i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkat, rahmat dan karunia-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga 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 dari skripsi ini adalah “Analisis Gaya Dan Pembuatan Badan Pesawat Tanpa Awak Dari Bahan Material Komposit Yang Diperkuat Polyester Dan Serat Rock Wool Dengan Metode Hand Lay Up”.
Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, (Alm) Musa dan Naisah yang telah banyak memberikan segala dukungan tak terhingga moril dan materil. Kepada bapak dan mamak, skripsi ini kudedikasikan.
2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU dan selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT dan Bapak Ir. Tugiman, MT selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberi masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc selaku dosen penguji I dan II yang telah memberi masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
ii
Rahmad Hidayat, Andi Yongko) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 8. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin khususnya (Zulvia Chara Nosa
Ginting, Tri Septian Marsah, Zuhdi Mahendra, Ary Santony, Andri Setiawan) yang banyak memberi motivasi serta teman-teman angkatan 2009 yang sangat penulis sayangi.
9. Abangda Fadly A. Kurniawan, ST dan Ade Irwan, ST yang telah membantu penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
10.Vivi Lisnawati, SE yang selalu memberi semangat dan motivasi untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.
11.Abang (Serma Junaidi, Juniar, Gusnadi, Maitato S.Pd) dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana 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.
iii
ABSTRAK
Badan pesawat adalah komponen utama dari sebuah pesawat terbang. Badan pesawat ini sendiri merupakan tempat melekatnya bagian-bagian pesawat seperti wing, elevator maupun roda pendaratan. Panjang badan pesawat tanpa awak ini adalah 2027 mm. Penelitian ini dilakukan untuk membuat dan menganalisis badan pesawat tanpa awak dengan menggunakan bahan komposit campuran resin polyester dengan serat rock wool. Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai titik berat secara teoritis pada badan pesawat tanpa awak serta mendapatkan nilai tegangan regangan yang terjadi pada badan pesawat tanpa awak melalui simulasi dengan menggunakan software Ansys 14.0. Material komposit didefinisikan sebagai penggabungan serat dan resin. Serat yang dipakai pada penelitian ini adalah serat rock wool yang bermanfaat memiliki daya konduksi termal yang rendah, tidak berjamur, tidak mudah terbakar dan kedap suara. Sedangkan manfaat utama dari penggunaan material komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Pada metodologi penelitian terdapat langkah-langkah proses pembuatan badan pesawat tanpa awak. Melalui penelitian ini pada proses pembuatan badan pesawat tanpa awak dikatakan berhasil dan diperoleh letak titik berat pada badan pesawat yang dihitung secara teoritis didapat pada koordinat x= 897,37, y= 77,77. Regangan maksimum yang terjadi sebesar 0.00014584 mm/mm dan regangan minimum yang terjadi sebesar 3.2414 x 10-8 mm/mm. Tegangan maksimum sebesar 4.5635 MPa dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0.00045862 Mpa melalui hasil simulasi dengan software Ansys 14.0 Workbench.
Kata kunci : Badan pesawat, software Ansys, pesawat tanpa awak, material komposit, rock wool
iv
The fuselage is the main component of an aircraft. The fuselage itself is a place for the attachment of aircraft parts such as wings, elevators, and landing gear. Drone body length is 2027 mm. This study was conducted to create and analyze drone body using a mixture of polyester resin composite materials with rock wool fibers. This study aimed to explore the value of gravity by using theoretically the drone body and get the value of stress strain that occurs in the body drone through simulation using Ansys 14.0 software. Composite materials is defined as the incorporation of fiber and resin. The fiber used in this study is a useful rock wool fiber has a low thermal conductivity, no moldy, non-flammable and soundproofing. While the main benefit of the use of composite materials is the combination of high stiffness and strength properties and light density. In the research methodology are the steps of making the drone body. Through the research on the process of making the drone agency is successful and obtained the location of the center of gravity on the fuselage theoretically obtained at
coordinates x= 897,37, y= 77,77. The maximum strain occurs at 0.00014584
mm/mm and minimum strain occurs at 3.2414 x 10-8 mm/mm. The maximum stress of 4.5635 MPa and the minimum voltage occurs at 0.00045862 MPa through the simulation results with the software Ansys 14.0 Workbench .
Keywords: Fuselage, Ansys 14.0 software, unmanned aerial vehicle, composite materials, rock wool
v
DAFTAR NOTASI... xii
BAB IPENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.3.1 Tujuan Umum ... 3
1.3.2 Tujuan Khusus ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
vi
2.5 Desain Struktur Pada Pesawat Tanpa Awak (UAV) ... 19
2.5.1 Badan Pesawat (fuselage) ... 19
2.5.2 Assembling Pesawat Tanpa Awak ... 23
2.6 Analisis Kekuatan Bahan Komposit ... 24
2.6.1 Teori Tegangan Untuk Komposit ... 24
2.6.2 Teori Regangan Normal Maksimum ... 26
2.6.3 Teori Tegangan Geser Maksimum ... 27
2.6.4 Teori Pusat Gravitasi dan Pusat Massa ... 27
2.6.5 Titik Berat, Pusat Massa dan Centeroid ... 29
2.6.6 Simulasi Numerik dengan Ansys 14.0 ... 32
2.6.7 Metode Meshing ... 33
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ... 36
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 36
3.2 Diagram Alir Penelitian ... 37
3.3 Bahan dan Alat Penelitian ... 38
3.3.1 Bahan Penelitian ... 38
3.3.2 Alat Penelitian ... 40
3.4 Prosedur Pembuatan Badan Pesawat (fuselage) ... 42
3.4.1 Proses Pembuatan Mal ... 42
3.4.2 Persiapan Bahan dan Alat ... 43
3.4.3 Proses Pembuatan Badan Pesawat ... 44
3.4.4 Proses Pinishing ... 48
3.5 Simulasi Numerik ... 51
3.5.1 Tampilan Pembuka Ansys 14.0 ... 51
3.5.2 Mendefinisikan Sistem Analisa ... 52
3.5.3 Mendefinisikan Material Properties ... 53
3.5.4 Tampilan Gambar Fuselage ... 53
3.5.5 Proses Meshing ... 54
3.5.6 Proses Static Structural ... 55
3.5.7 Proses Solution ... 56
vii
3.6 Diagram Alir Simulasi ... 57
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 58
4.1 Menentukan Titik Berat Badan Pesawat Secara Teoritis ... 58
4.3 Simulasi Numerik ... 66
4.3.1 Simulasi Hasil Total Deformation ... 66
4.3.2 Simulasi Hasil Total Equivalent Elastic Strain ... 67
4.3.3 Simulasi Hasil Equivalent Stress ... 68
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN………...69
5.1 Kesimpulan………...69
5.2 Saran………...69
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
viii
Gambar 2.1 Material komposit ... 6
Gambar 2.2 Jenis komposit serat ... 10
Gambar 2.3 Komposit lapis ... 10
Gambar 2.4 Komposit partikel ... 10
Gambar 2.5 Proses hand lay up ... 18
Gambar 2.6 Tipe dan koefisien badan pesawat ... 20
Gambar 2.7 Badan pesawat tanpa awak ... 21
Gambar 2.8 Pandangan depan badan pesawat tanpa awak ... 21
Gambar 2.9 Pandangan samping badan pesawat tanpa awak ... 22
Gambar 2.10 Pandangan belakang badan pesawat tanpa awak ... 22
Gambar 2.11 Gambar teknik badan pesawat tanpa awak ... 23
Gambar 2.12 Assembling pesawat tanpa awak ... 24
Gambar 2.13 Elemen tegangan tiga dimensi ... 24
Gambar 2.14 Lingkaran Mohr untuk beban triaksial ... 25
Gambar 2.15 Komponen-komponen regangan xy dalam bidang xy ... 26
Gambar 2.16 Menentukan titik partikel tetap dalam suatu ruang... 28
Gambar 2.17 Menentukan pusat massa tubuh ... 30
Gambar 2.18 Lokasi pusat massa ... 31
Gambar 2.19 Daerah pusat massa ... 32
Gambar 2.20 Garis pusat massa ... 32
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 37
Gambar 3.2 Serat rock wool jenis Roxul ... 38
Gambar 3.3 Resin polyester tipe 157 ... 38
Gambar 3.4 Katalis jenis MEKPO ... 39
Gambar 3.5 Wax ... 39
Gambar 3.6 Dempul plastik... 40
Gambar 3.7 Dempul plastik hardener ... 40
Gambar 3.8 Mesin gerinda tangan ... 41
Gambar 3.9 Kertas pasir ... 41
ix
Gambar 3.10 Sekrap dempul ... 42
Gambar 3.11 Kuas cat ... 42
Gambar 3.12 Proses pembuatan mal ... 43
Gambar 3.13 Tampilan gambar mal badan pesawat ... 44
Gambar 3.14 Tampilan gambar pemolesan wax ... 44
Gambar 3.15 Tampilan penuangan resin polyester ... 45
Gambar 3.16 Tampilan penuangan katalis kedalam resin ... 45
Gambar 3.17 Tampilan proses metode hand lay up ... 46
Gambar 3.18 Tampilan pelapisan serat rock wool... 46
Gambar 3.19 Tampilan badan pesawat setelah diresin ... 47
Gambar 3.20 Tampilan proses pendempulan ... 47
Gambar 3.21 Tampilan hasil permukaan dempul ... 48
Gambar 3.22 Tampilan hasil permukaan setelah dihaluskan ... 48
Gambar 3.23 Tampilan hasil permukaan setelah dihaluskan merata... 49
Gambar 3.24 Tampilan hasil permukaan setelah dipolishing ... 49
Gambar 3.25 Tampilan hasil proses pengecatan tahap pertama... 50
Gambar 3.26 Tampilan hasil proses pengecatan tahap kedua ... 50
Gambar 3.27 Tampilan hasil permukaan pemodelan ... 50
Gambar 3.28 Tampilan hasil finishing ... 51
Gambar 3.29 Tampilan awal Ansys 14.0 ... 51
Gambar 3.30 Tampilan sistem analisa ... 52
Gambar 3.31 Tampilan Engineering Data ... 52
Gambar 3.32 Tampilan material properties ... 53
Gambar 3.33 Tampilan pembuatan dari Solidworks ... 54
Gambar 3.34 Tampilan gambar fuselage hasil meshing ... 55
Gambar 3.35 Tampilan gambar fuselage hasil fixed support ... 55
Gambar 3.36 Tampilan gambar fuselage hasil yang dikenai beban ... 56
Gambar 3.37 Tampilan proses solution ... 56
Gambar 3.38 Diagram Alir Simulasi ... 57
Gambar 4.1 Gambar teknik fuselage ... 58
Gambar 4.2 Pembagian bidang pada fuselage ... 58
x
Gambar 4.4 Bidang 1 segitiga siku-siku ... 59
Gambar 4.5 Bidang 2 segitiga sama sisi ... 59
Gambar 4.6 Bidang 3 persegi panjang ... 60
Gambar 4.7 Bidang 4 persegi panjang ... 60
Gambar 4.8 Bidang 5 segitiga siku-siku ... 61
Gambar 4.9 Bidang 6 segitiga siku-siku ... 61
Gambar 4.10 Bidang 7 segitiga siku-siku ... 62
Gambar 4.11 Bidang 8 persegi panjang ... 62
Gambar 4.12 Bidang 9 segitiga siku-siku ... 62
Gambar 4.13 Bidang 10 setengah lingkaran ... 63
Gambar 4.14 Bidang 11 segitiga siku-siku ... 63
Gambar 4.15 Bidang 12 persegi panjang ... 64
Gambar 4.16 Distribusi Total Deformation ... 66
Gambar 4.17 Distribusi Equivalent Elastic Strain ... 67
Gambar 4.18 Distribusi Equivalent Stress ... 68
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel ukuran dan jenis rock wool ... 14
Tabel 2.2 Spesifikasi resin polyester ... 16
Tabel 2.3 Spesifikasi data khusus hasil design ... 19
Tabel 3.1 Lokasi dan aktivitas penelitian ... 36
xii
Simbol Keterangan Satuan
σ Tegangan MPa
A Luas penampang mm2
F Gaya Newton
ε Regangan
ΔL Perpanjangan mm
A1 Luas benda pertama mm
l1 Panjang benda cm
L0 Panjang mula-mula mm
ρ Densitas g/cm3
σy Tegangan mulur MPa
σu Tegangan tarik MPa
σf Tegangan patah MPa
E Modulus Elastisitas Gpa
ν Poisson Ratio
