BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pesawat Tanpa Awak (UAV)
Pesawat tanpa awak (UAV) adalah sebuah mesin terbang yang berfungsi dengan kendali jarak jauh oleh pilot atau mampu mengendalikan dirinya sendiri , menggunakan hukum aerodinamika untuk mengangkat dirinya, bisa di gunakan kembali dan mampu membawa muatan baik senjata maupun muatan lainnya. Penggunaan terbesar dari penggunaan pesawat ini adalah di bidang militer . Pesawat tanpa awak memiliki bentuk, ukuran, konfigurasi dan karakter bervariasi. Sejarah pesawat tanpa awak adalah drone , pesawat tanpa awak yang digunakan sebagai sasaran tembak. Perkembangan kontrol otomatis membuat pesawat sasaran tembak yang sederhana mampu merubah menjadi pesawat tampa awak yang kompleks.
Gambar 2.1 Pesawat Udara Nir Awak Predator milik USA
2.2 Pesawat Udara Nir Awak (PUNA)
Pesawat udara nir awak juga disebut dengan Unmanned Aerial Vehicle dan terkadang disebut sebagai Remotely Piloted Vehicle atau dengan kata lain, pesawat terbang tanpa awak adalah pesawat terbang tanpa satu pun kru pesawat yang mengendalikan didalamnya. Namun disamping itu, UAV sendiri mampu membawa kamera, sensor, alat komunikasi dan beberapa peralatan lain. Pesawat-pesawat semacam ini berkembang luas di kalangan militer. UAV sendiri tidak
bisa lepas dari konstribusi Archibald Low. Dia lah seorang tokoh yang menjadi cikal bakal pesawat nir awak tersebut.
Archibald Montgomery Low atau yang lebih dikenal dengan A. M Low, lahir pada tahun 1888 dan wafat pada 13 September 1956. Julukan Father of Radio Guidance Sistem didapatkannya atas dasar konstribusinya yang dalam bidang roket kendali, torpedo, hingga pesawat. Archibald Low mulai terjun pada bidang militer pada saat Perang Dunia. Dia mendapatkan pendidikan dan pelatihan militer, dan beberapa kemudian ia dipromosikan menjadi Kapten oleh Royal Flying Corps. Penelitiannya di bidang kemiliteran ialah, menemukan bagaimana caranya menemukan pengendalian pesawat sehingga dapat digunakan untuk media peluru kendali. Bersama tim yang terdiri dari seorang Kapten (Kapten Poole) dan seorang Letnan (Letnan Bowen), dan Archibald sendiri menjadi ketua tim, dia dan kedua temannya itu merancang sebuah proyek yang besar, Proyek Aerial Target (AT).
Adalah Jendral Sir Daivid Hedgerson memerintahkan Rotal Flying Corps Experimental Works untuk membuat protitpe AT menjadi sebuah alat yang dilengkapi hulu ledak. Sebagai pemimpin Experimental Works, Archibald mengerahkan 30 orang untuk membangun AT, termasuk beberapa ahli didalamnya. Dari proyek tersebut, terciptalah Ruston Proctor AT yang didesain oleh H.P.Folland, sebuah pesawat tak berawak yang difungsikan sebagai penghancur Zeppelin (anti-Zeppelin). Ruston Proctor At tersebut di uji coba pada tanggal 21 MAret 1917 di Upavon Central Flying High School.
AT tersebut dilncurkan dari lori yang menggunakan tekanan udara. Semula, percobaan dirasaa sukses, karena bisa dikontrol dengan remote, namun nahas menimpa pesawat karya Low's team. Pesawat tersebut hancur saat akan mendarat. Selain Aerial Target Aircraft, Archibald juga menciptakan sistem, dimana sistem kendali itu digunakan oleh Jerman semasa Perang Dunia II, sebuah sistem kendali roket atau yang dikenal dengan Project Vergeltungswaffe atau Project V. Untuk ulasan mengenai Project V1 : The Flying Bomb, V2 : Rocket, dan V3 : Canon .
UAV dapat di klasifikasikan berdasarkan Sasaran dan Umpan
Penyedia medan perang intelijen Logistik
Penelitian dan Pengembangan Sipil dan Komersial
Setelah Perang Dunia II, telah diciptkanlah sebuah pesawat UAV bertenaga jet pendorong pada tahun 1951 yang bernama Ryan Firebee I atau Q-2/KDA-1 Firebee. Ryan Firebee ini diciptakan oleh Tubal Claude Ryan dan dikembangkan oleh Ryan Aeronautical. UAV tersebut mampu diluncurkan di udara maupun dipermukaan tanah dengan bantuan JATO atau sistem yang membantu pesawat untuk terbang dengan roket kecil. Setelah Firebee I diciptakan, beberapa tahun kemudian Firebee II dirilis.
Saat ini UAV semakin beragam jenis dan bentuk. Bahkan ada yang berbentuk lingkaran dan lebih kecil ukurannya. Dan kesemuanya itu tidak lepas dari fungsi dan tujuannya. UAV memang kerap digunakan untuk tugas militer seperti yang dilakukan Predator, Aquila UAV, dan Xianglong UAV. (Mansniarman)
2.3 Sistem Propulsi
Setiap kendaraan membutuhkan sesuatu yang menghasilkan gerak,sesuatu yang mendorong kendaraan tersebut dan memberikan percepatan. Sistem propulsi merupakan mekanisme penggerak pada setiap pesawat udara. Ada dua jenis sistem propulsi yang dipakai,yakni sistem penggerak propeller dan sistem penggerak jet expansi.setiap sistem propulsi dihasilkn berdasarkan hukum ketiga Newton. Pada sistem propulsi,udara sebagai fluida kerja di akselerasikan oleh sistem, dan reaksi dari akselerasi atau percepatan ini menghasilkan gaya pada sistem yang kita sebut dengan thrust atau gaya dorong. Gaya yang bekerja pada sistem propulsi merupakan penerapan dari hukum kedua Newton.
Gambar 2.2 Defenisi gaya pada gerak pesawat
Dimana force atau gaya merupakan perubahan momentum berdasarkan perubahan waktu diturunkan dari persamaan
F = (m1.V1-m0.V0)/(t1-t0 ) (2.1)
Dengan nilai massa yang constant maka persamaan diatas dapat di ubah menjadi F = (V1-.V0)/(t1-t0 ) (2.2)
F = m .a
(2.3)
2.3.1 Sejarah Perkembangan Teori Propeller
Penjelasan secara detail tentang teori bagaimana propeller bekerja sehingga menghasilkan thrust atau gaya dorong sangatlah rumit dan kompleks. Hal ini dikarenakan propeller merupakan sayap yang berputar dengan perubahan bentuk airfoil yang sulit untuk di analisa. Teori propeller telah dikenal beberapa ratus tahun yang lalu oleh ilmuwan-ilmuwan pada masa itu. Beberapa teori yang telah dikenal diantaranya adalah teori momentum dan teori elemen bilah. Axial Momentum Theory diperkenalkan oleh W. J. M. Rankine pertama kali pada tahun 1865 dan mengalami beberapa perkembangan sampai disempurnakan oleh Betz pada tahun 1920 yang hingga sekarang lebih dikenal dengan General Momentum Theory. Sedangkan teori elemen bilah klasik diteliti pertama kali oleh Lanchester pada tahun 1907 dan disempurnakan dengan Vortex-Blade Element Theory oleh Joukowsky (1912) dan Betz (1919).
2.3.2 Definisi Propeller
Propeller berasal dari dua kata bahasa latin yakni Pro dan Pellere . Pro yang berarti di depan, dan pellere yang berarti untuk menggerakkan. Lebih jauh lagi menurut Shivell dalam bukunya fundamentals of flight ,
propeller adalah sekumpulan dari bilah atau “sayap” yang berputar, yang di orientasikan pada arah dari resultan gaya angkat yang pada hakikatnya mengarah ke depan.
2.3.3 Bagian-bagian Propeller
Untuk menjelaskan teori propeller, perlu terlebih dahulu mengetahui bagian – bagian dari geometri propeller. Pada gambar 2.3 di bawah ini, terdapat sebuah propeller berjenis dua baling yang didesain untuk pesawat bobot ringan.
Gambar 2.3 Bagian baling-baling pada propeller Berikut adalah bagian – bagian yang terdapat pada sebuah propeler: a. Leading Edge (Bagian depan)
Merupakan bagian depan sebuah airfoil yang berfungsi untuk memotong udara. Ketika udara terbelah, maka aliran udara akan melewati permukaan yang melengkung (cambered face) dan bagian bawah yang rata (flat face). b. Tip
Merupakan bagian terluar propeller dari Hub. c. Root
Adalah bagian dari baling yang terdekat dengan hub. d. Hub
Merupakan pusat propeller sebagai bagian dimana baling – baling melekat.
2.3.4 Dasar Elemen Propeller
Terdapat beberapa elemen penting pada sebuah propeller seperti Vo, n, d, β, w, dan L. Pada gambar 2.3 terdapat sketsa elemen propeller khususnya
mengenai sudut serang (angle of attack) dari propeller. Untuk menghitung angle of attack αe yang efektif, perlu diketahui elemen Vo, n, d dan sudut
airfoil β dimana angle of attack yang diperoleh akan digunakan untuk menghitung nilai rasio lift/drag (L/D). Karena nilai d berbeda pada setiap bagian airfoil dimulai dari awal sampai ujung baling – baling, Vo / πnd juga
akan berbeda dan sudut baling yang berbeda juga akan diperoleh untuk bagian – bagian lainnya. Untuk alasan inilah maka baling propeller diputar sesuai dengan angle of attack yang paling efektif sepanjang blade.
Gambar 2.4 Elemen pada propeller
Elemen n merupakan revolusi propeller per satuan detik. Elemen d adalah diameter pada stasiun airfoil. Sudut β merupakan sudut blade di stasiun airfoil. Elemen w adalah kecepatan induksi ( induced velocity). VR
merupakan kecepatan resultan udara tanpa kecepatan induksi dan VRe adalah
kecepatan resultan efektif udara yang termasuk kecepatan induksi. Berikut adalah istilah – istilah lain yang terdapat dalam elemen propeler: a. Relative Wind (Udara Relatif)
Merupakan udara yang bergerak menuju dan melewati airfoil ketika airfoil bergerak melewati udara.
b. Angle of Attack (Sudut Serang)
Atau sering disebut sudut serang, merupakan sudut yang terjadi antara chord dari elemen dengan arah udara relatif
c. Propeler Path (Jalur Pergerakan Propeler)
Adalah arah dari pergerakan elemen baling propeler
Gambar 2.6 Jalur Pergerakan Propeler
d. Pitch
Pitch merupakan jarak pergerakan sekali revolusi dari propeler yang membentuk jalur spiral.
e. Geometric Pitch
Merupakan jarak teoritis yang mungkin terjadi dari pergerakan propeler dalam sekali revolusi.
f. Effective Pitch
Adalah jarak sebenarnya dari perjalanan propeler dalam sekali revolusi di udara. Effective pitch biasanya lebih pendek dibandingkan geometric pitch, dimana hal ini disebabkan udara adalah fluida dan selalu terjadi slip
2.4 Gaya Yang Terjadi Pada Propeler
Pada umumnya terdapat tiga jenis gaya yang terjadi pada saat sebuah propeler beroperasi. Berikut adalah gaya – gaya tersebut:
2.4.1 Thrust
Sebelum pesawat mulai bergerak, thrust harus digunakan. Pesawat akan tetap bergerak dan bertambah kecepatannya sampai thrust dan drag menjadi sama besar. Untuk menjaga kecepatan yang tetap maka thrust dan drag harus tetap sama, seperti halnya lift dan weight harus sama untuk mempertahankan ketinggian yang tetap dari pesawat. Jika dalam penerbangan yang datar (level), gaya thrust dikurangi, maka pesawat akan melambat. Selama thrust lebih kecil dari drag, maka pesawat akan terus melambat sampai kecepatan pesawat (airspeed) tidak sanggup lagi menahan pesawat di udara. Sebaliknya jika tenaga mesin ditambah, thrust akan menjadi lebih besar dari drag, pesawat terus menambah kecepatannya. Ketika drag sama dengan thrust, pesawat akan terbang dengan kecepatan yang tetap.
Untuk memberikan percepatan maka dibutuhkan suatu mekanisme sistem propulsi sebagaimana yang telah di jelaskan di awal penjelasan sistem propusi. Jika kasus yang dibahas merupakan zat padat, maka untuk mencari massanya akan menjadi relative mudah. Hal ini karena molekul zat padat terikat kuat satu sama lain,dan zat padat tetap pada bentuknya jika berpindah tempat oleh karena itu gaya dorong atau gaya yang bekerja pada zat pada dicukupkan oleh persamaan ,yakni :
F = m . a (2.4) . Hanya saja pada kasus ini zat yang akan dianalisa adalah dalam bentuk fluida gas,terlebih lagi bahwa permasalahan ini menyangkut fluida yang bergerak sehinga untuk mencari massanya menjadi sangat rumitUntuk fluida yang bergerak,maka parameter yang paling penting adalah laju aliran massa. Laju lairan massa merupakan sejumlah massa yang berpindah ke suatu bidang tertentu berdasarkan rentang waktu tertentu. Para ahli aerodinamika menotasikan
parameter ini dengan symbol m-dot (ṁ).dimana laju aliran massa dirumuskan dengan
ṁ = . V . A
2.4.2 Gaya Sentrifugal (Centrifugal Force)
Gaya sentrifugal disebabkan oleh gaya rotasi dari propeler dan cenderung untuk melempar baling – baling dari pusat, gaya sentrifugal merupakan gaya gerak melingkar yang berputar menjauhi pusat lingkaran dimana nilainya adalah positif. Besarnya gaya sentrifugal pada umumnya adalah Fs = m v2 /r (2.4) Dimana : m = massa v = kecepatan semtrifugal r = Jari – jari
2.4.3 Gaya Torsi atau Twist
Disebabkan oleh gaya resultan dari udara yang cenderung memutar baling – baling menuju sudut blade yang lebih rendah. Konsep torsi dalam fisika, juga disebut momen, diawali dari kerja Archimedes . Informalnya, torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Analog rotational dari gaya, masa, dan percepatan adalah torsi, momen inersia dan percepatan angular. Gaya yang bekerja pada lever, dikalikan dengan jarak dari titik tengah, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan satu newton bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan bahwa gaya dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat kepada lever lurus. Lebih umumnya, seseorang dapat mendefinisikan torsi sebagai perkalian silang.
T = r x F (2.5) Dimana :
r = vektor dari axis putaran ke titik di mana gaya bekerja F = adalah vektor gaya.
Gaya dorong pada mekanisme propeller dibedakan menjadi 2, yakni gaya dorong kotor (gross thrust) dan gaya dorong bersih (net thrust) (Fitz Patrick, 2011).
Fg = Qd x Vd x ρ (2.6)
Dimana :
Fg = gaya dorong kotor (N)
Qd = volume udara tiap detik (m3/dt) ρ = berat jenis udara (kg/m3)
Vd = kecepatan udara/angin keluar (m/dt)
Qd = A x Vd (2.7) Dimana :
A = luas daerah propeller (m2)
Dm = Qd x Vo x ρ (2.8)
di mana :
Dm = momentum drug (N)
Vo = kecepatan angin masuk (m/dt)
Fn = Fg – Dm (2.9)
di mana :
Fn = gaya dorong bersih (N)
Gaya dorong atau sering disebut Thrust adalah gaya yang terjadi untuk mendorong pesawat bergerak ke depan melalui udara. Thrust dihasilkan oleh sistem propulsi dari pesawat. Terdapat beberapa jenis
sistem propulsi berbeda yang dapat menghasilkan gaya thrust yang berbeda pula. Propeler adalah salah satu dari sistem propulsi. Kegunaan dari sebuah propeler adalah untuk menggerakan pesawat melalui dorongan udara. Propeler terdiri dari dua baling (blade) atau lebih yang dihubungkan oleh sebuah “hub”. Hub berfungsi untuk menghubungkan bilah menuju poros mesin.
Baling – baling propeler dibuat dari bentuk sebuah airfoil seperti sayap pada pesawat. Ketika mesin memutar baling propeler, gaya dorong akan tercipta dan udara yang melewati sayap pesawat akan menghasilkan gaya angkat.
2.5 Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga merupakan salah satu metode numerik yang dapat di gunakan untuk menyelesaikan masalah struktural, thermal dan elektromagnetik. Dalam metode ini seluruh masalah yang kompleks seperti variasi bentuk, kondisi batas dan beban dapat di selesaikan dengan metode pendekatan. Karena keaneka ragaman dan fleksibilitas sebagai perangkat analisis, metode ini. Variabel dasar atau variabel medan yang tidak di ketahui yang di tentukan dalam masalah teknik adalah pergeseran dalam mekanik solid, kecepatan dalam mekanika fluida, potensial listrik dan magnet dalam teknik listrik dan suhu dalam aliran panas . secara kontinu variabel yang tidak diketahui ini tidak terbatas.
2.5.1 Analisis Elemen Hingga
Elemen yang paling umum di gunakan dalam analisis truktur di tetapkan dari tanggap sistem terhadap beban luar. Dari unsur – unsur elemen yang telah di uraikan, metode elemen hingga merupakan proses pemodelan sistem struktur menggunakan elemen-elemen yang dirakit dissebut elem hingga. Setiap elemen yang dirakit secara langsung maupun tidak langsung pada setiap elemen melalui nodal-nodal diujung elemen, permukaan atau perbatasan dengan menggunakan sifat-sifat tegangan atau
regangan yang diketahui bagi bahan struktur. Total persamaan perilaku dari setiap nodal menghasilkan satu seri persamaan aljabar yang dinotasikan dalam persamaan matriks.
2.5.2 Konsep Dasar
Untuk dapat memahami dangan mudah konsep dasar dari metode elemen hingga dapat diambil dari contoh sederhana dari salah satu bentuk struktur mekanika sebagaimana terlihat pada gambar 2.8. Seperti yang sudah di ketahui, banyak struktur mekanika terbuat dari beberapa batang yang terhubung dengan menggunakan sambungan-sambungan sehingga membentuk sebuah struktur . Setiap titk batang penghubung tersebut adalah sebagai titik nodal.
Gambar 2.8 Tipikal struktur mekanika (a)Struktur batang (b) Struktur bertingkat
2.5.4 Analisa Struktur Statis
Analisa statis di gunakan untuk mengetahui serta kondisi kritis yang diambil oleh struktur yang dianalisa tersebut . kondisi kritis merupakan kondisi dimana kegagalan dari struktur paling mungkin terjadi dan dapat tercapai karena pada kondisi tersebut terdapat tegangan maksimum yang dialami struktur tersebut.
Tegangan maksimum dapat di jelaskan dengan lebih mudah melalui gambar 2.9 . pada gambar tersebut digambarkan sebuah batang yang tidak
bermasa yang memiliki dua gaya P yang sama besar dan berlawanan arah yang terletak di setiap ujung batang tersebut.
Pada batang tersebut diberikan potongan imajiner pada bidang x-x. Dalam analisa struktur diutamakan keseimbangan gaya-gaya yang bekerja sesuai dengan metode irisan yang menyebutkan hakekat gaya-gaya yang ada dalam suatu benda mengimbangi gaya luar terpakai . sehingga pada potongan imajiner tersebut perlu gaya yang setara seperti yang terlihat pada gambar 2.8 (b) dan (c).
Gambar 2.9 Urutan langkah analisis tegangan sebuah batang tak bermasa
2.6 Tegangan Yang Terjadi Pada Propeller
Jika sebuah benda elastis ditarik oleh suatu gaya, benda tersebut akan bertambah panjang sampai ukuran tertentu sebanding dengan gaya tersebut, yang berarti ada sejumlah gaya yang bekerja pada setiap satuan panjang benda Gaya yang bekerja sebanding dengan panjang benda dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Dalam fisika, besarnya gaya yang bekerja (F) dibagi dengan luas penampang (A) didefinisikan sebagai tegangan (stress), disimbolkan σ:
σ = F/A (2.10)
Dimana : σ : Tegangan (N/m2) F : Gaya (Newton) A : Luas penampang (m2)
Selain gaya –gaya di atas tersebut, masih ada tegangan yang terjadi pada sebuah propeler ketika berotasi, yaitu :
2.6.1 Tegangan Bending (Bengkok)
Merupakan tegangan Merupakan tegangan yang diakibatkan oleh bekerjanya momen lentur pada benda. Sehingga pelenturan benda disepanjang sumbunya menyebabkan sisi bagian atas tertarik, karena bertambah panjang dan sisi bagian bawah tertekan, karena memendek. Dengan demikian struktur material benda di atas sumbu akan mengalami tegangan tarik, sebaliknya dibagian bawah sumbu akan menderita tegangan tekan. Sedangkan daerah diantara permukaan atas dan bawah, yaitu yang sejajar dengan sumbu benda tetap, tidak mengalami perubahan, ini disebut sebagai bidang netral.
Persamaan umum tegangan lentur, adalah :
ML / I = L / y = E / R (2.11)
Dimana : I = inersia pada sumbu benda (Ixx atau Iyy).
y = jarak dari bidang netral ke permukaan luar benda. E = modulus elastisitas / Young.
R = radius kelengkungan benda.
Penampang-penampang sebuah balok yang tegak lurus sumbunya akan tetap merupakan bidang datar setelah terjadi lenturan. Titik pangkal sumbu x,y,z adalah titik berat penampang Sebelum balok dibebani, maka bidang ABCD (berimpit dengan bidang xy) merupakan persegi seperti terlihat pada Gambar 2.11.a dan Gambar 2.11.b.Setelah balok dibebani maka balok akan melengkung, titik A dan titik C saling mendekat, sedangkan titik B dan titik D saling menjauh, dapat dilihat pada Gambar 2.11.c. Dengan demikian serat atas balok mengalami tegangan tekan dan serat bawah balok mengalami tegangan tarik. Batas antara tegangan tekan dengan tegangan tarik disebut garis netral, pada Gambar 2.11.b, garis netral digambarkan oleh sumbu x.
Gambar 2.11 Sifat Balok dalam Lentur
Pada balok yang mengalami lentur, regangan yang terjadi pada penampang berbanding langsung dengan jaraknya ke garis netral.
Gambar 2.11.b dan Gambar 2.11.c pada AC terjadi regangan sebesar
AC AC
AC
(2.12)
demikian pula pada BD akan terjadi regangan sebesar
BD BD
BD
(2.13) 2.6.2 Tegangan Torsi (Torsion Stress)
Torsi adalah suatu pemuntiran sebuah batang yang diakibatkan oleh kopelkopel (couples) yang menghasilkan perputaran terhadap sumbu
longitudinalnya. Kopel-kopel yang menghasilkan pemuntiran sebuah batang disebut momen putar (torque) atau momen puntir (twisting moment). Momen sebuah kopel sama dengan hasil kali salah satu gaya dari pasangan gaya ini dengan jarak antara garis kerja dari masing-masing gaya. Tegangan ini dihasilkan pada blade propeler yang berotasi pada dua keadaan twist. Salah satu tegangan ini dihasilkan dari reaksi udara terhadap blade yang dikenal sebagai aerodynamic twisting moment. Tegangan lain yang disebabkan oleh gaya sentrifugal disebut centrifugal twisting moment.
Gambar 2.12 Diagram Momen Kopel pada Batang
a. Tegangan dan Regangan Akibat Momen Puntir
Tegangan geser adalah intesitas gaya yang bekerja sejajar dengan bidang dari luas permukaan. Persamaan umum tegangan geser padam sebarang titik dengan jarak r dari pusat penampang adalah:
maks = J/Tr (2.14)
b. Regangan Geser
Regangan geser adalah perbandingan tegangan geser yang terjadi dengan modulus elastisitasnya.
G
(2.15) Dimana: G = modulus elastisitas geser, = tegangan geser2.6.3 Tegangan Puntir ( Shear Stress )
Bila sebatang material mendapat beban puntiran, maka serat-serat antara suatu penampang lintang dengan penampang lintang yang lain akan mengalami pergeseran, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.31
(a) (b)
Gambar 2.13 Batang Silindris dengan Beban Puntiran
Pada Gambar 2.13 (a) ditunjukkan bahwa titik A bergeser ke B sehingga membentuk sudut . Sedangkan pada Gambar 2.13 (b) pergeseran tersebut akan mengakibatkan rotasi serat pada penampang lintangnya sebesar . Sehingga pada serat terluar, regangan geser yang terjadi adalah .
2.6.4 Deformasi
Dalam ilmu material, deformasi adalah perubahan bentuk atau ukuran dari sebuah objek karena Sebuah diterapkan gaya (energi deformasi dalam hal ini ditransfer melalui kerja) atau Perubahan suhu (energi deformasi dalam hal ini ditransfer melalui panas). Deformasi terdiri dari dua bagian,yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk material yang apabila gaya penyebab deformasi itu dihilangkan maka deformasi kembali ke bentuk semula.
Deformasi plastis adalah perubahan bentuk material apabila ketika gaya dihilangkan material tidak kembali ke ukuran, tidak ke bentuk semula. Deformasi elastis terjadi pada tegangan yang rendah dan mempunyai tiga karakteristik utama, yaitu:
1 bersifat mampu-balik (reversible)
2 antara tegangan dan regangan terdapat hubungan linear dan sesuaidengan hooke.
2.6.5 Regangan
Suatu batang lurus akan mengalami perubahan panjang apabila dibebani secara aksial, yaitu menjadi panjang jika mengalami tarik dan menjadi pendek jika mengalami tekan. Sebagai contoh diperlihatkan pada Gambar 2.14, perpanjangan dari batang tersebut adalah hasil komulatif dari perpanjangan semua elemen bahan di seluruh volume batang.
Gambar 2.14 Regangan pada batang
Pertambahan panjang pada batang dinotasikan dengan Δ (delta), s dimana satu satuan panjang dari batang akan mempunyai perpanjangan yang sama dengan 1/L kali perpanjangan total Δ. Perpanjangan pada batang dapat diukur untuk setiap kenaikan tertentu dari beban aksial. Dengan demikian konsep perpanjangan per satuan panjang, atau disebut regangan, yang diberinotasi ε (epsilon) dapat dihitung dengan persamaan.
ε = ΔL/L
(2.16)Dimana :
ε =
ReganganΔL = Pertambahan panjang L = Panjang awal
2.7 Interaksi Struktur Fluida
Dalam interaksi struktur fluida, satu atau lebih struktur padat berinteraksi dengan aliran fluida internal maupun sekitarnya. Masalah struktur fluida
memainkan peran penting dalam berbagai bidang ilmiah dan teknik, namun sebuah studi komprehensif masalah tersebut tetap menjadi tantangan non-linear dan bersifat multidisiplin yang kuat (Chakrabarti 2005, Dowell dan Balai 2001, Morand dan Ohayon 1995) .
Cairan-struktur masalah interaksi dan masalah multiphysics pada umumnya seringkali terlalu rumit untuk dipecahkan secara analitik dan sehingga mereka harus dianalisis dengan cara eksperimen atau simulasi numerik. Penelitian di bidang komputasi dinamika fluida dan dinamika struktur komputasi masih berlangsung tapi kematangan bidang ini memungkinkan simulasi numerik interaksi fluida-struktur.
2.7.1. Pendekatan Monolithic
persamaan yang mengatur aliran dan perpindahan struktur diselesaikan secara bersamaan, dengan Metode Newton-Raphson atau fixed-point iterasi yang berbeda dapat digunakan untuk memecahkan masalah interaksi struktur fluida. Berdasarkan metode Newton-Raphson iterasi yang digunakan baik dalam monolitikdan dipartisi pendekatan. Metode Newton-Raphson memecahkan persamaan aliran nonlinear dan persamaan struktural di seluruh domain cairan dan padat. Sistem persamaan linear dalam iterasi Newton-Raphson dapat diselesaikan tanpa pengetahuan tentang Jacobian dengan metode iterative matrik. Sedangkan metode Newton-Raphson memecahkan aliran dan masalah struktural bagi negara di seluruh domain cairan dan padat, juga memungkinkan untuk merumuskan masalah interaksi struktur fluida sebagai sistem dengan hanya derajat kebebasan dalam posisi antarmuka sebagai diketahui. Dekomposisi domain ini mengembun kesalahan masalah interaksi struktur fluida menjadi ruang bagian yang berkaitan dengan antarmuka. Masalah interaksi struktur fluida maka dapat ditulis sebagai masalah menemukan akar atau masalah titik tetap, dengan posisi yang tidak diketahui.
2.8 ANSYS Simulation
ANSYS adalah sebuah software analisis elemen hingga dengan kemampuan menganalisa dengan cakupan yang luas untuk berbagai jenis masalah ( Tim Langlais, 1999). ANSYS mampu memecahkan persamaan differensial dengan
cara memecahnya menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Pada awalnya program ini bernama STASYS (Structural Analysis System), kemudian berganti nama menjadi ANSYS yang ditemukan pertama kali oleh Dr. John Swanson pada tahun 1970.
ANSYS merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam. Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis (baik linear dan non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik. Teknologi ANSYS mekanis mempersatukan struktur dan material yang bersifat non-linear. ANSYS multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur, elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program ANSYS dapat digunakan dalam teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.
2.8.1 ANSYS Fluent
FLUENT ialah salah satu software CFD dari ANSYS. Ansys merupakan sebuah software analisis elemen hingga (finite element), bisa dipakai untuk melakukan analisis mekanika benda tegar, analisis fluida, dan analisis perpindahan panas. Sebuah sumber mengatakan bahwa versi 12 keatas sudah kompatibel dengan Windows 7.
2.8.2 Static Structural
Struktural analisis merupakan analisa yang paling banyak digunakan dengan menggunakan prinsip finite element. Struktural tidak hanya digunakan untuk struktur dalam teknik sipil seperti jembatan, gedung, tetapi meliputi unsur lain seperti kapal, pesawat, piston, dll.
Ada beberapa macam jenis simulasi static struktural, dimana pada program ansys akan terdapat perhitungan tegangan dan regangan. Static analisis digunakan untuk menentukan dan menganalisa tegangan dan menentukan displacements benda pada beban static. Static analisis dapat digunakan pada linier maupun nonlinier static analisis.
