ANALISA TEGANGAN PADA PIPA MENGGUNAKAN

APLIKASI PROGRAM COSMOSXPRESS

Oleh : Romiyadi, ST, MT

1. Abstrak

Pipa yang mendapat gaya tarik akan mengalami deformasi dan menghasilkan

displacement serta tegangan pada semua komponen pipa tersebut. Tegangan

tersebut akan terdistribusi pada semua komponen pipa tersebut. Dengan

menggunakan simulasi tengangan dengan menggunakan aplikasi pogram

COSMOSXpress, akan dapat dilihat distribusi deformasi dan tengangan pada

pipa tersebut. Kita akan mengetahui daerah-daerah yang mengalami stress /

tegangan yang terbesar dan daerah- daerah yang mengalami tegangan yang

terkacil. Kita juga dapat melihat daerah-daerah yang mengalami deformasi yang

terbesar maupun yang terkecil.

Keyword : Deformasi, Cossmos Xpress, Tegangan /Stress

2. Sekilas Tentang COSMOS Xpress

COSMOS Xpress merupakan satu modul di dalam Solid Works yang

berguna untuk menganalisa tegangan (Stress Analysis) dari design yang kita

buat. COSMOS Xpress sendiri buatan dari Structural Research and Analysis

Corp. Di software lain biasa di kenal Finite Element Method (FEM) atau Finite

Element Analysis (FEA).

Wizard di dalam COSMOS Xpress akan menunjukkan tahap demi tahap

bagaimana design akan bekerja di bawah kondisi tertentu. Ini akan menjawab

pertanyaan sulit dari sisi engineering seperti:

1. Apakah part akan patah?

2. Bagaimanakah bentuk deformasi dari part?

3. Dapatkah pengguna menggunakan material yang optimum tanpa

mempengaruhi unjuk kerjanya?

Design yang optimum akan dapat bersaing di pasar karena penggunaan

material yang sedikit sehingga harga jual rendah tanpa mengorbankan factor

keamanan dari design tersebut.

Di akhir laporannya COSMOSXpress memberikan catatannya sebagai

berikut: Hasil analisa design COSMOSXpress adalah berdasarkan analisa statik

linear dan material di anggap isotropic. Analisa statik linear menganggap

bahwa:

1. Sifat material adalah linear memenuhi hukum Hooke.

2. Beban di terapkan secara perlahan dan mengabaikan efek dinamik.

3. Deskripsi Kasus

Dibawah ini adalah gambar suatu pipa :

Adapun dimensi pipa tersebut adalah sebagi berikut :

Dimensi luar pipa 1 = 30 mm

Panjang pipa 1 = 30 mm

Dimensi luar pipa 2 = 26 mm

Panjang pipa 2 = 40 mm

Dimensi luar pipa 3 = 18 mm

Panjang pipa 3 = 50 mm

Dimensi dalam = 18 mm

Pada pipa tersebut diberi gaya tarik pada ujung Pipa sebesar F, dan

daerah restrain adalah pada pangkal pipa seperti pada gambar dibawah ini :

Dengan menggunakan simulasi COSMOSXpress, akan dilihat distribusi

tegangan dan deformasi yang terjadi pada pipa tersebut .

4. Langkah Penyelesaian

a. Pembuatan Model Solid

Buka SolidWork > klik New > pilih Part > klik OK

Klik Extruded > Pilih Righ Plane > Klik circle >Buat lingkaran dengan

diameter 30 mm

Klik Exit sketch

Pada Tab Property Manager set D1 30 mm > Klik OK

Klik salah satu daerah diameter lingkaran > Klik Extruded > Klik circle >

Buat lingkaran lagi dengan center point yang sama dengan diameter 26

mm > klik OK

Klik Exit sketch

Pada Tab Property Manager set D1 40 mm > Klik OK

Klik lagi di daerah diameter lingkaran > Klik Extruded > Klik circle >

Buat lingkaran lagi dengan center point yang sama dengan diameter 22

mm > klik OK

Klik Exit sketch

Pada Tab Property Manager set D1 50 mm > Klik OK

Klik lagi di daerah diameter lingkaran > Klik Cut extruded > Klik circle >

Buat lingkaran lagi dengan center point yang sama dengan diameter 18

mm > klik OK

Klik Exit sketch

Pada Tab Property Manager , dibawah Direction 1 pilih Trough All > Klik

OK

Pembuatan model solid selesai

b. Penyelesaian Stress Analysis dengan COSMOSXpress

Pilih menu Tools > Pilih SimulationXpress (COSMOSXpress)

Muncul gambar seperti dibawah ini :

Klik Material > Pilih Steel > Pilih Alloy Steel > Klik Apply

Klik Next > pilh daerah restrain > klik next

Klik next > Pilih Force > Klik next >Pilih Alloy Steel > pilih daerah yang akan

diberi gaya > Masukkan nilai Gaya 3000 N >Klik Flip direction > Klik Next.

Klik yes untuk menganalisa model > Klik next > Klik Run > Klik Next .

Klik next > Pilih No untuk tidak mengoptimasi design > Klik Next .

Klik Show me the stress distribution in the model > klik Next > Klik Play Untuk

melihat animasi distribusi stress > Setelah beberapa menit Klik Stop > Kilik

Save > Klik Next

Klik Show me the displacement distribution in the model > klik Next > Klik Play

Untuk melihat animasi distribusi deformasi > Setelah beberapa menit Klik Stop

> Kilik Save > Klik Next

Klik Generate an HTML report > klik Next untuk membuat laporan HTML

Klik Cover page, Introduction, dan Conclusion > klik Next.

Ketik”Analisa Stress Pada Pipa” untuk judul laporan, “Romiyadi” untuk nama

analis dan “Universitas Indonesia” untuk nama perusahaan. Ketik “16 – 05 –

2009” untuk tanggal laporan > klik Next.

Klik Next > Klik Next > Ketik “ Analisa Stress Pada Pipa” untuk nama file

laporan > Klik Next > Klik Close untuk menutup jendela laporan

5. Pembahasan

Untuk membahas hasil dari analisa tegangan menggunakan program

COSMOSXpress, ada baiknya melihat gambar distribusi tegangan dan distribusi

deformasi hasil perhitungan dari COSMOSXpress

Gambar Distribusi Tegangan

Gambar Distribusi Deformasi

Dari gambar dapat dilihat bahwa distribusi tegangan terbesar terdapat

pada pipa yang mempunyai diameter terkecil dan tegangan yang terkecil

didistribusikan pada pipa yang mempunyai diameter terbesar. Hal ini sesuai

dengan persamaan tegangan, = dimana F adalah gaya dan A adalah luas

penampang. Sedangkan konsentrasi tegangan terbesar terjadi pada titik awal

diameter yang terkecil (daerah pada bagian pipa dengan diameter yang terkecil

yang berbatasan dengan pipa dengan diameter yang lebih besar).

Sementara itu deformasi yang terjadi dapat dilihat dari gambar diatas

dimana deformasi yangterbesar terjadi pada ujung pipa dengan nilai

displacement 0,008765 mm. Hal ini sangat wajar karena posisi inilah diberikan

gaya. Sedangkan deformasi yang terkecil terjadi pada pangkal pipa dengan nilai

displacement 1,00e-30 mm dan bisa dibilang tidak terjadi deformasi karena

nilainya sangat kecil sekali dan ini sangat wajar karena di posisi ini pipa tersebut

dijepit.

6. Kesimpulan

Dari hasil simulasi stress analysis menggunakan Program aplikasi COSMOS

Xpress pada pipa yang diberi tegangan dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut :

Tegangan terbesar terjadi pada bagian awal pipa yang terkecil

dengan nilai tegangan 29332652 N/m2

Tegangan terkecil terjadi pada daerah ujung pipa yang terbesar

dengan nilai tegangan 19368632,9 N/m2

Deformasi terbesar terjadi pada ujung pipa dengan displacement

sebesar 0,008765 mm

Deformasi terkecil terjadi pada pangkal pipa dengan displacement

sebesar 0,008765 mm

1,00e-30 mm

7. Referensi :

Shigley , Joseph e. Standard handbook of machine design. 3rd_edition.

http://agus.fikri.googlepages.com/SolidWorksl-COSMOSXpressLever1.pdf

http://classes.engr.oregonstate.edu/engr/winter2007/engr248-001/Materials/Lab%20Files/ENGR248%20Lab08.doc

http://www.me.cmu.edu/academics/courses/NSF_Edu_Proj/Statics_Solidworks/ansysx.htm

http://www.me.cmu.edu/academics/courses/NSF_Edu_Proj/Statics_Solidworks/index.htm

http://www.cadfamily.com/download/CAE/FEA/Solidworks-Cosmos-Tut3.pdf

http://helicesar.wordpress.com/2009/04/12/analisa-tegangan-pipa-pada-melibur-plant-dengan-metode-elemen-hingga/

http://www.migas-indonesia.com/files/article/Longitudinal_crack_pada_pipa.doc

8. Lampiran

Diagram konsentrasi tegangan dan radius takikan berbanding diameter

penampang.