Aster 12

2.3Metode Elemen Hingga 14

2.3.1Metode Elemen Hingga Pada Kasus Analisis Stuktur 18

2.3.2Regangan Pada Bidang Tiga Dimensi 26

2.4Backing Plate 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 31

3.1Instalasi Sistem Operasi Distro Linux 31

3.2Instalasi Aplikasi Salome Meca 35

3.3Simulasi 38

3.4Diagram Alir Simulasi 49

(13)

BAB IV HASIL DAN DISKUSI 54

4.1Hasil Simulasi Elemen Hingga Backing Plate 54

4.1.1 Hasil Defleksi Simulasi Backing Plate Dengan

Salome Meca 54

4.1.2 Hasil Defleksi Simulasi Backing Plate Dengan

ANSYS 56

4.2Perbandingan Hasil Defleksi Simulasi Salome Meca

Dengan ANSYS 58

4.3Diskusi 56

4.3.1Displacement 58

4.3.2Persen Ralat 60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 61

5.1Kesimpulan 61

5.2Saran 62

DAFTAR PUSTAKA 63

(14)

DAFTAR TABEL

HAL Tab el 2.1 Tegangan Normal dan Regangan Normal 27 Tab el 4.1 Perbandingan Hasil Defleksi Pada Simulasi Salome Meca

Dengan ANSYS 57

(15)

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Format Eficas dan File Comm 14

Gambar 2.2 Pemodelan Suatu Benda Menggunakan Metode Elemen Hingga 15

Gambar 2.3 Elemen 1 Dimensi 17

Gambar 2.6 Model Elemen 3 Dimensi 20

Gambar 2.7 Elemen Tetrahedral 21

Gambar 2.8 Beberapa model backing plate 30

Gambar 3.1 Tampilan pilihan instalasi 31

Gambar 3.2 Tampilan pilihan bahasa 32

Gambar 3.3 Tampilan pilihan lokasi waktu 32 Gambar 3.4 Tampilan pilihan susunan papan ketik 33

Gambar 3.5 Tampilan persiapan ruang disk 33 Gambar 3.6 Tampilan pengisian data pengguna 34 Gambar 3.7 Tampilan siap untuk diinstal 34 Gambar 3.8 Tampilan Proses Instalsi Sistem 35 Gambar 3.9 Tampilan Instalasi Selesai 35

Gambar 3.10 Tampilan Terminal Linux Untuk Memperoleh Aplikasi Salome Meca 36

Gambar 3.11 Tampilan Terminal Linux Untuk Memperoleh Direktori Salome Meca 36

Gambar 3.12 Tampilan Terminal Linux Untuk Membuka File 37

Gambar 3.13 Tampilan Membuka Salome Meca 38

Gambar 3.14 Lokasi Tumpuan; a.backing plate flat, b.backing plate alur 40

Gambar 3.15 Ketidak sesuaian dimensi holder dengan dimensi blok rem 40

Gambar 3.16 Lokasi pembebanan; a.backing plate flat, b.backing plate alu r 41

(16)

Gambar 3.19 Tampilan Pembuatan Grup 43

Gambar 3.20 Tampilan Hipotesis Mesh 44

Gambar 3.21 Tampilan Hasil Mesh 44

Gambar 3.22 Tampilan wizard analisis linear elastic 45 Gambar 3.23 Tampilan Pendefenisian Material 46 Gambar 3.24 Tampilan pada area constrain 46

Gambar 3.25 Tampilan UpdateMesh 47

Gambar 3.26 Tampilan Post-Processing 48

Gambar 3.27 Diagram Alir Simulasi Salome Meca 50

Gambar 3.28 Diagram Alir Penelitian 52

Gambar 4.1 Defleksi maksimum Backing Plate flat dengan

ketebalan 3mm 53

ketebalan 4mm 54

Gambar 4.3 Defleksi maksimum Backing Plate profil dengan

ketebalan 4mm 54

ketebalan 3mm 55

ketebalan 4mm 56

Gambar 4.6 Defleksi maksimum Backing Plate profil dengan

ketebalan 4mm 56

Gambar 4.7 Defleksi pada backing plate 58 Gambar 4.8 Lokasi Tumpuan; a.backing plate flat, b.backing plate alur 58 Gambar 4.9 Lokasi pembebanan; a.backing plate flat,

(17)

DAFTAR NOTASI

σ = tegangan normal (N/m2)

F = gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan (N)

u(x) = fungsi peralihan elemen

{ } = vektor kolom

[k] = matriks kekakuan elemen

{σ} = vektor tegangan

τ = tegangan geser (N/m2)

V = komponen gaya yang sejajar dengan bidang elementer (N)

A = luas bidang (m2)

σx = tegangan normal yang bekerja pada bidang x (N/m2)

σy = tegangan normal yang bekerja pada bidang y (N/m2)

σz = tegangan normal yang bekerja pada bidang z (N/m2)

τxy = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah y (N/m2)

τxz = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah z (N/m2)

τyz = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal y dalam arah z (N/m2)

E = modulus Young (Mpa)

{ε} = matriks kolom regangan

[d] = matriks operator dengan peralihan

{u} = matriks kolom peralihan

δ = pertambahan panjang total (mm)