ANALISA KEGAGALAN SUPPORT LINK LEADING EDGE PADA SAYAP KIRI PESAWAT BOEING 747-400
TESIS
Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Gelar Magister Program Studi Teknik Mesin
Minat Utama Teknologi Material Pendukung Konstruksi Energi Terbarukan
Oleh
DIMAS MUHAMMAD NATSIR S951602003
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
2020
ii
commit to user
iv
commit to user
Dimas Muhammad Natsir (S951602003), 2020. Analisa Kegagalan Support Link Leading Edge pada Sayap Kiri pesawat Boeing 747-400. TESIS. Pembimbing I:
Dr. Triyono S.T., M.T. Pembimbing II: D. Danardono D.P.T., S.T., M.T., Ph.D Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
ABSTRAK
Perawatan pesawat memainkan peranan penting dalam mengontrol kualitas penerbangan serta faktor keamanan selama penerbangan. Sayap pesawat terbang menjadi komponen vital yang harus selalu diperhatikan. Kegagalan pada sayap pesawat akan memiliki dampak besar pada keamanan penerbangan sehingga harus diselidiki untuk menghindari kegagalan berikutnya. Dalam hal ini, support link leading edge pada sayap kiri pesawat Boeing 747-400 ditemukan gagal pada inspeksi D-check setelah digunakan dalam 56.000 jam terbang. Prosedur analisis kegagalan dilakukan dengan menginvestigasi jalur retakan melalui pengamatan skala makro dan fraktograf menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) yang dilengkapi dengan Energy-Dispersive Spectrometry (EDS). Finite Element Analysis (FEA) digunakan untuk menganalisa konsentrasi tegangan. Pengujian nilai kekerasan micro-vikers dan uji tarik dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik dari material AA7075-T6 dari support link leading edge. Dari hasil pengamatan makro dan SEM ditemukan striasi pada permukaan patah komponen support link dan inisiasi retakan yang berada pada diskontinuitas sudut. Hasil FEA menunjukkan konsentrasi tegangan terjadi di sudut bagian dalam komponen support link dikonfirmasi melalui hasil uji kekerasan. Dari seluruh pengamatan analisis kegagalan, dipastikan bahwa support link leading edge mengalami kegagalan fatik.
Kata kunci: Analisa kegagalan, support link, AA7075-T6, fraktografi, SEM, fatik, FEA
vi
Dimas Muhammad Natsir (S951602003), 2020. Failure Analysis of Support Link Leading Edge on The Left Wing of Boeing 747-400. THESIS. 1st Promotor: Dr.
Triyono S.T., M.T. 2nd Promotor: D. Danardono D.P.T., S.T., M.T., Ph.D.
Magister of Mechanical Engineering Program, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta.
ABSTRACT
Aircraft maintenance plays an important role in controlling the quality of flight as well as the safety factor during flight. Airplane wings become vital components that must always be considered. Failure on the aircraft wing will have a major impact on aviation security so it must be investigated to avoid subsequent failure. In this case, the support link leading edge on the left wing of the Boeing 747-400 aircraft was found failure during the D-check after it was used in 56,000 flight hours. The failure analysis procedure is carried out by investigating crack paths through macrograph and fractograph observations using Scanning Electron Microscopy (SEM) equipped with Energy-Dispersive Spectrometry (EDS), Finite Element Analysis (FEA) was used to analyze the stress concentrations. Micro-vikers hardness testing and tensile tests were carried out to determine the mechanical properties of AA7075-T6 material from the support link leading edge. From the results of macrograph and SEM observations, it was found striation on the fracture surface of the failed support link and crack initiation was found at angular discontinuity. The results of FEA indicated a stress concentration occurred at the inner corner of the support link leading edge component and confirmed through the results of the hardness test.
From the whole observation of the failure analysis, it was found that the support link leading edge was experienced fatigue failure.
Keywords: Failure analysis, support link, AA7075-T6, fractograph, SEM, fatigue, FEA
commit to user
KATA PENGANTAR
Puji syukur alhamdulillah penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul ―Analisa Kegagalan Support Link Leading Edge pada Sayap Kiri Pesawat Boeing 747-400‖.
Naskah tesis ini disusun untuk memenuhi persyaratan dalam memperoleh gelar Magister Teknik di Jurusan Teknik Mesin UNS. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih kepada semua pihak yang membantu dalam menyelesaikan naskah tesis ini, terutama pada:
1. Bapak Dr. Zainal Arifin, S.T., M.T selaku Kepala Program Studi S2 Teknik Mesin, Fakultas Teknik UNS atas dukungan motivasi yang diberikan.
2. Bapak Prof. Dr. Triyono, S.T., M.T. selaku Pembimbing I yang telah banyak membimbing dan mengarahkan dengan penuh kesabaran demi kelancaran Tesis ini.
3. Bapak D. Danardono D.P.T., S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing II dan pembimbing akademik atas semua bimbingan dan arahan yang diberikan.
4. Bapak Dr. Eko Surojo S.T., M.T. selaku Ketua Tim Penguji yang telah bersedia bertindak sebagai dewan penguji dalam sidang pendadaran penelitian Tesis ini.
5. Dosen-dosen Program Studi S2 Teknik Mesin UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis serta berperan dalam memberikan masukan dan saran.
6. Seluruh staf dan laboran Program Studi Teknik Mesin UNS.
7. Bapak dan Ibu serta keluarga di Tangerang yang senantiasa memberikan dukungan moril maupun materil serta mendoakan demi kelancaran Tesis ini.
8. Seluruh rekan-rekan S1, Magister (S2), dan Doktor (S3) Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik UNS yang selalu memberikan dukungan dan semangat selama penelitian Tesis ini berlangsung.
viii
Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik anda semuanya. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tesis ini masih terdapat banyak kekurangan.
Oleh karena itu, saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan tesis ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap tesis ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Januari 2020
Penulis
commit to user
DAFTAR ISI
PERNYATAAN ORISINILITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS ... iv
ABSTRAK ...v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR PUBLIKASI ...xv
BAB I. PENDAHULUAN ...1
A. Latar Belakang Masalah ...1
B. Kebaruan Penelitian ...2
C. Rumusan Masalah ...4
D. Tujuan Penelitian ...4
E. Manfaat Penelitian ...4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ...5
A. Landasan Teori ...5
1. Pesawat ...7
a. Support link leading edge ...7
b. Perawatan pesawat ...8
2. Analisa kegagalan ...9
a. Kegagalan patah (fracture) ...9
b. Kegagalan korosi (corrosion) ...9
c. Kegagalan keausan (wear)...10
d. Kegagalan distorsi (distortion) ...10
x
f. Prosedur analisa kegagalan ...11
g. Kegagalan lelah (fatigue)...16
h. Konsentrasi tegangan ...18
3. Aluminium ...19
a. Aluminium murni ...19
b. Aluminium paduan seri 7xxx (Aluminum zink alloy) ...19
c. Klasifikasi paduan aluminium tempaan...20
d. Sifat mekanis aluminium ...23
4. Dasar-dasar pengujian spesimen ...25
a. Pengujian komposisi kimia ...25
b. Pengamatan fraktografi...25
c. Pengujian Kekerasan ...26
d. Pengamatan SEM (Scanning Electron Microscope) dan EDS (Energy Dispersive Spectrometer)...27
e. Pengujian tarik ...27
f. Simulasi Pembebanan Metode Elemen Hingga ...29
B. Kerangka Berpikir ...30
C. Hipotesis ...32
BAB III. METODE PENELITIAN ...33
A. Tempat dan Waktu Penelitian ...33
B. Bahan dan Alat Penelitian...33
1. Bahan ...33
2. Peralatan penelitian ...34
a. Pengamatan makro ...34
b. Pengujian kekerasan ...35
c. Pengujian tarik ...36 commit to user
d. Pengamatan SEM dan EDS ...37
C. Tatalaksana Penelitian ...37
1. Persiapan spesimen ...37
2. Proses pengamatan dan pengujian ...40
D. Diagram Alir Penelitian...44
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...45
A. Hasil Penelitian...45
1. Kronologi dan pengamatan visual ...45
2. Perambatan retak ...47
3. Pengamatan SEM ...48
4. Pengujian EDS ...49
5. Pengujian kekerasan micro-vickers ...51
6. Pengujian tarik...52
7. Simulasi pembebanan metode elemen hingga...55
B. Pembahasan ...57
C. Nilai-nilai Keterbaruan ...58
D. Keterbatasan Penelitian ...58
BAB V. SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN ...59
A. Simpulan ...59
B. Implikasi ...59
C. Saran ...60
DAFTAR PUSTAKA ...61
LAMPIRAN ...64
commit to user
DAFTAR TABEL
xii
Tabel 2.1 Hal-hal yang diperlukan untuk investigasi kegagalan ...12
Tabel 2.2 Klasifikasi paduan aluminium tempaan ...20
Tabel 2.3 Perlakuan panas kode T pada aluminium ...21
Tabel 2.4 Sifat fisik dan mekanik aluminium paduan 7075-T6 ...24
Tabel 2.5 Komposisi kimia aluminium paduan 7075-T6 ...25
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema prosedur analisa kegagalan (Nishida, 1992a) ... 13
Gambar 2.2 Klasifikasi kegagalan berdasarkan penyebab kegagalan ... 16
Gambar 2.3 Tampilan beachmarks pada permukaan patah dari poros engkol mesin helikopter (Infante, et al., 2019) ... 17
Gambar 2.4 Fraktograf menggunakan Transmission Electron Microscope memperlihatkan striasi fatik pada aluminum. Pembesaran tidak diketahui. (Colangelo dan Heiser, 1987) ... 18
Gambar 2.5 Jejak yang dihasilkan oleh penekanan indentor micro-vickers pada benda uji kekerasan micro-vickers ... 26
Gambar 2.6 Kerangka berpikir penelitian ... 31
Gambar 3.1 Komponen support link leading edge pesawat Boeing 747-400 yang mengalami kegagalan: (a) bagian A, (b) bagian B ... 34
Gambar 3.2 Alat uji pengamatan makro ...34
Gambar 3.3 Alat uji kekerasan micro-vickers ...35
Gambar 3.4 Alat pengujian tarik Universal Testing Machine...36
Gambar 3.5 Alat uji SEM dan EDS merk JEOL, JSM-6510LA ...37
Gambar 3.6 Detail pemotongan spesimen pengamatan makro dan SEM-EDS ...38
Gambar 3.7 Detail pemotongan spesimen uji kekerasan micro-vickers ...38
Gambar 3.8 Dimensi spesimen uji tarik standar JIS Z 2201:1998 dengan tipe potongan Annex (normative) - special test piece no. 7 ...39
Gambar 3.9 Skema pengujian kekerasan, (a) Titik persebaran uji kekerasan micro-vickers, (b) Spesimen uji kekerasan micro-vickers ... 41
Gambar 3.10 Ukuran dan bentuk sampel uji tarik support link leading edge ...41
Gambar 3.11 Komponen support link digambar menggunakan SolidWorks 2016 ...43
Gambar 3.12 Diagram alir penelitian ...44
Gambar 4.1 Detail posisi komponen support link pada leading edge sayap kiri pesawat Boeing 747-400. ...45
xiv
Gambar 4.2 Detail kegagalan retak komponen support link: (a) support link yang mengalami kegagalan, (b) 2 bagian support link setelah pemisahan, (c) permukaan patah support link, (d) area pengamatan visual 46 Gambar 4.3 Awal retakan pada permukaan patahan support link leading edge (a) skala makro, (b) SEM pada area awal retakan, (c) detail perambatan retak ...47 Gambar 4.4 Striasi pada permukaan patah, (a) permukaan patah, (b), (c), (d)
striasi pada pembesaran 5.000x dan 5.500x ... 49 Gambar 4.5 Komposisi kimia dari support link leading edge: (a) permukaan
patah dari support link leading edge, (b) area EDS, (c) spektrum 1, (d) spektrum 2, (e) spektrum 3, (f) spektrum 4 ... 50 Gambar 4.6 Hasil uji kekerasan micro-vickers pada beberapa titik persebaran ...51 Gambar 4.7 Pengujian tarik pada material support link leading edge: (a)
spesimen setelah uji tarik, (b) permukaan patah hasil uji tarik ... 53 Gambar 4.8 Kurva tegangan regangan hasil uji tarik material AA7075-T6 dari
komponen support link leading edge ...54 Gambar 4.9 Skema pembebanan support link leading edge Boeing 747-400 ...55 Gambar 4.10 (a) Simulasi pembebanan pada support link leading edge, (b) titik
dengan konsentrasi tegangan tertinggi, (c) retakan pada support link leading edge ... 56
commit to user
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
DAFTAR PUBLIKASI
Natsir, D. M., Triyono, and Danardono. 2019. Failure Analysis of Support Link Leading Edge AA7075-T6. AIP Conference Proceedings 2097 030060 (April): 0–8.
