SIMULASI DEFORMASI DANTEGANGAN SAYAP PESAWAT
TANPA AWAK BERBAHAN KOMPOSIT SERAT ROCK WOOL DAN
POLYESTER DENGAN SOFTWARE ANSYS 14.0
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RAHMAD HIDAYAT
090401010
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Pengecoran logam, yaitu “SIMULASI DEFORMASI DAN TEGANGAN SAYAP PESAWAT TANPA AWAK BERBAHAN KOMPOSIT SERAT ROCK WOOL DAN POLYESTER
DENGAN SOFTWARE ANSYS 14.0”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Almarhum Hasan Basri dan Ibunda Asmaniar, kakak-kakak tersayang (Suhermanto, Suherdi, Nora Delvi, dan Asrianto) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.
5. Teman satu tim (Juliono Susanto, Fauzi Kharisma Putra, dan T. Muhammad Rinaldi Aulia) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, khususnya (Ramadhan Daulay, Tri Septian Marsah dan Harri Rusadi Dalimunte) yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.
7. Kakak-kakak dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai.
8. Anggun Dini Pertiwi, Lala Maulida, dan Retno Galuh Alfia yang selalu memberi dorongan dan semangat selama proses pengerjaan skripsi ini selesai.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
ABSTRAK
Komponen yang terdapat pada pesawat adalah sayap. Sayap sendiri merupakan bagian yang sangat penting dalam sebuah komponen pesawat terbang. Sayap juga terdiri dari beberapa jenis dan bentuk. Dalam kasus ini sayap yang disambungkan pada badan pesawatyang dijadikan pusat tumpuan untuk melihat terjadinya deformasi dan tegangan pada sayap pada saat keadaaan statis. Sayap sendiri mempunyai fungsi sebagai penghambat laju angin dan memberikan gesekan pada sayap pesawat sehingga gaya laju angin pada pesawat terhambat. Sayap dimodel dengan menggunakan Solidwork dan disimulasi menggunakan software ANSYS 14.0 Workbench yang berbasis metode elemen hingga. Pada penelitian ini, didapat hasil tegangan yang lebih bagus dari hasil uji tarik sehingga sayap layak digunakan untuk terbang. Tegangan maksimum yang terjadi sebesar 14.248 MPa deformasi
maksimum yang terjadi sebesar 1.2287 mm.
ABSTRACT
One of the most important component in an aeroplane is wing. Wing has several
types and shapes. In this case, wing is connected at body’s plane which become
center of the plane to see the deformation and stress in wing at static condition. The
function of wing is to make disparity of pressure at top surface and bottom surface so
that the aeroplane can fly up. Wing is modeled with solidwork and simulated with
ANSYS v14.0 Software basically finite element method inside. At this research, the
emerge stress is better than tensile test result . base on this result, wing is reasonable
to used . Maximum stress is 14.248 MPa and maximum deformation is 1.2287 mm.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI ... xi
BAB 1PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Perumusan Masalah ... 2
Tujuan Penelitian ... 3
Tujuan Umum ... 3
Tujuan Khusus ... 3
Batasan Masalah ... 4
Manfaat Penelitian ... 4
BAB 2TINJAUAN PUSTAKA ... 6
Komposit ... 6
Klasifikasi Komposit ... 6
Kelebihan Bahan Komposit ... 7
Sayap ... 8
Jenis Sayap Pesawat Berdasarkan Penempatan Fulselage ... 11
Jenis Sayap Pesawat berdasarkan Jumlah Sayap ... 13
Jenis sayap pesawat terbang berdasarkan bentuk sayap ... 14
Struktur Sayap ... 15
Metode Elemen Hingga ... 16
Metode Hand Lay Up ... 17
Bilangan Reynolds (Reynolds Number) ... 19
Gaya Angkat dan Gaya Hambat ... 19
Azas Bernauli ... 21
Tegangan ... 23
Regangan ... 23
HukumNewton III ... 24
Hukum Newtom 1 ... 24
Hukum Newton 2 ... 25
Hukum Newton 3 ... 28
Aplikasi pada sayap pesawat ... 29
Karakteristik Airfoil ... 34
Bentuk-bentuk airfoil ... 36
2.1 Stabilitas Terbang ... 37
BAB 3METODOLOGI PENELITIAN ... 41
Pendahuluan ... 41
Waktu dan Tempat ... 41
Proses Pembuatan ... 42
Desain dan Pemodelan sayap ... 42
Proses Pembuatan Mal ... 42
Proses Pembuatan Cetakan ... 43
Proses Hand Lay Up ... 43
Proses Finishing ... 44
3.2 Material yang Dipilih untuk Sayap ... 44
Analisa Simulasi Numerik ... 46
Tampilan Pembuka Ansys 14.0 ... 46
Mendefinisikan Sistem Analisa ... 47
Mendefinisikan Material Properties ... 48
Tampilan Gambar Sayap ... 48
Proses Meshing ... 49
Proses Static Structural ... 50
Proses Solution ... 51
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 54
Analisa Kecepatan Pesawat ... 54
Analisa Gaya-Gaya yang Terjadi ... 55
Menghitung Nilai Trust ... 55
Menghitung Nilai Drag ... 58
Menghitung Nilai Lift ... 59
Menghitung Nilai Weight ... 60
Hasil Simulasi ... 61
Simulasi Hasil Distribusi Deformasi ... 61
Simulasi Hasil Equivalent Strain ... 62
Simulasi Hasil Equivalent Stress ... 63
BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
Kesimpulan ... 64
Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... xii
LAMPIRAN ... xiv
Gambar 2.1 Klasifikasi Material Teknik ... 6
Gambar 2.2 Sayap Pesawat ... 9
Gambar 2.3 Bagian Bagian Sayap dan Fungsinya ... 10
Gambar 2.4 Jenis Pesawat Bersayap Parasol ... 12
Gambar 2.5 Jenis Pesawat Bersayap Tinggi (High Wing) ... 12
Gambar 2.6 Jenis Pesawat Bersayap Tengah (Mid Wing) ... 12
Gambar 2.7 Jenis Pesawat Bersayap Bawah (Low Wing) ... 13
Gambar 2.8 Jenis Pesawat Bersayap Tunggal ... 13
Gambar 2.9 Jenis Pesawat Bersayap Dua ... 13
Gambar 2.10 Jenis Pesawat Bersayap Tiga... 14
Gambar 2.11 Bentuk Bentuk sayap ... 15
Gambar 2.12 Struktur Sayap ... 15
Gambar 2.13 Metode Hand Lay Up ... 18
Gambar 2.14 Gaya yang bekerja pada pesawat ... 20
Gambar 2.15. Penampang Pesawat 1 ... 29
Gambar 2.16 Penampang Sayap 2 ... 30
Gambar 2.17 Kemiringan sayap pesawat ... 30
Gambar 2.18 Sudut Serang ... 31
Gambar 2.19 NACA 2412 Airfoil Geometry ... 33
Gambar 2.20 Proses Terbentuknya Gaya Angkat ... 35
Gambar 2.21 Bentuk-bentuk Airfoil ... 37
Gambar 2.22 Stabilitas Statik ... 39
Gambar 3.1 Desain dan pemodelan sayap menggunakan software solidwork ... 42
Gambar 3.2 Proses pembuatan cetakan sayap... 43
Gambar 3.3 Proses finishing ... 44
Gambar 3.4 Tampilan awal Ansys 14.0 workbench ... 46
Gambar 3.5 Tampilan sistem analisa ... 47
Gambar 3.6 Tampilan Engineering Data ... 47
Gambar 3.7 Tampilan material properties... 48
Gambar 3.8 Tampilan pembuatan sayap dari Solidwork ... 49
Gambar 3.9 Tampilan gambar sayap hasil meshing ... 50
Gambar 3.10Tampilan gambar sayap hasil fixed support ... 50
Gambar 3.11 Tampilan sayap yang dikenai beban ... 51
Gambar 3.13 Tampilan proses solution ... 52
Gambar 3.14 Diagram alir penelitian ... 53
Gambar 4.1 Simulasi Hasil Distribusi Deformasi ... 61
Gambar 4.2 Hasil Simulasi Hasil Eqivalentu Strain ... 62
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Lokasi dan aktifitas penelitian ... 41
Tabel 3.2 Karakteristik material komposit rock wool dan polyester ... 45
DAFTAR NOTASI
m0 Massa flow rata-rata sebelum masuk per waktu kg/s
mt Massa flow rata-rata sebelum keluar per waktu kg/s
P1 Tekanan dari bawah pesawat Pa
Vt Kecepatan udara yang dihasilkan m/s ν Poisson Ratio
σ Tegangan Mpa
ε Regangan
