Analisa Numeric Terhadap Kekuatan Lentur Pada Struktur Saranglebah Dengan Variasi Laju Pembebanan

(1)

TUGAS SARJANA

KONSTRUKSIDAN MANUFAKTUR

ANALI

SA NUMERI

K TERHADAP KEKUATAN

LENTUR PADA STRUKTUR SARANG LEBAH

DENGAN VARI

ASILAJU PEMBEBANAN

DiajukanSebagaiSyaratUntukMemperolehGelarSarjanaTeknik

(S.T)

ProgramStudiTeknikMesinFakultasTeknik UniversitasMuhammadiyahSumateraUtara

Disusunoleh:

DHANY FAJAR LESMANA 1307230176

PROGRAM STUDITEKNI

K MESI

N

FAKULTAS TEKNI

K

UNI

VERSI

TAS MUHAMMADI

YAH SUMATERA

UTARA

(2)

MEDAN

201

8

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

ABSTRAK

Struktursaranglebah (honeycomb)adalah strukturbuatanmanusia yangmempunyaigeometriyangberbentuksegienamberaturandengan panjangdansisisudutyangsama.Bentukinimemungkinkanmaterial memilikibobotminimaldengankekuatanyangsangatbesardengan dayayangtingginamuntetapmemilikidayaproduksiyangrendah. banyak digunakan strukturpesawatbertujuan untuk menganalisa konsenterasitegangan,dengan 3ukuran hexagonalyangbervariasi yaitu2mm,4mm,dan6mm denganpanjang(l)220mm lebar(b)55 mmdantinggi(h)18mm.dengan menggunakanpengujiansoftwere ansys.Adapunprosespengujianyangdilakukandenganduacarayaitu pengujianstatisdandinamisdanmemiliki3metodesudutkemiringan 450_,₆₀0_,_dan900_{darihasiyangt}_el_ahdidapat_{kanpadapenguj}_i_anke3 spesimen honeycomb dengan ukuran 2 mm dengan menggunakan metode percobaan statis pada kemiringan sudut sebesar 90 0_menghasi_l_kanl_endut_ansebesar1_,₁_{938mm,4mmdenganmenggunakan} metode percobaan statis pada kemiringan sudut sebesar 900 menghasilkan lendutan sebesar 2,009 mm, dan 6 mm dengan menggunakanmetodepercobaanstatispadakemiringansudutsebesar 900menghasilkanlendutansebesar2,4599mm.

Kata kunci:ansys,sarang lebah,variasilaju pembebanan analisa numerik

(11)

KATA PENGANTAR

AssalamualaikumWarahmatullahiWabarakatuh.

PujidansyukurpenulispanjatkanataskehadiratAllahSWT, karena berkatrahmatdanhidayah-Nyapenulisdapatmenyelesaikan TugasSarjanainidenganlancar.TugasSarjanainimerupakantugas akhirbagimahasiswaProgram StudiTeknikMesinFakultasTeknik UniversitasMuhammadiyah Sumatera Utara dalam menyelesaikan studinya.

Untukmemenuhisyarattersebutpenulisbimbingandaripadadosen pembimbingmerencanakansebuah

“ANALISA NUMERIK TERHADAP KEKUATAN LENTUR PADA STRUKTUR SARANG LEBAH DENGAN VARIASI

LAJU PEMBEBANAN’’.

Dalam menyelesaikan tugas inipenulis banyak mengalami hambatandanrintanganyangdisebabkanminimnyapengetahuandan pengalamanpenulis,namunberkatpetunjukAllahSWT yangterus– menerushadirdan ataskerja keraspenulis,dan atasbanyaknya bimbingandaripadadosenpembimbing,sertabantuanmorilmaupun materildariberbagaipihak akhirnya penulisdapatmenyelesaikan tugassarjanaini.

Untukitupenulispadakesempataninimenyampaikanucapan terimakasihyangsebesar–besarnyakepada:

1. Keduaorangtua,AyahandaWaginodanIbundaSemi,dimana cinta yang telah membesarkan, mengasuh, mendidik, serta memberikansemangatdando’ayangtulus,ikhlas,denganpenuh kasih sayang sehingga penulis dapatmenyelesaikan studidi FakultasTeknikUniversitasMuhammadiyahSumateraUtara. 2. Bapak MunawarAlfansury Siregar,S.T.,M.T,selaku Dekan

(12)

FakultasTeknikUniversitasMuhammadiyahSumateraUtara. 3. Bapak Dr.Ade Faisal,S.T.,M.Sc.selaku WakilDekan I

FakultasTeknikUniversitasMuhammadiyahSumateraUtara. 4. Bapak Dr. Eng. Rakhmad Arif Siregar selaku Dosen

Pembimbing-Iyangtelahbanyakmemberibimbingandanarahan sertaperhatiansehinggaTugasSarjanainidapatselesaidengan baik.

5. BapakKhairulUmurani,S.T.,M.T.,selakuDosenPembimbi ng-IIyang telah banyak memberibimbingan dan arahan serta perhatiansehinggaTugasSarjanainidapatselesaidenganbaik. 6. Bapak M.Yani,S.T.,MT selaku pembanding-Iyang telah

memberikanbimbingandanperhatian,sehinggaTugasSarjana inidapatdiselesaikandenganbaik.

7. BapakH.Muharnif,S.T,.M.Scselakupembanding-IIyangtelah memberikanbimbingandanperhatiansehinggaTuhasSarjana inidapatdiselesaikandenganbaik.

8. BapakAffandi,S.T,selakuKetuaProgram StudiTeknikMesin FakultasTeknikUniversitasMuhammadiyahSumateraUtara.

(13)

(14)

DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN-1

LEMBAR PENGESAHAN-2 LEMBAR PENGESAHAN

LEMBAR ASISTENSITUGAS SARJANA ABSTRAK i KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI iv DATAR TABEL vii DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR NOTASI x BAB 1.PENDAHULUAN 1

1.1 LatarBelakan 1

1.2 RumusMasalah 3

1.3 BatasanMasalah 3

1.4 TujuanPenelitian 3 1.5 ManfaatPenulisan

4

1.5.1 ManfaatTeoritis 4 1.5.2 ManfaatPraktis 4 1.6 SistematikaPenulisan

4

BAB 2.TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 HexagonalHoneycomb 6

2.2 KompositSandwitch 8

2.2.1 StrukturKompositSandwitch 9

(15)

2.4 KekuatanLentur 13

2.5 SimulasiNumeric 14

2.5.1ModelElemenHingga 14

2.6 ResponBahanSarangLebahUntukProteksiDampak 15

2.7 SifatSarangLebahYangEfektif 16

2.8 ModelEqivalensiBerdasar Kan GeometriNonlinier 17

2.9 Deformasi 19

2.9.1 Tegangan(stress) 20 2.9.2 Regangan(strain) 21 2.9.3 Pengujianstatic 22 2.10 FEM (FiniteElementnsMothod)

22 BAB 3.METODEPENELITIAN 26 3.1 TempatDanWaktu 26 3.1.1 Tempat 26 3.1.2 waktu 26 3.2 AlatPenelitian 27 3.2.1 WorkStation 27 3.2.2 SoftwereCatia 28 3.2.3 SoftwereAnsys 28 3.3 AlurPenelitian 29

3.4 KeteranganDiagramAlirPenelitian 30

3.5 StudiKasus 31

3.6 VariasaiSarangLebah 31 3.7 TahapMenggambarSpesimenPolygonSarangLebah

32

3.7.1 Tahap Menggambar Polygon Sarang Lebah 32 3.7.2 TahapPemotonganSarangLebah 32 3.7.3 TahapMenggambarPlatSarangLebah 32 3.7.4 TahapAssemblyPart 33

(16)

SarangLebah 33

3.8.1 TahapAwalPadaAnsysWorkbench15 33

3.8.2 MenentukanAnalisysSystem 34

3.8.3 EgeneeringData 34 3.8.4 Menentukan Geometry 35 3.8.5 TahapMenampilkanSpecimenKeModel

36 3.8.6 TahapPadaMeshing 37 3.8.7 TahapForceDanFixedSupportSarangLebah Ansys StaticStruktural 38 3.8.8 PemberianPengujianYangSudahDitentukan 39

39 TahapMengunakanAnsysExplicitDynamicsPada SarangLebah

39

3.9.1 tahap awal pada explicit dynamics ansys workbench 39

BAB 4.HASILDAN PEMBAHASAN 42

4.1 HasilGambarSarangLebah 42

4.1.1 Hasil Gambar Case Sarang Lebah Sesuai Geometri 42

4.1.2 KonsepUjiStaticSarangLebah 43

4.2 HasilPembahasanSimulasiStaticStructural 44

4.2.1 HasilPembahasanTotalDeformationDengan

Sudut450 44

4.2.2 HasilGrafik TotalDeformation Pada Sarang Lebah

2mm,4mm,Dan6mm 46

4.2.3 Hasil Pembahasan Equivalen Stress Ststic Structural 47

4.2.4 HasilGrafikDariSimulasiEquivalenStressPada SarangLebah2mm,4mm,Dan6mm

49

Sudut600 ₅₀

(17)

Pada

SarangLebah2mm,4mm,dan6mm 51 4.2.7 Hasil Pembahasan Equivalen Stress Static Structural 52

4.2.8 HasilGrafikDariSimulasiEquivalenStressPada SarangLebah2mm,4mm,Dan6mm

54

Sudut900 ₅₄

4.2.10HasilGrfikDariSimulasiTotalDeformationPada SarangLebah2mm,4mm,Dan6mm

56

4.2.11Hasil Pembahasan Equivalen Stress Ststic struktural 57

4.2.12HasilGrafikDariSimulasiEquivalenStressPada SarangLebah2mm,4mm,dan6mm 59 4.3 HasilPembahasanSimulasiExpilicit(Dinamis)

60

4.3.1 GrafikSettingWaktu 60

Sudut450 60

4.3.3 HasilGrafikDariSimulasiTotalDeformation PadaSarangLebah2mm,4mm,dan6mm 64

4.3.4 HasilPembahasanTeganganEquivalenStress Explicit(Dinamis) 64 4.3.5 HaslGrafikDariSimulasiEquivalenStress

PadaSarangLebah2mm,4mm,dan6mm 68

Sudut600 68

4.3.8 HasilPembahasanTeganganEquivalenStress 72

4.3.9 HasilGrafikDariSimulasiEquivalenStress PadaSarangLebah2mm,4mm,dan6mm 76

Sudut900 ₇₆

(18)

80

4.4.13HasilGrafikDariSimulasiEquivalenStress PadaSarangLebah2mm,4mm,dan6mm 84

4.4 KekuatanLendutTerhadapUjiStatisDanUjiDinamis 84

4.4.1 KekuatanLendutanTerhadapTotalDeformation 84

4.4.2 HasilGerafikKelendutanDariUjiStatikDan UjiDinamisDeanganSudut450

87

4.4.3 HasilGrafikKelendutanDariUjiStatikDan UjiDinamisDenganSudut600 ₈₈ 4.4.4 HasilGrafikKelendutanDariUjiStaticDan

UjiDinamisDenganSudut900 ₈₈ BAB 5.KESMPULAN DAN SARAN

90

5.1 Kesimpulan 90

5.2 Saran 90

DAFTAR PUSTAKA DaftarRiwayatHidup

DARTER TABEL

Tabel3.1: TimelineKegiatan 26 Tabel3.2: StudiKasusSarangLebah2mm,4mm,dan6mm

31

Tabel3.3: PerbedaanSarangLebah2mm,4mm,dan6mm 31

Tabel4.1: SettinganWaktu 60 Tabel4.2: HasilTabularDataSarangLebah2mm

61

Tabel4.3: HasilTabularDataSarangLebah4mm 62

Tabel4.4: HasilTabuletDataSarangLebah6mm 63

(19)

Tabel4.10:HasilTabularDataSarangLebah6mm 71

(20)

DAFTAR GAMBAR Gambar2.1:TandanStrukturSarangLebah 7

Gambar2.2:SebuahSpecimenAluminiumSarangLebah 8

Gamabr2.3:StruktueKopmpositSandwich 10 Gambar2.4:StrukturSandwichSarangLebahDiAlam

12

Gambar2.5:ModelSimulasiNumeric 14 Gambar2.6:SarangLebahSelBerbentuk

15

Gambar2.7:StrukturSelHexagonalPadaMaterialSarangLebah 15

Gambar2.8:BlokKantiliverYangFleksibelMengalamiGayaYang TidakMengikuti(F)

18

Gambar2.9:Sebuah Scematic Yang Menggambar Kan Sarang Lebah

HexagonalDanSelSatunnya 18

Gambar2.10: Matrik 24

Gambar2.11:KonsepMetodeElemenHingga 25

Gambar3.1:TampilanAwalAnsysStaticStructural 33

Gamabr3.2:JendelaKerjaStaticStructural 34

Gambar3.3:OutlineOfGeneralMaterials 35

Gambar3.4:PropertisMaterial 35 Gambar3.5:MemilihGeometry

36

Gamabr3.6:GeometrySelesaiDiimpor 36

Gambar3.7:Model 37

(21)

37

Gambar3.9:MeshingAnsysPadaExplicitDynamics 38

Gambar3.10: ForceDanFixedSupportPadaSarangLebah 38

Gambar3.11:VelocitydanFixedSupportPadaSarangLebah 39

Gambar4.1:HasilGambarSarangLebah2mm 42

Gamabr4.2:HasilGambarSarangLebah4mm 42

Gambar4.3:HasilGambarSarangLebah6mm 42

Gambar4.4:KonsepUjiStsticSarangLebah 43

Gambar4.5:HasilContohPengujianPadaStaticStruktural 43

Gambar4.6:HasilContohPengujianPadaExplicitDynamics 44

Gambar4.7:HasilSimulasiTotalDeformationSarangLebah2mm 45

Gambar4.9:HasilSimulasiTotalDefotmationSarangLebah6mm 46

Gambar4.10: GrafikSuimulasiTotalDeformation 46

Gambar4.11:HasilDariSimulasiEquivalenStressSarangLebah2

mm 47

Gamabr4.12: HasilDariSimulasiEquivalen Stress Sarang Lebah4mm 48

Gamabr4.13:HasilDariSimulasiEquivalenStressSarangLebah6

mm 48

Gambar4.14: GrafikSimulasiEquivalenStress 49

Gambar4.16: HasilSimulasiTotalDeformationSarangLebah4

mm 50

Gambar4.18:GrafikSimulasiTotalDeformation 51

Gambar4.19: HasilDariSimulasiEquivalen Stress Sarang Lebah2mm 52

(22)

Lebah4mm 53

mm 55

mm 56

Gambar4.26: GrafikSimulasiTotalDeformation 56

mm 62

mm 63

Gambar4.38: GrafikSimulasiEquvalenStress 68

mm 69

mm 70

mm 71

(23)

Lebah2mm 73

Gambar4.46: GrafikSimulasiEquivalemStress 76

mm 77

mm 78

mm 79

Gamabr4.51:HasilDariSimulasiEquivalenStressSarangLebah2

mm 81

Gambar4.55: HasilGetafikDariKelendutanUjiStatikDanUji Dinamis 87

(24)

Simbol keterangan eng EgineringStrain

PerubahanPanjang PanjangAwal

PanjangSetelahDiBeriGaya Regangan/ (TanpaSudut) s TeganganGeser,kg/cm2

E ModulusYoung,kg/cm2 Pertambahan0Panjang TeganganBending F Force(Gaya)

b Lebar

d Tinggi

(25)

PENDAHULUAN

1.1 LatarBelakang

Perkembanganteknologidibidangkonstruksimanufakturyang semakinmajupadamasasekaranginisangatberperanpentingdalam menciptakansuatubahanyangmemilikisifatyanglebihtangguhdari padabentukasalnya.Saranglebahaluminium telahmenarikbanyak perhatiansebagaibahanselulerkhaskarenaenergimekaniknyayang sangatbagus,lebih ringan dan lebih kuat.Dengan latarbelakang itulahsayadiharuskanmempunyaikemampuanuntukdapatmemahami ilmutentangbahanaluminium.

Alumunium danpaduanalumunium termasuklogam ringanyang mempunyaisifat-sifatsebagaiberikut:

1.Logampalingringan 2.Tanahkorosi

3.Lunak,danulet.

Padajenisbahankompositstrukturdalam kompositsandwich merupakan salah satu jeniskomposityang sangatpotensialuntuk dikembangkan,selainmemilikicirikhasdalam kekuatannya,komposit strukturberjenis kompositsandwich mempunyaicirikhas tertentu dalam kebutuhan penggunaannya.Honeycombatau sarang lebah memilikikekuatanlebihbaikdalam menerimabebansecarakonstan danstabil,dandalam penelitianinicoreyangdigunakanbermaterial

(26)

(27)

Bentukdaripadastruktursaranglebah(honeycomb)iniadalah berbentuk hexagonaldan berongga ditengahnya,dengan didesain sepertiinimenyebabkanstrukturmenjadilebih ringandanmemiliki kekuatanyanglebihbaik.Padastruktursaranglebahinikitadapat membuatsuatulapisankompositsandwich.Kompositsandwichadalah jeniskomposityangdibuatsecaraberlapisyangterdiridari2face (lapisan terluar),adhesive(pengikat),dan core(inti).Facepada strukturkompositsandwich,jugaterºuatdarimaterialaluminium yang berfungsisebagaipenahanbebandariujiimpak.Untukmenciptakan suatukompositsandwichdengansifatmekanikdenganketahananyang baik,selain diperlukanfaceyang kuatdancoreyang kuat,juga diperlukan suatuadhesiveyang tepatsehingga dapatmenciptakan ikatanyangkuatantarafacedancore,sertamenjadipenerusbeban yangbaikdarifacemenujucore.Teknologikonstruksisandwichini telah banyak diterapkan diindustripesawatterbang,transportasi, furniture,daunpintu,danlain-lainnya.

Memilih3geometripadastruktursaranglebah,memodelkan3 geomertidengan variasiketebalan dan membangun 3modelFEM (FiniteElemenMethod)saranglebah denganmenggunakansoftware Catiadan menganalisa ujitekan dengan variasilaju pembebanan ketebalannyadanmengevaluasikekuatanpadasaranglebahdengan variasiketebalan menggunakansoftwareAnsys.

(28)

tugassarjanadenganjudul:Analisa.NumerikTerhadap Kekuatan Lentur Pada Struktur Sarang Lebah dengan/ Variasi Laju Pembebanan.

1.2 RumusanMasalah

a.Bagaimanakahanalisanumericterhadapkekuatanlenturpada struktursaranglebahdenganvariasilajupembebanan?

b.Bagaimanakah menguji 3 geometri dan 3 sudut dengan menggunakansoftwarefiniteelement(ANSYS)?

1.3 BatasanMasalah

Karena luasnya jangkauan permasalahan dalam pengujian materialspecimensaranglebahdenganvariasiketebalanmakaperlu adanyapembatasanmasalahn,adapunbatasanmasalahdaripenelitian iniantaralain:

1.Untukmengetahuianalisanumericterhadapkekuatanlenturpada struktursaranglebahdenganvariasilajupembebanan.

2.Untukmenganalisa3geometridan3sudutdenganvariasiketebalan mengunakansoftwarefiniteelement(ANSYS).

1.4 Tujuanpenelitian

Adapuntujuandaripenelitianiniadalah:

(29)

akandianalisa.

2. Untuk menggambar3geomertidengan variasiketebalan mengunakansoftwarecatia.

3. Untukmenganalisa3geometridan3sudutdenganvariasi ketebalanmengunakansoftwarefiniteelement(ANSYS). 4. Untuk mengevaluasikekuatan tekan dengan variasilaju

pembebanan.

1.5 Manfaatpenelitian 1.5.1 ManfaatTeoritis

1. Sebagaipenambahpengetahuanbagipenulisdanpembaca tentang simulasisarang lebah secara laju pembebanan denganmengunakansoftwereANSYS.

2.sebagaibahanperbandingansimulasisaranglebahterhadap 3geometridan3sudutimpact.

1.5.2 ManfaatPraktis

1. Mengetahuinilai–nilaievaluasistruktur–struktursarang lebahsehinggadapathasilyangakurat.

2.Dapat mendesain sarang lebah dengan mengunakan softwerecatia,yangnantinyaakandiujidisoftwereANSYS. 3.Mengetahuikekuatan sarang lebah setelah diujidengan

softwereANSYS.

(30)

Sistematikapenulisaniniadalahsebagaiberikut: BAB 1PENDAHULUAN

Berisikanlatarbelakang,rumusanmasalah,batasanmasalah, tujuan

penelitian,manfaatpenelitian,dansistematikapenulisan. BAB 2TINJAUAN PUSTAKA

Berisikanteorisingkatdaripenelitian, BAB 3METODELOGIPENELITIAN

Berisikantentangalat-alatdanbahansertatahapanpengerjaan yangdilakukan.

BAB 4ANALISADATA

Berisikandatadananalisapadapenelitian. BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN,

(31)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 HexagonalHoneycomb

MenurutQiuKepeng,dkkhexagonalhoneycombadalahbahan seluleryangbanyakdiaplikasikandiberbagaibidang,terutamauntuk strukturpesawatringan.Penerapanbahansaranglebahheksagonal fleksibel.Untukmorphingpesawatterbang,yangperkembangannya telahmenjadiperhatianutamadalam beberapatahunterakhir,sangat relevan,karenakepadatanrendahdanrendahdi-pesawatdantinggi out-of-pesawatkekakuan.Teknologimorphingakanmemungkinkan pesawatuntuk mengoperasikan dengan efisien dibawah berbagai kondisipenerbanganyangbervariasi.(QiuKepeng,dkk2016)

Tandem struktur sarang lebah yang berhubungan menurut ZhonggangWangdkkpadapenelitiannyayangberjudul“Mechanical behaviorofcomposited structure filled with tandem honeycombs”, Perilakumekanikstrukturkompositdiisidengantandem saranglebah (terjemahan)menyatakanbahwayangbiasanyadigabungkanolehn segmen.Antara masing-masing segmen,ada pemisah,Tidak hanya digunakanuntukmembedakansegmensatusamalaintapijugauntuk mengantarkaninteraksidiantaranya.Gambar2.1(a)~(b)menunjukkan tandem khasdibaawah (n =3).Tentu saja,untuk strukturringan, pemisah umumnya terbuatÚrialuminium atau bahan ultra ringan

(32)

lainnya.Untuk mempelajaristruktursarang lebah,simulasinumerik dengan detailkecilyang lengkap Shellskala atau balok menjadi metodologiyangpopulerdanandal.Mengembangkandanmempelajari kinerjatinggidanbaruPerangkatpenyerapanenergiringanadalah topikhangat,terutamauntukrekayasakeselamatan.Tandem struktur saranglebah telah dipandangsebagaienergiyangsangatpotensial Perangkatpenyerapan Tampaknya sangatpenting untuk memiliki tekadyangluasPerilakumekanisdankarakterisasipenyerapanenergi sehinggauntukmeramalkandanmelebarpenerapanstrukturkomposit semacam itu.Tidakmasukakaluntuklangsungmenggunakantandem honeycombsebagaipenyerapenergi.

Gambar2.1:TandemStrukturSarangLebahDanPenerapannya:(a) Skema;(B)Pengisi;(C)KepalaKereta.

(ZhonggangWang,JiefuLiu,ZhaijunLu,DavidHui:2017)

Penelitian lainnya difokuskan untuk respon penghancuran tabung aluminium persegidiisidengan busa poliuretan dan sarang lebahaluminium.RafeaDakhilHusseindanDongRuanmenemukan bahwastrukturberdindingtipistelahbanyakdigunakanpadaaplikasi semacam itusebagaiaerospacedantransportasi.Misalnya,salahsatu yangpalingbagianstrukturalyangpentingdalam kendaraanadalah

(33)

zonacrumpleyangadabiasanyaterbuatdaritabunglogam berdinding tipis.Strukturberdindingtipisinilebihdisukaidikendaraankarena sangatbagusdansangatsetabildikenaibebantekanaksial.Sarang lebahalumuniumadalahmulti-selulerberdindingtipisstrukturdengan kekuatantinggiterhadaprasioberat.Kelalaiansaranglebahmetalik telah banyak diteliti.WierzbickiBerasaldarimodelteoritisuntuk memprediksiperilakuyangmenghancurkandanPanjanggelombang lipatdarisaranglebah logam heksagonaldikenakan aksialBeban dampakIamenemukanbahwakekuatanaksialmenghancurkansarang lebah Tergantung pada tebaldinding sarang lebah ke rasio sisi panjang(t/l)Danteganganluluh darilogam.(H,RafeaDakhil, Ruana,D.:2017)

Gambar2.2:SebuahSpesimenAluminiumSarangLebah

2.2 KompositSandwich

Keuntunganutamadarisetiapjenismaterialkompositadalah kemungkinanmenyesuaikansifatmerekamenurutaplikasi.Keuntungan

(34)

yangsamajugaberlakuuntukkompositsandwich.Pilihantepatuntuk skindancoremembuatsandwichkompositadaptifuntuk sejumlah besaraplikasidankondisilingkungan.Beberapakarakteristikumum kompositsandwichdijelaskansebagaiberikut:

1. Kepadatan rendah:Pilihan coreyang ringan atau struktur diperluas dari bahan high density menurunkan densitas keseluruhandarikompositsandwich.Volumecorejauh lebih tinggipada kompositsandwichdibandingkan dengan volume skinsehinggasetiappenurunankepadatanbahancorememiliki dampak yang signifikan terhadap kepadatan sandwich keseluruhan.

2.Kekakuan bending:Propertiiniberasal daribagian skin sandwich.Akibatkekakuan spesifik kompositsandwichyang lebihtinggimenghasilkandeformasilateralyanglebihrendah, ketahananbucklingyanglebihtinggidanfrekuensialamilebih tinggidibandingkandenganstrukturlainnya.

3.Kerusakan toleransi:Penggunaan atau bahan busa fleksibel sebagaicoremembuatbahansandwichsangatmerusakstruktur toleransi.Untukalasaninicorebusaataubahansandwichcore menjadibahanpopulerdalamaplikasikemasan.

2.2.1 StrukturKompositSandwich a.Kulit(skin)

(35)

skin.Lembaranlogam sepertialuminium,titanium danbajadanplastik yangdiperkuatseratadalahbeberapacontohumum daribahanskin. Skindiperkuatserat,sifatbahandapatdikontrolsecaraterarahdalam rangkauntukmenyesuaikanpropertidarikompositsandwich.Polimer diperkuatseratdigunakansecaraluassebagaiskinkarenakepadatan rendah dan kekuatan spesifik yang tinggi.Keuntungan lain yang ditawarkan oleh penggunaan kompositpolimerdalam skinadalah bahwapolimerdapatdigunakanuntukmembuatskindancore.Cross -linkingpolimerantaracoredanskinakanmenyediakanadhesitingkat kekuatan yang sama dengan kekuatan polimer.Inimemberikan kemungkinan untuk membuatskin bagian integral dari struktur menghilangkankebutuhanperekat.Ketikaperekatdigunakanuntuk obligasiskindancorebersama -sama,pemilihan perekatmenjadi sangatpenting,karena mereka haruskompatibeldenganskindan bahan-bahancore.Adhesiharusmemilikitingkatkekuatan yang diinginkandanharustetaptidakterpengaruholehlingkungankerja.

b.Inti(Core)

Bahanintiyangpopulerdapatdibagimenjaditigakelassebagai berikut:

1.Low density bahan padat:Busa selterbuka dan tertutup terstruktur,danjenis-jeniskayu.

2.Expandedhigh-densityBahandalam bentukseluler:madu,inti web.

(36)

3.Expandedhigh-densityBahandalam bentukbergelombang: lembaranbergelombang,sepertikertaskardusdanlain-lain.Bahan densitastinggiyangdigunakanuntuktujuanpembuatancorediperluas mencakupaluminium,titaniumdanberbagaipolimer.

Gambar2.3:StrukturKompositSandwich

Strukturbahancoremempengaruhibidangkontakpermukaan antaraskindancore.BahanExpandedkepadatan tinggibiasanya memberikan bidang kontak jauh lebih kecildibandingkan dengan materialpadatkepadatanrendah.Pilihanstrukturyangsesuaiuntuk core memberikan parameter tambahan untuk merancang sebuah kompositsandwich sesuaispesifikasiyang diberikan atau kondisi layanan.

Penggunaan core seperti busa sel tertutup terstruktur memberikanbeberapakeuntunganyangberbedaatasbusaselterbuka terstrukturdancore.Kekuatantekanspesifikbusaseldekatterstruktur jauhlebihtinggi.Merekajugamenyerapkelembabankurangdaribusa selterbukaterstruktur.(AchmadZainuri:2011).

2.3 SarangLebahAluminium

(37)

aluminium menandakan sebuah yang menjanjikan daribahan inti ringan meskipun saranglebah aluminium bisa digabungkan dengan bahanpanelyangberbedasecarahipotetis,sebagianbesarpenelitian yangadaberfokuspadalembaranaluminium untukkelancarandalam penelitian.Misalnya,Goldsmithdan Sackman menentukan disipasi energidan karakteristiktransmisitenaga darialuminium Sandwich saranglebahdenganpelatmukaaluminium untukpemuatandinamis. Paikdkk.mengevaluasikekuatanpanelsandwichaluminium dengan intisaranglebahaluminium diIndonesiabendingtigatitikkuasistatis, kompresi aksial dan beban penghancuran lateral; dan mereka mengidentifikasibahwapeningkatanketebalanintimenundainisiasi deformasi plastis, menawarkan peningkatan substansial dalam kekuatanakhirdanmenghancurkan.Crupidkk.menganalisisrespon kecelakaanstatisdankecepatanrendahdariduastruktursandwich wajahsaranglebahaluminium denganukuranselberbeda.Mereka membandingkanrespondampakstatisdankecepatanrendahsandwich aluminium foam dan sarang lebah.Dan mengungkapkan bahwa jatuhnyasaranglebahSandwichsangatdipengaruhiolehukuransel dalamtesdampakkecepatanrendah.(Crupi,V:2013).

Sarang lebah aluminium telah menarik banyak perhatian sebagaibahanselulerkhaskarenaenergimekaniknyayangsangat baguspenyerapandanrasiokekuatanspesifikterhadapberat.Wudan Jiangmempelajaritanggapandarienam jenissaranglebahaluminium

(38)

menyisirstrukturselulerdibawah aksialkuasi-statisdanbenturan pemuatan.Danmenggambarkanrincianmodekegagalanaluminium sarangmadu(YinghanWu,E.,JiangWS :2017).

Gambar2.4:StrukturSandwichSarangLebahDiAlam:(a)Kulit Kura-Kura

Dan(b)Kumbang

Hong menyelidiki pengaruh geser tegas pada perilaku semaksimalquasi-staticdarisarang lebah aluminium spesimen di bawahkompresibebangabunganyangdominan,danmenunjukkan bahwatingkatpenyerapanenergibergantungpadarasiodaritegangan geserke tegangan tekan danin-planeSudutorientasi(Hong ST: 2006).Zhang mempelajaripengaruh selnomordan suduttengah saranglebahaluminium padaresistansipenghancuranpesawatkeluar dari struktur, dan pemindahan beban kurva menunjukkan kecenderunganyangsama.WangdilakukanPercobaankomprehensif pada tandem heksagonalhoneycombstrukturdikenakan kompresi aksial,dan menemukan bahwa pengisian tandem sarang lebah ke

(39)

dalam tabung multiselternyata meningkatkan perilaku mekanis (ZhangX :2014).

Untuk peredam partikel,efek redaman diperkirakan timbul melaluigesekan dan benturan yang terjadiantara Partikelselama getaranDalam beberapapenelitian,efisiensiperedam partikeltelah ditunjukkanuntukbeberapaaplikasispesifik.Bajkowskidkk.mengisi balok dengan partikeldengan berbagaibentuk dan menunjukkan bahwapartikeledgylebihdisukaiBiladibutuhkanredamantingkat tinggi.Peredam partikeljugatelahdiselidikisecaranumerik,dimana metodeelemendiskrit.Namun,jumlahaplikasidunianyatadimana peredam partikeltelah terjadidigunakan secara signifikan lebih rendah.Salah satu contoh penerapan peredam berbasispartikel. (Koch,S.:2017)

2.4 KekuatanLentur

IntidaristrukturHoneycombSandwichinidanmateriallapisan yang memiliki sifat mekanik yang baik dapat menghasilkan peningkatanmaterialterhadapkekuatanlentur.Selainituperawatan terhadapkerusakanmaupunkecacatanmaterialharusselaludiperiksa berjangkauntukmemastikanbahwatidakadaperubahanbentukatau kelainan lainnya yang dapatmembuatkonstruksidariHoneycomb Sandwichtersebutberkurangkekuatannya.

MenurutDr.BrentStrong dariBrigham Young University, kekuatanlentur(bendingstiffnes)sebandingdenganketebalancore.

(40)

Denganmenggandakanketebalancoremenghasilkanpanel6kalidan 12 kalilebih kaku dengan peningkatan sedikitberatpada panel composit.

Corejugamembantumendistribusikanbebandantekananpada kulitsehinggasandwichcompositmerupakandesainyangsangatbaik untukmenyeraptekanan.

2.5 SimulasiNumerik

2.5.1 Modelelemenhingga

Untuk semua sarang lebah heksagonalyang miring,mereka terhubungdenganBreetschko–Tsay-4node.Ukuranmeshmasi ng-masingmodelelemenhinggadirancangsebesar0,15mm setelahstudi konvergensi.Spesimen dalam simulasinumerikjuga dibagistruktur saranglebahmonolitikdenganjenissudutkemiringanyangdiharapkan. Perbedaan antara modelelemen hingga dan eksperimen hanya terletakpadageometris.Tegangantinggidinamikadatarantinggi out-of-planenilaimenjadistabilbilajumlahseltidakkurangdari8×9.

Sifatmekanik bahan foiladalah sebagaiberikut,kerapatan 2680kg/m3,ModulYoung69.3GPa,rasioPoisson0,33tegangan hasil215MPa.Bahan foildiperlakukan sebagaikonstitusiplastik elastisyangidealmodel.Spesimenditempatkanpadapelatkakustatis sebagaibatasdandilumatkanolehPlatkakubergeraklainnyapada10

(41)

m/s,sepertiditunjukkanpadaGambar6(a).

Gambar2.5:ModelSimulasiNumerik:(a)Normal;(B)Cenderung.

Selcondongdengan ω untuksetiap intisaranglebah Blok, sepertiyangditunjukkanpadaGambar1(d).Olehkarenaitu,model elemen hingga numerik yang sesuaiDibangun dengan selmiring, sepertiditunjukkanpadaGambar5(b).

(ZhonggangWang,2016)

Gambar2.6:SarangLebahSelBerbentuk:(A)Spesimen;(B)Sel; (C)Normal;(D)CenderungSel.

2.6 ResponBahanSarangLebahUntukProteksiDampak

Bahansaranglebah adalah strukturseluleryangbisamasuk berbagaipola.Salahsatujenisyangpalingpopuleradalahheksagonal Saranglebahdengandindingheksagonalbiasaataudindingnyatidak teratur.

(42)

(a)StrukturSarangLebah (b)GeometryDariSelTunggal Gambar2.7:StrukturSelHeksagonalPadaMaterialSarangLebah

Menurut penelitian pada Vincent Caccese yang berjudul “Optimaldesignofhoneycombmaterialusedtomitigateheadimpact” (Desain optimalbahan sarang lebah digunakan untuk mengurangi dampakhead.Terjemahan).Saatdibuatdenganmenggunakanproses sepertipencetakan,dinding selbiasanya dibuatdengan ketebalan seragam geometridarisaranglebahbiasaadalahdenganukuransel rata-rata,c,yangmerupakanjarakrata-ratadaridindingkedinding, jarakkakirata-ratadindingsel,dindingseldenganketebalan,t,dan kedalamankeseluruhan,d.Metodefabrikasilainnyaadalahsebuah proseslipatbergelombangdimanasetengah daripolasaranglebah ditekan menjadipita atau sepiring material.Pita yang berdekatan adalah ditempatkan dan dindingdisatukan dengan cara yangtepat untukbahanyangdibuat.Prosesinimenghasilkan2/6daridindingnya ketebalan2t.(VincentCaccese,dkk2013)

2.7 SifatSarangLebahYangEfektif

Pendekatanordepertamauntukmodulasikuatmodulussarang lebahbisadiperkirakanberdasarkanpadatanModulusbahandinding sel,Es,dengan menggunakan hukum campuran.Relasiinidapat

(43)

dinyatakandalam bentukrasiopadat,SR,yangditemukansebagai daerah bahanpadat,As,dilapisioleh perimeter selsatuandibagi denganluasrata-rata,Am,tertutupoleh sel.Untuksebuah Sarang lebah berbentuk heksagonalbiasa dengan dinding selyang sama Ketebalan, luas bahan padat, As, dan daerah rata-rata Am, Dinyatakandalampersamaanberikut:

(2.1)

(2.2)

Untukheksagonalbiasadengandindingyangsama,rasiopadat,SR, bisakemudiandinyatakansebagairasioAstoAm dalam halrasiotw/ a.

(2.3)

Modulusefektifsarang lebah bisa diekspresikan hukum campuran dalamhalrasiopadatdanmodulusbahanpadatseperti:

(2.4) Untukkasusheksagonbiasadengandindingketebalanyangsamatipis dimana istilah kedua diPers.(4) dapatterbengkalai.Ekspresi DilaporkanolehFanetal.untukkasusinimakahasilnyadimana:

(44)

kasusstrukturheksbiasadengansepertigadindingsamadengan2t daerahpadatmenjadi:

(2.6)

Rasiopadatmenjadi:

(2.7)

Jika bentukhexagonalsedemikian rupa sehingga dua darienam dinding tebaldua kalidan dindingnya tipisdibandingkan dengan ukuranselmakaPersamaan.(8)hasildimana:

(2.8)

(VincentCaccese,dkk2013)

2.8 ModelEkivalensiBerdasarkanGeometrikNonlinier

Gambar.2.9menunjukkanselsatuan(disebelahkanan)sarang lebahheksagonal(Dikiri).Parameterselsatuanadalahpanjangl, tinggih,gambar.2.8Balokkantileveryangfleksibeldikenakangaya non-berikutF.gambar.2.9Sebuahskematisyangmenggambarkan heksagonalhoneycombdanselsatuannya.

(45)

Gambar2.8:BalokKantileverYangFleksibelMengalamiGayaYang TidakMengikuti(F)

Gambar2.9:SebuahScematicYangMenggambarkanSarangLebah HeksagonalDanSelSatuannya

Sudutsarang lebah θ,ketebalan dinding selt,dan kedalaman b. Sementara pada tegangan pesawat diterapkan pada struktur heksagonalhoneycomb,Rute utama deformasidinding seladalah lentur dan besar deformasi. Dengan demikian, dinding sel diperlakukansebagaibalokyangfleksibelmodelmikromekanisyang digunakan untuk analisiskesetaraan Dua dimensisiku heksagonal fleksibel.

Parameterselsatuansaranglebahaluminium(dariGambar2.9). Nilaiparameter Panjang(l) 4,619mm Tinggi(h) 4,619mm Suduthoneycomb(θ) 30◦ Tebal(t) 0,25mm Kedalaman(b) 1,0mm

Akumulasiolehkarenaitu,perubahansifatmekanikyangefektif denganlangkahwaktuyangprogresif.Daietal.menentukanbahwa

(46)

metode untuk mendapatkan sifatmekanik efektifberdasarkan teori lapanganrata-rataadalah hanyaberlakubilaukuranmakrostruktur sangat besar dibandingkan dengan heterogenitas material yang dicirikanolehselukuran.Bilafaktorskalalebihbesardari5,Young efektif Modulus mendekati hasil yang diperoleh dari metode homogeniza(HM)danmetodemeso-mekanikaGibson-Ashby.(G-A MMM).Olehkarenaitu,kamimenggunakanarraysaranglebah4×7 sebagaiSampelkomputasional,yang mencakup 7unitseldiarah horizon(tal)X dan4 unitselpadaarah vertikal(Y).IniStruktur saranglebah hampirpersegi,danmemastikanbahwakasusdistorsi darisaranglebahfleksibeldihindaridalam kondisidaridefleksibesar. Hambatanperpindahanyangditentukansecararespektifditerapkandi sepanjang kedua sisi.Hubungan rata-rata Regangan dan tegangan struktur keseluruhan sarang lebah diperoleh Setelah melakukan analisisnumerikonlinniersecarageometris.(QiuKepeng,2016)

2.9 Deformasi

Plastisitas adalah sifatyang dimilikioleh suatau material, yaituketika beban yang diberikan suatu beban bentuk kemudian dihilangkanlalubendatidakbiaskembalisepenuhnyabentuksemula.

Peningkatanpembebananyangmelebihikekuatanluluh(yeild strength)

yangdimilikiplatmenggakibatkan aliran deformasipermanen yang disebutplastisitas.Menurutmondelson(1983),besarnyadeformasiyang

(47)

telahdialamiolehsuatumaterialdinyatakandenganperubahanluas areapenampang,dandinyatakanderajadreduksi,untukmenghitung derajatreduksitersebutdinyatakandalampersamaan(2-8)berikut:

(2.9) Deformasiakan terjadibila materialbahan mengalamigaya, selamadeformasimenterapenergi,sebagaiakibatadanyagayayang bekerja sepanjang deformasi.Sekecilapa pun gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Perubahanbentuksecarafisikinidisebutdefofmasi,deformasiterbagi dua macam yaitu deformasielastic dan deformasiplastis.Yang dimaksud dengan deformasielasticadalah deformasiyang terjadi akibatadanyabebanyangadabebanyangditiadakan,makamaterial akankembalikeukuransemula.Sedangkandeformasiplastisadalah deformasiplastisadalahdeformasiyangsifatnyapermanenapabila bebandilepas.

Penambahan beban pada bahan yang telah mengalami kekuatantertinggitidakdapatdilakukan,karnapadakondisiinibahan yang telah mengalamideformasitotal.Jika beban tetap diberikan makareganganakanberubahdimanamatrialseakanmenguatyang disebutdengan penguatan regangan (strain hardening) ada pun peramaan2-9,dan2-10,reganganteganganssebgaiberikut:

(2-10)

(48)

(2-11)

2.9.1Tegangan(stress)

Teganganadalahtahananmaterialmaterialterhadapgayaatau beban,tegangandiukurdalam bentukgayaperluas.Tegangannormal berupakan tarikan atau tekanan. Satuan aluminium (A1) untuk tegangannormaladalahNewtonpermeterkuadrat(N/m2)ataupascal (Pa).tegangan dihasilkan darigaya sseperti:tarikan,tekanan atau geseranyangmenarik,mendorong,melintir,memotongataumerubah bentuk potongan bahan dengan berbagaicara.Cara lain untuk mendefenisikan tegangan adalah dengan menyartakan bahwa teganaganadaalahjumlahgayadibagiluaspermukandimanagaya tersebutbereaksi.

Tegangannormaldiangappositifjikamenimbulkansuatutarikan (tensile) dan diangap negatif jika menimbulkan penekanan (compression)denganpersamman(2-11)berikut:

(2-12)

2.9.2 Regangan(Stain)

Regangan didefinisikan sebagain perubahan ukuran bentuk materialdaripanjangawalsebagianhasildarigayayangmenarikatau menekanmaterial.Apabilasuatusepesimenstrukturmaterial.apabila suatusepesimenstrukturmaterialdiikatpadajepitanmesinpenguji danbebansertapenambahanpanjangspesifikasidiamatiserempak,

(49)

makadapatdigambarkanpengamatangrafikdimanadimanakordinat menyatakan beban dan absis menyatakan pertambahan panjang. Batasamn sifatelastisperbandingan regangan dan tegangan akan linierakanberakhirpadasampaititikmulur.Hubungantegangandan regangantidaklagilinierpadasaatmaterialmencapaipadabatasan fasesifatplastis.MenurutMarcinakdkk.(2002)regangandibedakan menjadidua yaitu:engerring straindantrue strain.Eginerringdi bedakanmenjadiduayaitu:egineringstraindantrunstain.Eginerring strainadalah reganganygdihitungmenurutdimensibendaaslinya (panjangawal).Sehinggauntukmengetahuibesarnyareganganyang terjadiadalah denganmembagiperpanjangdenganpanjangsemula saepertipersamaan(2-15)dibawahini.

(2-13)

Hokumhookemenyangkutaspekproporsionalitasantaragaya danperpindahan,tegangandanregangangayaluardangayadalam. Hokumhookemerupakanhokum yangsangatpentingsangatsentral dalam kaitan gaya dan perpindahan.Tekanan itu kemudian di hubungkan dengan regangan sesuihokum hookeyang berbunyi: moduluselastisadalahrasiotekanandanregangan.Dengandemikian jikamoduluselastisaedalahsebuahpermukaanbendadanregangan telahdiketahui,makatekananbiasditentukandenganpersamman( 2-14)dibawahini:

(50)

2.9.3 pengujiantekanstatik

Pengujian ini dilakukan dengan munumpu batang dengan tumpuansederhanadankemudianmembebanibatangtersebutdengan transfersalpadabagiantengahny.Bilamaterialnyaulet,kegagalan merupakanpatahan.Pengujianiniseringdisebutpengujiandengan metode3poinbending.adapunpersamanrumusuntukmetode3point bendingdapatdapatdilihatsebagaipersamaan(2-15)

(2-15)

2.10 FEM (FiniteElementsMethod)

FEM adalah singkatan dari Finite ElementMethod,dalam bahasa Indonesia disebut Metode Elemen Hingga.Konsep paling dasar FEM adalah,menyelesaikan suatu problem dengan cara membagiobyekanalisamenjadibagian-bagiankecilyangterhingga. Bagian-bagiankecilinikemudiandianalisadanhasilnyadigabungkan kembaliuntukmendapatkanpenyelesaianuntukkeseluruhandaerah. Kata “finite atau terhingga” digunakan untuk menekankan bahwa bagian-bagiankeciltersebuttidaktakterhingga,sepertiyanglazim digunakanpadametodeintegralanalitik.

Membagi bagian analisa menjadi bagian-bagian kecil disebut “discretizing ataudiskritisasi”.Bagian-bagiankecilinidisebutelemen, yangterdiridarititik-titiksudut(disebut nodal,atau node)dandaerah elemenyangterbentukdarititik-titiktersebut.Membagisebuahobject

(51)

menjadibagian-bagiankecilsecarafisikasebenarnyamenuntunkita kepadapembuatanpersamaandiferensial.Jadisecaralebihmatematis, FEM didefinisikan sebagaiteknik numerik untuk menyelesaikan problem yang dinyatakan dalam persamaan diferensial. Namun biasanya definisiFEM secara matematismemberikan kesan yang rumityangsebenarnyatidakperlu.Olehkarenaitudalam pelajaran kita,pendekatanmatematistidakterlaluditekankan.

Meskidemikian,mengingatpentingnya,ilustrasipersamaan antara FEM dandiferensial-integral(kalkulus)akankitabahassecaradetail padakesempatanberikutnya.

Secaraumumlangkah-langkahdalamFEM

Melakukan modelisasisederhana yang berlaku untuk setiap elemen.Misalnya dimodelkan sebagaipegas,dimana pegas ini sifatnya sederhana, yaitu tegangan berbanding lurus dengan perubahanbentuknya.

Membuatformula sederhana untuk setiap elementtersebut. Misalnya untuk pegas berlaku hukum f= k.x.Dimana k adalah konstanta pegas,dan x adalah pertambahan panjang pegas.Pada langkah ini kita akan memperoleh sebuah persamaan yang disebut “elementstiffnessmatrix” ataumatrikskekakuanelement.

(52)

Gambar2.10:Matrix

Mengkombinasikan seluruh elemen dan membuatpersamaan simultan yang mencakup semua variabel. Untuk elemen yang dimodelkan dengan pegas, mencakup f, k, dan x dari semua elemen.Biasanya pada langkah inikita akan memperoleh sebuah persamaan yang disebut “global stiffness matrix” atau matriks kekakuanglobal.(YongyaoLuo,ZhengweiWang,GuodongChen, ZujianLin.(2009)

Langkah-langkah diatassecarasingkatdigambarkanpadailustrasi berikut.

(53)

(54)

BAB 3

METODOLOGIPENELITIAN

3.1 TempatDanWaktu 3.1.1 Tempat

Adapun tempatdilakukannya studianalisisnumericsarang lebah menggunakan software catia V5R19 dengan menganalisa menggunakansoftwareansys15.0 dilakukandilaboratorium Teknik MesinUniversitasMuhammadiyahSumateraUtara.

3.1.2 Waktu

Pengerjaandanpenyusunantugassarjanainidilaksanakan16Mei 2017dandinyatakanselesaiolehdosenpembimbingpadatanggal

Tabel3.1:TimelineKegiatan

No Kegiatan Mei Ju n Jul Ags Se p Okt No v

Des Jan Feb Mar Apr

1 StudiLiteratur 2 Menentukan 3

DesainHoneycomb 3 Menggambar

Spesimen 4 Mensimulasi

Honeycomb 5 Menampilkan Gambar 6 Menentukan Pengujian Yang AkanDiUji 7 PengujianAnsys

(55)

3.2. AlatPenelitian

Adapunalatyangdigunakandalamstudinumerikiniadalah: 3.2.1 WorkStation

Spesifikasiworkstationyangdigunakandalam studinumerik iniadalahsebagaiberikut:

SpesifikasiWorkStation:

1. Processor :[email protected] 2.RAM :8GB

3.Operationsystem : Product ID ( Windows 7 Professional64bit)

4.Display :NVIDIA QuardoK620 5.Hardisk :1TB

6.DVD ROM :LENOVO

7.Monitor :LENOVO L1 2054,19.5 INCH Resolusi 1440x900

8.Keyboard :LENOVO 9.Mouse :LENOVO

8 Penyelesaian Skripsi

(56)

3.2.2 SoftwareCatia

Softwarecatiayangsudahterinstalpadaworkstationadalah CatiaV5R1964bityangdidalamnyaterdapatsketchgambar3D. Denganpersyaratansystempadakomputeradalahsebagaiberikut:

1. Processor :[email protected]

2.RAM :8GB

3.DiskSpace :5GB ormore 3.2.3 SoftwareAnsys

Softwareansysyangsudahterinstalpadaworkstationadalah Ansys2015yangdidalamnyaterdapatmechanicalAPDL 2015dan Workbench2015.Denganpersyaratansystempadakomputeradalah sebagaiberikut:

1.Processor :[email protected]

2.RAM :8GB

(57)

3.3 DiagramAlir

No Perumusan

masalah

Desainspesimendengan softwareCatia

GambarSpesimenSarang Lebah

Mulai

SarangLebah

4mmGeometri 6mmGeometSarangLebahri SarangLebah

2mmGeometri1

PengujianSudut

Sudut Sudut Sudut

Simulasikan konsenrasi tegangan

(58)

Yes

./

Gambar3.1:DiagramAlirPenelitian 3.4 KeteranganDiagramAlirPenelitian

Diagram alirpercobaan penelitian adalah untuk melakukan sebuahlangkah-langkahpenelitiandandapatdilihatdibawahini; 1. Dimulaidenganmempersiapkanbahandanalatpenelitian. 2.Selanjutnya mulaimenggambarsepesimen mengunakancatia

V5R19.

3.Pembuatan gambar benda uji berbentuk sarang lebah (Hexagonal)denganketebalan17.20 mm dandiamer2mm,4 mmdan6mm.

4.Pengujianpadasudutimpakyaituada3sudutyangdigunakan 450_,600_,dan900

5.Mensimulasikankonsenterasitegangankeansysworkbench. 6.Melakukan pengujian terhadap pembebanan 100 N.yaitu

denganspesimenyangberbentuksaranglebahdiameter2mm,4 kesimpulan

Selesai Equivalent

Stress Statik

Structural DynamiExplicicst Total

(59)

mmdan6mm.

7.Pengujianstaticstructuralpemberianbebanforce100N.dandi tahandenganfixedsupportmenentukantegangandengantotal deformation,danequivalenstress.

8.Pengujianexplicitdynamicsstructuralpemberianbebanvelocity 100 N.danditahandenganfixedsupport,menentukantegang dengantotaldefomation,equivalenstress.

9.Menganalisahasilsimulasiyangtelahdiuji. 10.Kesimpulandansaran.

11.Selesai.

3.5 StudiKasus

Table3.2StudiKasussaranglebah2mm,4mm,dan6mm Simulasi Kasuspada

saranglebah

Geometri Sudutimpak

Setatik Kasus1 2mm 45 0 600 900 Kasus2 4mm 45 0 600 900 Kasus3 6mm 45 0 600 900 Kasus4 2mm 45 0 600 900

(60)

Expilicit Kasus5 4mm 45 0 600 900 Kasus6 6mm 45 0 600 900 3.6 VariasiSarangLebah Tabel3.3:PerbedaanSaragLebah2mm,4mm,6mm. Sarang Lebah Panjan g(L) Lebar (b) Kedalaman Hexagon (hc)(mm) Ketebala nkulit Ketebala nSarang Lebah 2mm 220mm 55mm 17.20mm 0.4mm 18mm 4mm 220mm 55mm 17.20mm 0.4mm 18mm 6mm 220mm 55mm 17.20mm 0.4mm 18mm

3.7 TahapMenggambarSpesimenPolygonSarangLebah 3.7.1 TahapMenggambarPolygonSarangLebah

1. Langkahpertamabukasoftwarecatiakemudianpilihfi le-new-part

2.KemudianpilihsumbuYZplane-kliksketchkemudianpilih hexagonklikdititik0sumbu

3.Buathexagondengan ukuran yangtelah ditetap kan untuk menjadipolygonSarangLebah

(61)

5.Lalutranslatemenjadipolygon-polygon

6.Lalukemudianlinedimikrokansetelahitugaris-garisyang tidakdiperlukandihapusdenganklikQuictrim

7.Setelahitusaranglebahdibuat3D denganklikexitworkbench -lalupaddefinitiuonsebagaiketebalansaranglebah

3.7.2 TahapPemotonganSarangLebah 1. KliksketchlaluklikYZ

2.Klikrectanglebrikanukuranyangtelahditetapkan 3.Klikrectanglediluarsarangleah

4.Kemudian klikexitworkbench–lalu pilihpoketdefinition sebagaipemotonganpadasaranglebah

3.7.3 TahapMenggambarPlatSarangLebah 1. Langkahpertamapilihfile–new-part

2.PilihsumbuYZ-klikskecth,kemudianpilihrictanngleklikdi sembaranglayar

3.Lalubuatpersegipanjang,kemudianberiukuranygtelahdi tetapkan

4.Laludi3D danklikexitworkbench,pilihpaddefinitionlaluberi ukuran ketebalan.

5.Kemudiansavepart,lalubuatkembaliukuranyangsama. 3.7.4 TahapAssemblyPart

1.Langkahpertamaklikfile-new-part

(62)

component

3.Lalupilihproduct,makamunculpartyangdisavetadi,pilihpart saranglebahdanpartplatpenutupsaranglebah.

4.Kemudiangabungkanplatdenagansarangleah,dengancara kliktitikyangingindiassemblylalupilih–concidenci,kemudian plihtitikpadasaranglebah.

5.KemudiantekanCtri+U untukmenyatukanplatdengansarang lebah

6.Setelahmenyatuh,buatkembalidengancarayangsamauntuk menyatuhkanplatyanglainpadasaranglebah.

3.8 Tahapan MengunakanstaticstrukturalAnsysPada Sarang Lebah

3.8.1 TampilanAwalPadaStaticStructuralAnsysWorkbench15 Padatampilaninipilihstaticstructural-klikkanangeometry -importgeometry-fileigs-klikmodel

Gambar3.1:TampilanAwalAnsysWorkbench15 3.8.2 MenentukanAnalisysSystem

(63)

yangdigunakandalam analisaadalahstaticStruktural.Makalangkah selanjudnyaadalahcdenganmengkilikStaticSreukturalpadatoolbox.

Gambar3.2:JendelaKerjaStaticStruktural 3.8.3 EngineeringData

EngineeringDataadalah fiturygbertujuanuntukmenentukan jenismaterial

Yangdigunakanpadaobjekyangakandianalisa.Jenismaterialyang digunakanpadahoneycombadalahAlliminium.

Langkah yang dilaku kan pada tahap iniadalah dengan mengklikduakalipadaEngineeringdata alluminium Retrunto project.Makaakanmunculoutline

Material Structural

(64)

Gambar3.3:OutlineOfGeneralMaterials

Gambar3.4:PropertisMaterial 3.8.4 MenentukanGeometry

Fitur Geometry adalah fasilitas yang diberikan Ansys Workbenchyangbertujuanuntukmendesignsebuahmodelyangakan dianalisa. Dalam model ini kasus design dengan mengunakan perangkatlunakcatiaV5R19.Yangdigunakanuntukmenampilkan hasailpemodelanadalah;

MengklikkananpadaGeometryImportGeomertyBrowsPilih GeometryyangsudahdidesignmengunakancatiaV5R19.

(65)

Gambar3.5:MilihGeometry

Setelah memilih mengimportgeometrymaka padageometryakan muncultandaceklis(√).

Gambar3.6:GeometrySelesaiDiimport 3.8.5 TahapMenampilkanSpesimenKeModel

Menampilkan specimen ke model,proses memasukianalis saranglebahmodel–mesh–sizing–body/element-generatemesh.

(66)

Gambar3.7:model 3.8.6 TahapMeshingStaticSetutural

Meshingmerupakan bagian intregraldarisimulasirekayasa dibantu proses komputer.Meshing mempengaruhi akurasi, dan kecepatan konvergensidarisolusi.PemberianMeshingpada benda kerjadilakukandengancara:

KlikMesh pilihelemen size lalu beriukuranmeshGenerate Meshing

1. GambarPadaMesingStaticStruktural Nodes:114513,Elements:17328

(67)

Gambar3.8:MeshingAnsysStaticStrutural

2.Gambarpadameshingexplicitdynamics Nodes:32482,Elements:17169

Gambar3.9:MeshingAnsysExplicitDynamics

3.8.7 TahapForseDanFixedSupportSarangLebah2mm Ansys StaticStrutural

Forcemerupakantempatletakbebandiansys,yangmanaforce dapatdiletakkandibagiantengahpadaspesimenpadasaranglebah. Forcepadasaranglebah2mmadalah100N,sanglebah4mmadalah 100 N,dansaranglebah6mm adalah100 N.Tahapforceadalah dengancara:klikstatikstrukturalklikkanan-pilihforce-kemudian pilihcomponent.TahapmemulaifixedsupportklikStati cStruktural-klikkanan-pilihfixedsupport.

(68)

Gambar3.10:ForceDanFixedSupportPadasaranglebah 2. TahapVelocityDanFixed SupportSarang LebahAnsys

ExplicitDynamics

Gambar3.11:VelocityDanFixedSupportPadaSaangLebah 3.8.8 PemberianPengujianYangSudahDitentukan

klik kana pada solution  pilih insert pilih directional deformation ontetation Z Axis klikkanankembalisolution insert pilihstress equivalen(von mises)setelahselesaiklik solve.

3.9 TahapanMengunakanexpelicitdynamicsAnsysPadaSarang Lebah

(69)

3.9.1 TahapAwalPadaExplicitDynamicsAnsysWockbench15 Padatampilaninipilihexplicitdynamics klikkanan pilih geometryimportgeometryfileigsklikpadamodel

1. MenentukanAnalisisSystem

Sepertiyangsudahdijelaskanpadabatasanmasalahsimulasi yang digunakan dalam analisa adalah explicitdynamicsmaka selanjudnyadenganmengeklikexplicitdynamicspadatoolboox.

2.EngineeringData

Engineeringdataadalahfituryangbertujuanuntukmenentukan jenismaterial.Yangdigunakanpadaobjekyangakandianalisajenis materialyang digunakan pada sarang lebah adalah alluminium. langkahyangdilakukanpadaTahapiniadalah:

Explicitdynamicsretrantoprojectmakaakanmunculoutline 3.MenentukanGeometry

Fiturgeometryadalahfasilitasyangdiberikanansyswockbench yangbertujuanuntukmendesignsebuahmodelyangakandianalisa. Dalam modelinikhususdesigndenganmengunakanperangkatlunak catiaV5R19.Yangdigunakan untukmenampilkan hasilpemodelan adalah:

Klikkananpadageometry importgeometry brousepilih geometryyangsudahdidesingmengunakancatiaV15R19.

Setelahmemilihmengimportmakapadageometryakanmuncultanada (√).

(70)

4.LangkahMemasukanBahanPadaGeometry

Klikgeometrypart1 klikassignmentklikkanapada structuralsteeldangantidenganalluminium/materialyangdi gunakanmakaselanjudnyajugapadapart2,part3,danpart4. 5.Langkahmembuatcontakpadagambar

Klikconneetions lalu klikcontactsklik kanan pilih renamebosedondefinition.

6.CaraMeshingExplicitDynamics

Meshingmerupakanmerupakanbagianintergraldarisimulasi rekayasa dibantuproseslomputer.Meshingmempengaruhiakurasi, dankecepatankonvergensidarisolusi,pemberianmeshingpadabenda kerjadilakukandengancara:

Klikmesh pilihelementsize laluberiukuran100 pada meshgeneratemeshing.

7.PemberianBebanPadaSarangLebah

Klikkananpadainitialconditions pilihinsert klikvelocity klikpadamatapenumpu geometry klikapply klikbefireby klikvectorpilihcomponentsklikZcomponents100m/s

8.PemberianPenahanPadaSarangLebah

Klikexplicitdynamics pilihinsert pilihfixedsupportklik ctrlklikpadaplatpenahanpadasaranglebahkeempatnyalalu klikpadageometrypilihapply.

(71)

Klikanalysissetting klikandtime0.0005klikkananpada solution(A6) klikinserttotalpilihdirectionaldeformation pilih orientationZAxisklikkananpadasolution(A6)insertpilihstress klikequivalen(Von-mises)setelahdiprogrammakapilihsolve.

BAB 4

HASILDAN PEMBAHASAN

4.1 HasilGambarSarangLebah

4.1.1 HasilGambarCaseSarangLebahSesuaiGeometri

(72)

Gambar4.2:HasilGambarSarangLebah4mm.

Gambar4.3:HasilGambarSarangLebah6mm. 4.1.2KonsepUjiStaticSarangLebah

Konsep ujistatic untuk mencari titik max tegangan,dan mendapatkan gambaran tentangsifat–sifatdan keadan darisuatu aluminium dengangayadiberikanpadasaranglebahsebesar100N, danmendapatkankelendutanpadasarangleabah.

(73)

1. HasilContohGamarPengujianPadaStaticStruktural

Gambar4.5:HasilContohPengujianStaticStruktural 2. HasilContohGambahpengujianPadaExplcitDynamics

(74)

Gambar4.6:HasilContohPengujianExplicitDynamics

4.2 HasilPembahasanSimulasiStatic

4.2.1 HasilPembahasanTotalDeformationDenganSudut450 1.GeometriSarangLebah2mm

Padasaranglebah2mm,4mm,dan6mm memilikipanjang saranglebah220mm denganlebar55mm,kedalamanhexagon17,20 mm,ketebalanplat(kulit)0,4mm,dantebalsaranlebahnya18mm.

Bahwahasiltotaldeformationpadasaranglebah2mm yaitu lendutan maximumnya terletak pada sarang lebah dengan simulasi pembebanan100N.akibattotaldeformationdarihasilgambar4.7di halamanselanjudnyadapatdihasilkanlendutan maksimumnya1,0651 mm.

(75)

Gambar4.7:HasilSimulasiTotalDeformationSarangLebah2mm 2.GeometriSarangLebah4mm

Bahwahasilsimulasitotaldeformationpadasaranglebah4mm yaitulendutanmaxsimumnyaterletakdibagianplat(kulit)saranglebah yangmemperlihatkansaranglebah4mmdengansimulasipembebanan 100 N.akibattotaldeformationdarihasilgambar4.8dibawahini dapatdihasilkanlendutanmaksimum1,7493mm.

Gambar4.8:HasilSimulasiTotalDeformationSarangLebah4mm 3.GeometriSarangLebah6mm

(76)

yaitulendutanmaximumnyaterletakpadaplatyangmemperlihatkan saranglebah

6mm dengansimulasipembebanan100 N.akibattotaldeformation darihasilgambar4.9dibawahinidapatdihasilkanlendutanmaximum 2,2777mm.

Gambar4.9:HasilSimulasiTotalDeformationSarangLebah6mm. 4.2.2 HasilGrafikDariSimulasiTotalDeformationPadaSarang

Lebah2mm, 4mm,Dan6mm

(77)

Gambar4.10:GrafikSimulasiTotalDeformation

Dengan pembebanan totaldeformationsarang lebah dengan pembebanandaya100N adalah:

Padasaranglebah2mm,4mm,dan6mm padalenduantitik maxpengujiantekanmengalamiperubahanbentuksaanglebah,pada Sranglebah

2mm,memilikilndutanmaximum 1,0651mm,padasaranglebah4mm, mengalamikenaikan,memilikilendutanmximum 1,7493mm,danpada saranglebah6mm mengalamikenaikanmemilikilenduanmaximum 2,2777mm. Dandijelaskandalam gerafik titiklendutanyangpaling rendah terletak pada sarang lebah 2 mm dikarenakan diameter hexagon2mm.lebihkecildanjumlahhexagonyangpalingbanyakdi bandingyanglainsehinggalebihrapatdanlebihkuat.

4.2.3 HasilPembahasanEquivalenStressStaticStruktural 1.GeometriSarangLebah2mm

Padasaranlebah2mm,4mm,dan6mm memilikipanjang220 mm,lebar55mm dankedalamanhexagon17,20 mm ,ketebalanplat (kulit)0,4mmdanketebalansaranglebah18mm.

Bahwahasilsimulasiequivalentstresspadasaranglebah2mm yaitu tegangan maximumnya terletak dibawah kulithexagon pada saranglebahdengansimulasipembebanan100 N.akibatequivalent stressdarihasilgambar4.11dihalamanselajudnyadapatdihasilkan teganganmaksimum2,612MPa.

(78)

Gambar4.11:HasilSimulasiEquivqlentStressSarangLebah2mm.

2.GeometriSarangLebah4mm

Bahwahasilsimulasipadasaanglebah4mm yaitutegangan makimumnyaterlatakdibagianatasplatpadasaranglebah yang memperlihatkansaranglebah4mmdengansimulasipembebanan100 N.akibatequivalenstressdarihasilgambar4.12dibawahinidapat dihasilkanteganganmaxsimum2,9081MPa.

Gambar4.12:HasilSimulasiEquivalentStressSarangLebah4mm. 3.GeometriSarangLebah6mm

(79)

maxsimum terletakdibagianatasplatyangmemperlihatkansarang lebah 6mm dengansimulasipembebanan100 N.akibatequivalen stressdanhasilgambar4.13dibawahinidapatdihasilkantegangan maksimum2,8928MPa.

Gambar4.13:HasilSimulasiEquivalentStressSarangLebah6mm 4.2.4 HasilGerafikDariSimulasiEquivalentStressPadaSarang Lebah2mm,

4mm,Dan6mm

Gambar4.14:GrafikSimulasiEquivaenStress

(80)

dayapadasaranglebah100N.

Pada saranglebah 2mm,4 mm,dan 6mm pada titik max pengujianstaticmengalamiperubahanbentukpadasaranglebah2mm memilikiteganganmaximum 2,612MPa,Padasaranglebah4mm, memilikiteganganmaximum 2,9081MPa,padasaranglebah6mm, memilikiteganganmaximum2,8928MPa.

Dandijelaskandalam gerafiktitikteganganyangpalingrendah terletakpadasaranglebah2mmdikarenakandiameterhexagon2mm. lebihkecildanjumlahhexagonyangpalingbanyakdibandingyang laindanmenjadilebihkuat.

4.2.5 HasilPembahasanTotalDeformationDenganSudut600 1.GeometriSaranLebah2mm

Padasaranglebah2mm,4mm,dan6mm memilikipanjang saranglebah220mm denganlebar55mm,kedalamanhexagon17,20 mm,ketebalanplatluar0,4mm,dantebalsaranglebah18mm.

Bahwahasilsimulasitotaldeformationpadasaranglebah2mm, yaitulendutanmaximumnyaterletakdihexagonsaranglebahdengan simulasipembebanan 100 N.akibattotaldeformation darihasil gambar4.15dibawahinidapatdihasilkanlendutanmaksimumnya1,1868 mm.

(81)

Gambar4.15HasilSimulasiTotalDeformationSarangLebah2mm 2.GeometriSarangLebah4mm

Bahwahasilsimulasitotaldeformationpadasaranglebah4mm yaitulendutan maximumnyaterletakdibagianplatsaanlebahyang memperlihatkansaranglebah4mm,dengansimulasipembebanan100 N.akibattotaldeformationdarihasilgambar4.16dibawahinidapatdi hasilkanlendutanmaksimum1,9015mm.

Gambar4.16:HasilSimulasiTotalDeformationsaranglebah4mm. 3.GeometriSarangLebah6mm

Bahwahasilsimulasitotaldeformationpadasaranglebah6mm yaitulendutanmaximumnyaterletakplatyangmemperlihatkansarang