i

ANALISIS TEGANGAN PADA BRACKET ENGINE

MOUNTING BERDASARKAN GEOMETRI

REVERSE ENGINEERING

Skripsi

Oleh :

MUHAMMAD SHOLIKIN

003201305017

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

PRESIDENT UNIVERSITY

2016

ii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini, mahasiswa Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, President University.

Nama : Muhammad Sholikin

NIM : 003201305017

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan Judul Analisis

Tegangan pada Bracket Engine Mounting Berdasarkan Geometri Reverse

Engineering, adalah :

Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan literatur, hasil kuliah,

survei lapangan, bimbingan, serta jurnal acuan yang tertera dalam referensi

pada tugas akhir ini.

Bukan merupakan duplikasi karya tulis yang telah dipublikasikan atau

pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di perguruan tinggi lain,

kecuali bagian-bagian tertentu digunakan sebagai referensi pendukung untuk

melengkapi sumber informasi.

Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku-buku atau

jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada tulisan tugas akhir saya.

Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah dinyatakan seperti diatas, maka

tugas akhir saya ini akan dibatalkan.

Cikarang, Maret 2016

Yang membuat pernyataan,

Muhammad Sholikin

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

ANALISIS TEGANGAN PADA BRACKET ENGINE

MOUNTING BERDASARKAN GEOMETRI

REVERSE ENGINEERING

Disusun oleh : Muhammad Sholikin

NIM : 003201305017

Program Studi : Teknik Mesin

Telah diperiksa dan disetujui untuk diajukan serta dipertahankan dalam

ujian komprehensif guna memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Fakultas Teknik President University

Jakarta, Maret 2016

Menyetujui,

Dosen Pembimbing

(Dr. Lydia Anggraini, S.T, M.Eng)

iv

Motto

Bersyukur membebaskan diri dari belenggu

kecemasan atas kesalahan, syukuri setiap nikmat

pemberian-Nya, karena di balik kesyukuran

terdapat pendidikan jiwa.

v

ABSTRAK

Skripsi ini membahas mengenai kajian teoritis dan komputasional terkait dengan

bracket engine mounting yang mengalami crack pada beban 38000 Newton. Untuk itu

laporan skripsi ini diberi judul “Analisis Tegangan pada Bracket Engine Mounting

Berdasarkan Geometri Reverse Engineering”. Reverse engineering adalah sebuah

proses dalam bidang manufacturing bertujuan untuk mereproduksi atau membuat

ulang model yang sudah ada. Terdapat tiga tahapan dalam proses penelitian ini, yaitu

data acquisition, 3D modeling dan analisis design. Product yang dianalisis

mempunyai karakter warna yang shine, sehingga tidak dapat ter-capture oleh kamera

scanner pada saat proses 3D scanning, untuk itu diperlukan coating agar dapat ter-

capture, yaitu dengan menerapkan developer. Hasil dari data acqusition berupa 3D

produk dalam format .stl. Dari data ini dilakukan pembuatan 3D model, tingkat

penyimpangan menunjukkan kualitas design dari hasil 3D modeling. Penyimpangan

terbesar adalah -0.8 mm pada bagian potongan runner. Gemoteri 3D bracket

kemudian dilakukan analisis design dengan menggunakan metode elemen hingga

dengan bantuan perangkat lunak. Untuk pengujian material bracket dengan

menggunakan spectrometer, jenis materialnya adalah alumunium AC4CH. Analisis

pengujian tegangan pada bracket menunjukan terdapat konsentrasi tegangan pada

bagian tengah dan area sekitar lubang baut, hal ini dapat menyebabkan potensial

crack.

Kata Kunci : Reverse engineering, 3D model, bracket

vi

ABSTRACT

This thesis discusses the theoretical and computational studies related to the engine

mounting bracket which suffered a crack in load 38000 Newton. Therefore this thesis

report is titled “Stress Analysis on Engine Mounting Bracket Based on Reverse

Engineering Geometry”. Reverse engineering is a process in the manufacturing field

which aims to reproduce or recreate an existing model. There are three stages in this

research process, namely data acquisition, 3D modeling and design analysis. The

analyzed products has the character color shine, so that the camera can not be a

scanned by a scanner during the process of 3D scanning, for that needed a coating so

that objects can be a scanned, with applying developer. Results of data acquisition, in

the form 3D products in .stl format. This data is conducted from making of 3D

models, the level of deviation indicates the quality of the design, from the results of

3D modeling. The deviation is -0.8 mm in the cut part runner. 3D geometry bracket,

then analyzed the design by using the finite element method with the help of software.

For material testing bracket by using a spectrometer, the type of material is aluminum

AC4CH. Analysis of stress testing in the bracket, shows there is a high stress

concentration at the center and the area around the bolt holes. This will lead to a

potential crack when given force by 44100 Newton.

Keywords : Reverse engineering, 3D model, bracket

vii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah

melimpahkan nikmat dan karunia-NYA, sehingga penulis dapat menyelesaikan

laporan skripsi dengan judul “ANALISIS TEGANGAN PADA BRACKET

ENGINE MOUNTING BERDASARKAN GEOMETRI REVERSE

ENGINEERING”, tepat pada waktunya. Laporan ini dibuat sebagai syarat untuk

memperoleh gelar sarjana teknik mesin di fakultas teknik President University. Dalam

menyelesaikan laporan ini tidak terlepas dari dukungan banyak pihak, untuk itu

penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada :

1. Bapak Dr.Ing. Erwin Sitompul, selaku Dekan Fakultas Teknik, President

University.

2. Ibu Dr. Lydia Anggraini, S.T, M.Eng, selaku Kepala Program Studi Teknik

Mesin sekaligus dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran dan

masukan kepada penulis dalam menyelesaikan laporan ini.

3. Bapak Ihsan Ahmad Zulkarnain, S.T, M.T. yang telah memberikan masukan

dalam pembuatan laporan.

4. Dosen pengajar dan juga staf di lingkungan President University yang telah

membantu dalam proses dan selesainya laporan ini.

5. Orang tua tercinta yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungan kepada

penulis dalam banyak hal, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan

laporan ini.

6. Keluarga yang senantiasa menjadi tempat untuk berbagi dalam setiap suka dan

duka.

7. Bapak Arifin, selaku pembimbing lapangan dalam memberikan motivasi, arahan,

saran untuk menyelesaikan laporan ini.

8. Karyawan dan rekan – rekan kerja yang telah memberikan support, sharing,

pengalaman dan masukan kepada penulis.

9. Teman – teman satu angkatan jurusan Teknik Mesin President University, yang

telah memberikan semangat, motivasi dan bantuan dalam menyelesaikan setiap

problem dalam perkuliahan, terutama dalam menyelesaikan laporan skripsi ini.

viii

10. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam melakukan kegiatan penelitian

sampai menyelesaikan laporan ini.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan rahmat dan berkah atas semua

dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis sadar dalam menyusun laporan ini

menemui beberapa kesulitan dan hambatan. Di samping itu juga menyadari bahwa

penulisan laporan ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak kekurangan –

kekurangan lainnya, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang

membangun dari semua pihak. Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi

penulis pribadi dan bagi pembaca pada umumnya.

Cikarang, Maret 2016

Penulis :

Muhammad Sholikin

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... iii

MOTTO .................................................................................................................. iv

ABSTRAK ............................................................................................................. v

KATA PENGANTAR ............................................................................................ vii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xiii

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1

1.1. Latar Belakang.................................................................................. 1

1.2. Perumusan Masalah .......................................................................... 2

1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 2

1.4. Tujuan dan Manfaat .......................................................................... 3

1.5. Sistematika Penulisan Laporan......................................................... 3

BAB II STUDI PUSTAKA .......................................................................... 5

2.1. Reverse Engineering (Rekayasa Terbalik / Mundur) ....................... 5

2.1.1. Data Acquisition ............................................................................... 6

2.1.2. Pre-Processing ................................................................................. 7

2.1.3. Feature Extraction dan Triangulation.............................................. 7

2.1.4. Segmentation and Surface Fitting .................................................... 7

2.1.5. CAD Model (Export) ........................................................................ 8

2.2. 3D Scanner ....................................................................................... 8

2.3. Metode 3D Scanner .......................................................................... 9

2.3.1. 3D Scanner Contact ......................................................................... 9

2.3.2. 3D Scanner Non Contact .................................................................. 10

2.4. Permodelan Geomatri ....................................................................... 12

x

2.5. Permodelan Objek ............................................................................ 13

2.6. CAD .................................................................................................. 14

2.7. Penggambaran 2D ............................................................................ 14

2.8. Tipe Objek 3D .................................................................................. 15

2.8.1. Wireframe ......................................................................................... 16

2.8.2. Surface Modeling.............................................................................. 17

2.8.3. Solid Modeling.................................................................................. 18

2.9. Metode Elemen Hingga .................................................................... 22

2.10. Matrik ............................................................................................... 23

2.11. Langkah –Langkah Metode Elemen Hingga .................................... 25

2.11.1. Diskretisasi dan Pemilihan Elemen ................................................. 25

2.11.2. Pemilihan Fungsi Perpindahan ........................................................ 26

2.11.3. Menentukan Hubungan Tegangan dan Regangan ........................... 26

2.11.4. Menentukan Matrik dan Persamaan dan Kekakuan Elemen ........... 27

2.11.5. Menggabungkan Persamaan Elemen Untuk Memperoleh Rumus

Global dan menentukan Kondisi Batas (Boundary Condition) ....... 28

2.11.6. Menyelesaikan Derajat Kebebasan (DOF) yang Tidak Diketahui .. 28

2.11.7. Menghitung Harga Tegangn dan Regangan .................................... 28

2.11.8. Interpretrasi Hasil ............................................................................ 29

2.12. Tegangan dan Regangan ................................................................. 29

2.12.1. Tegangan ......................................................................................... 29

2.12.2. Regangan ......................................................................................... 29

2.12.3. Hukum Hooke ................................................................................. 30

2.12.4. Konstanta Pegas............................................................................... 30

2.12.5. Tegangan Geser ............................................................................... 31

2.12.6. Modulus Geser................................................................................. 32

2.12.7. Rasio Poisson................................................................................... 32

2.12.8. Faktor Konsentrasi Tegangan .......................................................... 32

2.12.9. Faktor Keamanan............................................................................. 33

2.12.10. Torsi Bolt ....................................................................................... 33

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 34

3.1. Pengertian Metodologi Penelitian .................................................... 34

3.2. Alat, Perlengkapan dan Bahan ......................................................... 34

xi

3.2.1. Peralatan dan Perlengkapan dalam Proses 3D scanning .................. 34

3.3. Langkah - Langkah Penelitian ......................................................... 38

3.3.1. Diagram Alir Proses 3D Scanning .................................................... 39

3.3.2. Diagram Alir 3D Modeling ............................................................... 42

3.3.3. Diagram Alir Penyelasaian Dengan Elemen Hingga (FEA) ............ 44

3.4. Parameter & Requirement Data Pengujian ....................................... 45

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ................................................................ 46

4.1. 3D Modeling ..................................................................................... 46

4.1.1. Segmentation .................................................................................... 47

4.1.2. Set Datum ( Alingment) .................................................................... 48

4.1.3. Surface & Solid Model ..................................................................... 50

4.1.4. Penyimpangan (Akurasi) .................................................................. 51

4.1.5. 3D & 2D Model ................................................................................ 52

4.2. Data –Data Pengujian ....................................................................... 53

4.3. Analisis Menggunakan Elemen Hingga ........................................... 56

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 65

5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 65

5.2. Saran .................................................................................................. 65

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Komponen pengujian .............................................................................. 45

Tabel 4.1 Sampel verifikasi dimensi ....................................................................... 52

Tabel 4.2 Komposisi material AC4CH ................................................................... 54

Tabel 4.3 Mechanical properties material AC4CH ............................................... 54

Tabel 4.4 Komposisi material S 45C ...................................................................... 54

Tabel 4.5 Mechanical properties material S 45C ................................................... 55

Tabel 4.6 Komposisi material bolt .......................................................................... 55

Tabel 4.7 Mechanical properties material bolt ....................................................... 55

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tahapan umum proses reverse engineering ........................................ 5

Gambar 2.2 CMM scanning system ........................................................................ 6

Gambar 2.3 Metode scanning non kontak .............................................................. 6

Gambar 2.4 Triangulation ...................................................................................... 7

Gambar 2.5 Segmentation ...................................................................................... 8

Gambar 2.6 3D scanner .......................................................................................... 9

Gambar 2.7 Skema metode triangulation ............................................................... 10

Gambar 2.8 Prinsip dari time of flight ..................................................................... 11

Gambar 2.9 Definisi geometri................................................................................. 13

Gambar 2.10 Permodelan gambar 2D ..................................................................... 15

Gambar 2.11 Model wireframe ............................................................................... 16

Gambar 2.12 Model surface ................................................................................... 17

Gambar 2.13 Model solid ....................................................................................... 18

Gambar 2.14 Operasi boolean ................................................................................ 19

Gambar 2.15 Sweeping ........................................................................................... 22

Gambar 2.16 Elemen dan nodal .............................................................................. 25

Gambar 2.17 Elemen satu dimensi ......................................................................... 26

Gambar 2.18 Elemen dua dimensi .......................................................................... 26

Gambar 2.19 Elemen tiga dimensi .......................................................................... 26

Gambar 2.20 Tegangan geser pada keling .............................................................. 31

Gambar 2.21 Regangan geser ................................................................................. 31

Gambar 3.1 3D scanner dan pernagkat komputer .................................................. 35

Gambar 3.2 Developer ............................................................................................ 35

Gambar 3.2 Cleaner ................................................................................................ 36

Gambar 3.2 Jenis – jenis point ................................................................................ 36

Gambar 3.5 Meja putar ........................................................................................... 37

Gambar 3.6 Peralatan pendukung ........................................................................... 38

Gambar 3.7 Langkah atau alur penelitian ............................................................... 38

Gambar 3.8 Diagram alir 3D scanning ................................................................... 39

Gambar 3.9 Penempatan point ................................................................................ 40

Gambar 3.10 Pemberian developer pada benda kerja ............................................. 41

xiv

Gambar 3.11 Cleaning point dari developer ........................................................... 41

Gambar 3.12 3D scanning ...................................................................................... 42

Gambar 3.13 Diagram alir 3D modeling................................................................. 42

Gambar 3.14 Diagram alir penyelesaian dengan metode elemen hingga ............... 44

Gambar 3.15 Arah dan posisi gaya ......................................................................... 45

Gambar 4.1 Tampilan dari software rapidform (geomagic design x) .................... 46

Gambar 4.2 Tampilan dari software solidwork ..................................................... 46

Gambar 4.3 Meshing .............................................................................................. 47

Gambar 4.4 Segmentation ...................................................................................... 48

Gambar 4.5 Region plane ...................................................................................... 48

Gambar 4.6 Aligment process ................................................................................. 49

Gambar 4.7 Pandangan dari produk bracket .......................................................... 49

Gambar 4.8 Mesh sketch ........................................................................................ 50

Gambar 4.9 Plane & sketch ................................................................................... 50

Gambar 4.10 Surfacing .......................................................................................... 51

Gambar 4.11 Bentuk solid ..................................................................................... 51

Gambar 4.12 Penyimpangan .................................................................................. 51

Gambar 4.13 3D verifikasi ..................................................................................... 53

Gambar 4.14 2D drawing ...................................................................................... 53

Gambar 4.15 Tampilan software altair hyperwork ................................................ 56

Gambar 4.16 Meshing ............................................................................................ 57

Gambar 4.17 Contoh pengecekan elemen ............................................................. 58

Gambar 4.18 Input parameter ................................................................................ 58

Gambar 4.19 Proses running pada software ........................................................... 59

Gambar 4.20 Hasil analisis konsentrasi tegangan profil bagian dalam .................. 60

Gambar 4.21 Hasil analisis konsentrasi tegangan profil bagian luar ...................... 61

5

BAB II

STUDI PUSTAKA

2.1. Reverse Engineering (Rekayasa Terbalik/Mundur)

Reverse engineering dapat dimanfaatkan untuk mengevaluasi sistematis dari

suatu produk dengan tujuan replika atau pembuatan model baru karena bagian

yang rusak umumnya terlalu mahal untuk mengganti atau tidak tersedia lagi

(Bagci, E. 2009). Menurut Urbanic, R. J. Dkk. (2008) Reverse engineering

adalah sebuah proses dalam bidang manufacturing yang bertujuan untuk

mereproduksi atau membuat ulang model yang sudah ada baik komponen, sub

asemmbly, atau produk tanpa menggunakan data – data dokumen design atau

gambar kerja yang sudah ada. Reverse engineering juga didefinisikan sebagai

proses untuk mendapatkan model CAD (Computer Aided Design) geometris

dari 3-D poin yang diperoleh dari scanning atau digitalisasi produk yang

sudah ada (Vinesh Raja and Kiran J. Fernandes (2008). Pada gambar di bawah

ini menunjukkan tahapan proses reverse engineering.

Gambar 2.1 Tahapan umum proses reverse engineering (Kumar, A., Jain, P.K.

& Pathak, P.M. 2013)

6

2.1.1. Data Acquisition

Terdapat dua metode yang dipakai dalam data acquisition yaitu metode

kontak dan metode non – kontak. Metode kontak merupakan metode yang

sederhana, akan tetapi memiliki kendala yaitu adanya kontak langsung dengan

objek dan tidak dapat diaplikasikan untuk objek – objek yang mudah

berdeformasi. Contoh sederhana dalam metode kontak adalah penggunaan

penggaris, caliper, micrometer dan lain sebagainya. Untuk sekarang ini

terdapat peningkatan teknologi dalam metode kontak misalkan dengan

mengunakan CMM (Coordinate Measure Machine).

Gambar 2.2 CMM scanning system

Metode non kontak merupakan bentuk pengembangan untuk mengatasi

permasalahan yang ditemukan pada metode kontak. Metode non-kontak

mengaplikasikan gelombang cahaya seperti laser scanning atau sinar yang

terstruktur dengan bantuan medium udara sebagai pengganti sensor kontak

yang digunakan sebagai alat pemindai atau sering disebut dengan Technology

Structure Ligth System.

Gambar 2.3 Metode scanning non kontak

7

2.1.2. Pre-Processing

Dalam tahapan ini diperoleh data dari hasil scanning dimana data tersebut

diproses untuk menghilangkan noise dan mengurangi jumlah point. Dalam

tahapan ini dapat dilakukan juga penggabungan data yang multiple. Penentuan

datum sebagai referensi juga sangat penting, hal ini akan mengurangi tingkat

kesalahan dalam menggabungkan data multiple scan.

2.1.3. Feature Extraction dan Triangulation

Polygon mesh dapat secara otomatis dan efisien dibuat untuk satu set point

data. Konsep dasar dalam delaunay triangulation adalah triangulation.

Triangulation adalah proses pembentukan atau pembagian point data dalam

bentuk triangles. Dalam tahapan ini data triangulation of point dilakukan

dengan membuat triangular mesh menggunakan algoritma yang sesuai.

Gambar 2.4 Triangulation

Selain delaunay triangulation, terdapat beberapa alogaritma matematika yang

terkenal untuk triangulation, termasuk marching cubes, bentuk alpha, ball

pivoting algorithm (BPA), poisson surface reconstruction dan moving least

squares dan lain lain.

2.1.4. Segmentation and Surface Fitting.

Tahapan ini merupakan tahapan yang paling kompleks dalam reverse

engineering. Segmentation adalah proses pemisahan dari triangular mesh

menjadi region group.

8

Gambar 2.5 Segmentation

Langkah selanjutnya dalam proses ini adalah membuat 3D solid modeling

dengan cara menggabungkan pembentukan surface pada masing masing profil

objek benda.

2.1.5. CAD Model (Export)

Setelah dilakukan pembentukan model 3D, model ini harus diekspor ke dalam

format file yang konvensional melalui standar format IGES, Parasolid, or

STEP. Dalam format file ini bisa diimpor ke dalam software CAD yang

kemudian dapat dilakukan revisi maupun penambahan profil model 3D.

2.2. 3D Scanner

3D laser scanner adalah suatu alat yang dapat menganalis objek tiga dimensi

dan mengumpulkan data yang dimungkinkan untuk disusun menjadi model 3

dimensi. Berbeda dengan scanner biasa yang hanya mampu menampilkan data

dalam bentuk 2D saja. Hal ini dapat dimungkinkan dengan membentuk cloud

point dalam jumlah banyak yang merefleksikan permukaan objek benda. Pada

gambar di bawah ini dapat dilihat contoh dari laser 3D scanner.

Rotation Free form

Extrusion Cylinder

Plane Unrecognizable region

9

Gambar 2.6 3D scanner

Scanner ini prisipnya hampir sama dengan kamera, dengan sudut pandang

conus. Perbedaannya adalah kamera mengumpulkan informasi data surface

seperti warna dan intensitas cahaya, sedangkan 3D scanner mengumpulkan

informasi jarak dari depan scanner sampai ke permukaan objek yang diamati.

Scanner 3D membutuhkan proses scanning berulang – ulang dengan sudut

pemindaian dan sisi yang berbeda, sedangkan scanner 2D hanya

membutuhkan satu kali proses pemindaian.

2.3. Metode 3D Scanner

Seperti penjelasan sebelumnya bahwa metode dalam 3D scanner dapat

digolongkan menjadi 2 bagian yaitu metode kontak dan metode non kontak.

Salah satu kekurangan dalam metode kontak adalah proses scanning yang

relatif lebih lama jika dibandingkan dengan metode non kontak.

2.3.1. 3D Scanner Contact

Metode kontak merupakan metode yang lazim digunakan dalam melakukan

kegiatan untuk mendapat dimensi suatu produk. Contoh pengguanan 3D

scanner contact ini adalah pada CMM (Coordinate Measuring Machine).

Metode ini menggunakan probe yang disentuhkan pada surface objek benda,

mengumpulkan dan menggabungkan koordinat poin – poin yang terukur.

10

2.3.2. 3D Scanner Non Contact

Metode ini dibedakan menjadi 2 kategori yaitu non contact active 3D scanner

dan non contact pasive 3D scanner.

1. Non contact active 3D Scanner

Yaitu scanner dapat memancarkan cahaya, sinar atau radiasi lainnya yang

akan mendeteksi permukaan objek benda yang dipindai dengan cara

menangkap pantulan tersebut. Berikut ini adalah metode – metode dalam non

contact active 3D scanner.

a. Triangulation

Metode ini menggunakan laser sebagai sumber cahaya, tetapi waktu

tempuh tidak diperhitungkan. Triangulation memperhitungkan jarak lokasi

jatuhnya titik laser pada permukaan benda. Perbedaan jarak dengan

variabel tersebut akan membentuk sebuah segitiga. Pada aplikasinya,

untuk mempercepat proses scanning digunakan laser stripe dibanding

menggunakan laser dot. Prinsip ini disebut triangulation, karena letak

sumber laser dan kamera pengamat membentuk sudut, seperti pada

segitiga siku – siku.

Gambar 2.7 Skema metode triangulation

Metode ini lebih baik dalam hal akurasi perhitungan jarak, tetapi memiliki

keterbatasan untuk masalah range dari laser emitter.

b. Time of flight

Jarak objek diukur dari sensor yang didasarkan pada perhitungan waktu

yang dibutuhkan oleh pancaran radiasi untuk mencapai objek dan kembali

Object

Initial angle

Triangu-

lation Laser

Camera

Point laser

r

α

β

B P

11

ke detector. Laser scanner range finder menemukan jarak dari suatu

permukaan dengan perhitungan waktu perjalanan pulang pergi satu pulsa

cahaya. Hubungan perjalanan pulang pergi gelombang cahaya sangat cepat

untuk mencapai jarak 1 m, waktu yang dibutuhkan adalah sekitar 33

nanodetik. Dengan mengetahui kecepatan cahaya (C) dan waktu (t) dari

pulsa cahaya round-trip, jarak (D) objek dari laser akan setengah dari jarak

perjalanan laser pulse.

Rumus jarak objek :

D = C x

Dimana :

C = Kecepatan gelombang sinar laser (3 x 108 m/s)

Lidar scanner adalah salah satu 3D scanner yang menggunkan metode

time of flight.

Gambar 2.8 Prinsip dari time of flight

c. Conoscopic Holography

Conoscopic Holography menggunakan pancaran laser yang diproyeksikan

ke permukaan objek. Pantulan sinar akan melalui jalur yang sama dengan

jalur sinar yang dipancarkan, hasil interpolasi ke sensor CCD. Hasilnya

akan didapatkan sebuah pola, hasil interpolasi gelombang sinar yang

dipancarkan dengan sinar yang dipantulkan kemudian dianalisis untuk

menghitung jarak dengan permukaan objek.

Time measurement unit

Object

Light pulse

Receiver

θ

12

d. Structured light

Structured light 3D scanner menggunakan single ray part, hal ini

memungkinkan untuk mengatur kedalaman pada sebuah lubang yang

sangat kecil dengan akurat. Keuntungan dari metode ini adalah kecepatan

dalam proses scanning dan memungkinkan proses scanning untuk sebuah

area secara langsung.

e. Modulated light

Metode ini menggunakan pancaran sinar secara continue dengan amplitude

yang berubah – ubah dalam pola gelombang sinusoidal. Sensor

menangkap pantulan sinar dan intesitas cahaya untuk menentukan jumlah

sinar hingga ke permukaan objek.

2. Non contact passive 3D Scanner

Pada umumnya metode ini mendeteksi cahaya yang telihat oleh mata

karena merupakan radiasi pantulan dari lingkungan sekitar. Dalam

beberapa kasus, metode ini menjadi sangat murah tidak memerlukan

perangkat keras tertentu. Metode ini di kelompokkan mejadi 3 jenis yaitu

stereoskopis, silhouette dan user assited.

2.4. Permodelan Geometri

Untuk mencari bentuk permodelan solid apakah merupakan bentuk yang valid

atau tidak maka digunakan rumus matematika Euler. Rumus Euler digunakan

untuk mencari bentuk polyhedron yang tanpa menggunakan lubang.

F – E + V = 2

Keterangan :

F = Faces

E = Edges

V = Vertice

Sedangkan untuk bentuk objek yang menggunakan lubang digunakan

persamaan rumus Euler-Poincare :

13

V – E + F – (L – F) – 2 (S – G) = 0

Keterangan :

L = Jumlah dari edges loops

S = Jumlah shells

G = Jumlah lubang (Genus)

2.5. Permodelan Objek

Model dalam aplikasi teknik selalu terdiri dari geometri, topologi dan

informasi tambahan. Sebuah komponen harus dapat dimodelkan sebelum

benda tersebut digambar. Pada sistem gambar tradisional, komponen

dimodelkan menggunakan geometri 2D yang sederhana.

Gambar 2.9 Definisi geometri

Permodelan komponen 2D tidak dapat memenuhi kebutuhan aplikasi bidang

teknik. Bentuk gambar 2D jika ditampilkan dalam layar selalu tampak datar.

Untuk menampilkan gambar yang lebih mudah dipahami dibutuhkan sebuah

sumbu lagi pada sumbu Z, penambahan ini mengantarkan gambar menuju

gambar 3D. Banyak objek dapat dimodelkan mengunakan bentuk-bentuk

primitif, bentuk yang sesuai yaitu polyhedron. Bentuk ini dibatasi oleh objek

dengan n muka (faces). Masing-masing muka adalah sebuah segi banyak

(polygon), hal ini dapat dimodelkan dengan menggunakan daftar vertices dari

garis. Kerangka kawat (wireframe) dapat ditampilkan kemudian dihasilkan

mengunakan tepi (edges) dari polyhedron.

Geometry

Line L

Cycle C

(x,y) (L1 ∩ L2) (C1 ∩ C2) (L1 ∩ C1) (Center of C1)

(P1 ∩ P2) P1,α (angle) Tangential C1, C2

P1, R P1, P2, P3

Point P

14

2.6. CAD

CAD (Computer Aided Design) adalah suatu program komputer untuk

menggambar suatu produk atau bagian dari suatu produk (wikipedia.org).

Produk yang ingin digambarkan bisa diwakili oleh garis-garis maupun simbol

- simbol yang memiliki makna tertentu. CAD bisa berupa gambar 2 dimensi

dan gambar 3 dimensi (wikipedia.org). Pada tahun 1970 teknologi CAD sudah

mulai diperkenalkan dan digunakan secara luas. Penggunaan CAD sampai

dengan sekarang ini terus berkembang pesat dan akan terus dikembangkan.

Dalam bidang industri otomotif, CAD merupakan bagian yang tidak dapat

dipisahkan.

Sistem CAD secara garis besar terdiri dari tiga hal utama yaitu :

1. Perangkat keras (hardware) berupa komputer dan unit masukan serta unit

keluaran yang berupa printer atau plotter.

2. Sistem operasi yang mana sebuah software yang dapat menghidupkan dan

menjalankan komputer untuk beberapa aplikasi dasar.

3. Software aplikasi, bagian ini merupakan sistem aplikasi yang berbasis

CAD dari masing – masing pembuat CAD yang bisa disebut paket

software.

Perangkat hardware digunakan untuk mendukung fungsi software. Sistem

operasi merupakan penghubung antara aplikasi software dan hardware.

Software aplikasi merupakan inti dari sistem CAD, program ini selalu

konsisten mengerjakan model 2D, 3D gambar serta analisis teknik.

Dalam software CAD dapat diklasifikasikan berdasarkan basis teknologi yang

digunakan yaitu berdasarkan :

1. Gambar 2D

2. Gambar 3D

3. Bentuk surface

4. 3D solid model

5. Analisis teknik

2.7. Penggambaran 2D

2D merupakan sistem penggambaran yang langsung berhubungan dengan

penggambaran secara tradisional. Aplikasi dalam 2D meliputi :

15

1. Diagram kelistrikan

2. Gambar komponen mesin

3. Layout fasilitas

4. Desain komponen elektronik

5. Cortograpy

6. Bidang arsitektur

Gambar 2.10 Permodelan gambar 2D

2.8. Tipe Objek 3D

Dalam gambar 3D dapat digolongkan menjadi tiga bentuk dasar atau objek

yaitu :

1. Wireframe

2. Surface modeling

3. Solid Modeling

Gambar tiga dimensi (3D) adalah bentuk dari benda yang memiliki panjang,

lebar, dan tinggi. Istilah ini biasanya digunakan dalam bidang seni, animasi,

komputer dan matematika.

Component geometry

INOUT VIM PARTNO 123456789

P1=POINT/-7.3972,1.3723,0.9740

C1=CIRCLE/-7.2450,1.7150,0.9740,0.3750

L1=LINE/-7.6200,2.2863,0.9740,-7.6240,1.7150,0.9740

P2=POINT/-7.6200, 2.2863, 0.9740

C2=CIRCLE/-7.2450, 2.2863, 0.9740, 0.3750 P3=POINT/-7.1293,2.6438, 0.9740

C3= CIRCLE/-7.9799,0.0281,0.9740,2.7574

P4=POINT/-5.3578,0.8707,0.9740 C4=CIRCLE/-5.7137,0.7550,0.9740,-5.7137,0.3750

L2=LINE/-6.2850,0.3500, 0.9740,-5.7137,0.3800,0.9740

P5=POINT/-6.2850,0.3500,0.9740 C5=CIRCLE/-6.2850,0.7550,0.9740,0.3750

C6=CIRCLE/-8.0120,-0120,0.9740,1.5148

FINI

16

2.8.1. Wireframe

Wireframe adalah objek yang hanya terdiri atas garis lurus dan garis lengkung

yang mempresentasikan tepi-tepi objek, tanpa permukaan tertutup. Tipe ini

merupakan objek 2D yang digambarkan dalam ruang 3D.

Gambar 2.11 Model wireframe

Dalam model ini tidak terdapat informasi tentang bagian luar maupun bagian

dalam permukaan, semua tampak sama. Model wireframe adalah model yang

bermuka dua. Ketiadaan surface juga membuatnya sulit untuk medukung

penghilangan garis atau meniadakan surface. Model ini mempunyai

kelemahan yaitu tidak adanya permukaan sehingga sebuah objek terlihat

transparan.

17

2.8.2. Surface Modeling

Surface merupakan sebuah objek yang tersusun atas permukaan. Objek ini

dapat diibaratkan seperti dinding tipis pada sebuah kotak, objek surface tidak

memiliki volume (kosong).

Gambar 2.12 Model surface

3D surface dapat didefinisikan oleh persamaan eksplisit dan implisit, sebagai

titik atau kurva, tetapi dalam hal definisi eksplisit surface dua parameter yang

digunakan yaitu u dan v. Nilai – nilai dari parameter tersebut adalah antara 0 –

1. Berikut adalah sebuah contoh yang menunjukkan definisi sebuah bola,

dengan bagian pusat adalah (xo, yo, zo) dengan jari – jari (R).

SURFACES

Explisit definition

Example : Sphere

x = x (u, v)

y = y (u,v)

z = z (u,v)

Implisit definition

u, v

f(x,y,z) = 0

18

Jika suatu surface tidak dapat menggambarkan berdasarkan analisis, maka

surface tersebut disebut surface dengan bentuk yang unik atau sculpture

surfaces. Gambaran matematis dari surface ini mirip dengan spline kurva,

yaitu titik kontrol yang digunakan untuk menentukan surface. Diskripsi

surface parametrik menggunakan dua variabel yaitu u dan v dan surface

didefinisikan oleh fungsi berat (1), (2).

2.8.3.Solid Modeling

Objek solid memiliki mass properties, hal ini menunjukan bahwa objek solid

merupakan benda yang padat dan memiliki titik berat.

Gambar 2.13 Model solid

Solid modeling dapat diklasifikasikan dari penampilan dalam, penampilan ini

adalah bagaimana komputer dapat menyimpan bentuk dari suatu model.

Perbedaan dari penampilan gambar luar adalah bagaimana gambar dapat

ditampilan. Terdapat beberapa tipe dari penampilan dari dalam antara lain :

v=0

v=0.1

v=0.6

v=0.8 u=0.1

u=0.3

u=0.75

u=0.5

19

1. Spatial occupancy enumeration (SOE)

Teknik untuk merekam semua cells yang terpisah–pisah yang merupakan

bagian dari objek. Teknik ini membutuhkan memory yang banyak untuk

menggambarkan objek, karena terdiri dari ratusan objek kecil, berbentuk kotak

yang saling berhubungan. Metode ini digunakan untuk menghitung volume

dari objek.

2. Primitive instancing

Sebuah Objek yang dispesifikasikan pada library dan dibentuk dengan

mengubah parameter primitif-nya. Sebagai contoh, dalam pembuatan silinder

dibuat pada library, model silinder ini akan digunakan untuk model semua

silinder ( untuk semua ukuran).

3. Crontructive solid geometry (CSG)

Crontructive solid geometry (CSG) merupakan bagian utama dari solid model

untuk membuat 3D model. CSG memungkinkan modeler untuk membuat

objek atau permukaan yang kompleks dengan menggunakan operasi boolean

untuk menggabungkan objek tersebut. Benda padat yang paling sederhana

untuk ditampilkan disebut primitif yang biasanya berbentuk objek sederhana

seperti kubus, prisma, silinder, piramida, bola dan kerucut. Himpunan primitif

yang bisa digunakan tergantung dari software yang dipakai.

Gambar 2.14 Operasi boolean

UNION INTERSECT SUBSTRACT

20

Union yaitu membuat dua objek menjadi satu kesatuan objek sehingga dapat

dilakukan manipulasi seperti pada satu objek. Untuk mendapatkan waktu

union dari dua objek tersebut, maka akan dijelaskan sebagai berikut:

t1 = – – + + + + + – – – – + + + + + – –

t2 = – – – – – + + + – – + + + + + – – –

t3 = – – + + + + + + – – + + + + + + – –

t1 = – – + + + + + – – – – + + + + + – –

t2 = – – – – – + + + – – + + + + + – – –

t3 = – – – – – + + – – – – + + + + – – –

Selang waktu dari objek 1 (t1) dan objek 2 (t2) akan digabung atau union

menjadi t3. t3 didapat dengan operasi OR. Tanda plus (+) berarti bahwa waktu

sebuah cahaya sedang berjalan melalui sebuah objek Dan tanda minus (-)

berarti bahwa waktu cahaya sedang berada di udara atau tidak pada objek.

Substract adalah objek yang dihasilkan dari pengurangan objek yang satu oleh

objek yang lain . Untuk mendapatkan waktu substract dari dua objek, maka

akan dijelaskan sebagai berikut:

t1 = – – + + + + + – – – – + + + + + – –

t2 = – – – – – + + + – – + + + + + – – –

t3 = – – – + + + – – – – – – – – – – + – –

Selang waktu dari objek 1 (t1) dan objek 2 (t2) akan mengalami proses

difference menjadi t3, t3 dicari dengan operasi XOR untuk yang bertanda + di

t1. Tanda plus (+) berarti bahwa waktu sebuah cahaya sedang berjalan melalui

sebuah objek dan tanda minus (-) berarti bahwa waktu cahaya sedang berada

di udara atau tidak pada objek.

21

Intersection objek dibuat menjadi sebuah objek yang mengandung semua

bagian dimana kedua objek saling berpotongan. Bila tidak terjadi perpotongan

antara kedua objek tersebut maka objek intersection tidak akan terbentuk.

Untuk mendapatkan waktu intersection dari dua objek, maka digunakan

perhitungan sebagai berikut:

t1 = – – + + + + + – – – – + + + + + – –

t2 = – – – – – + + + – – + + + + + – – –

t3 = – – – – – + + – – – – + + + + – – –

Selang waktu dari objek 1 (t1) dan objek 2 (t2) akan mengalami proses

intersection menjadi t3, t3 dicari dengan menggunakan operasi AND. Tanda

plus (+) berarti bahwa waktu sebuah cahaya sedang berjalan melalui sebuah

objek. Dan tanda minus (-) berarti bahwa waktu cahaya sedang berada di udara

atau tidak pada objek.

4. Boundary representation (B-rep)

Metode boundary representation (B-rep) menggunakan satu atau lebih profil

wireframe untuk membentuk model solid dengan cara extrude, sweep, revolve,

atau membuat skin dari profil-profil tersebut.

5. Sweeping

Sweeping dapat mengubah bentuk primitif ke dalam bentuk yang baru.

Terdapat dua tipe dalam metode sweeping yaitu sweeping translasi dan

sweeping rotasi. Sweeping bentuk translasi untuk mengubah gambar primitif

menjadi bentuk kotak, sedangkan sweeping rotasi untuk membuat bentuk

silinder.

22

Gambar 2.15 Sweeping

6. Cell decomposition

Cell decomposition adalah bentuk umum dari spatial occupancy enumeration,

bentuk ini merupakan bagian yang sederhana dari sebuah model solid.

2.9. Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga adalah metode numerik yang digunakan untuk

memecahkan persoalan dalam bidang rekayasa maupun bidang fisik lainnya.

Beberapa persoalan yang dapat diselesaikan antara lain analisis struktur,

analisis tegangan, perpindahan panas dan masa, dan medan elektromagnetik.

Persoalan yang melibatkan bentuk geometri, kondisi pembebanan dan sifat

mekanik material yang komplek tidak mungkin dipecahkan dengan

menggunakan persamaan atau rumus matematis. Penyelesaian matematis ini,

umumnya memerlukan penyelesaian persamaan deferensial parsial, sehingga

metode elemen hingga dapat digunakan untuk memecahkan permasalahan

tersebut. Hasil dari penggunaan metode elemen hingga berupa harga

pendekatan dari sejumlah titik atau node pada kontinum bodi.

Axis of revolution

Swept surface Generator

curve Swept surface

Swept surface

Axis of revolution

Generator

surface

Swept

solid

Director curve

Translation sweep of a tool

Tool Translation sweep Flotation sweep

= =

23

2.10. Matrik

Perhitungan dengan menggunakan matrik sangat penting di dalam

pemrograman komputer untuk menyelesaikan perhitungan numeris. Matriks

adalah suatu kumpulan bilangan yang diatur di dalam kolom dan baris

sehingga membentuk segi empat siku-siku. Bilangan- bilangan di dalam segi

empat tersebut sering disebut dengan elemen atau unsur. Dimensi matrik

dinyatakan dengan ordo yang menyatakan banyaknya baris ( arah horizontal)

dan banyaknya kolom (arah vertikal) dalam suatu matrik. Suatu matrik yang

mempunyai baris berjumlah m dan kolom berjumlah n maka matrik tersebut

berordo m x n. Misalkan matrik gaya F, yang akan digunakan untuk

mendiskripsikan suatu komponen gaya dalam elemen, terdiri dari gaya-gaya

pada masing-masing node atau simpul (F1x, F1y, F1z, F2x, F2y, F2z,…......…..,

Fnx, Fny, Fnz). Komponen-komponen gaya tersebut beraksi pada node

(1,2,3,…...., n ) yang mengakibatkan perpindahan (displacement) pada

masing-masing node (d1x, d1y, d1z, d2x, d2y, d2z,…….., dnx, dny, dnz). Kedua

matrik tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.

Tanda subskrip disebelah kanan F dan d mengidentifikasikan nomer node dan

arah dari gaya dan perpindahan. Tanda subskrip disebelah kanan F dan d

mengidentifikasikan nomer node dan arah dari gaya dan perpindahan.

Misalnya, F1x menunjukkan komponen gaya pada node 1 dan mempunyai arah

yang sama dengan sumbu X. Matrik pada persamaan diatas disebut dengan

matrik kolom yang mempunyai ordo m x 1. Sedangkan untuk tanda [ ]

menunjukkan matrik kolom. Sehingga seluruh komponen gaya dan

perpindahan di dalam kolom matrik dapat disimbolkan, masing-masing,

sebagai [F] dan [d], sedangkan simbol F dan d dengan garis diatasnya

24

menyatakan matrik secara umum artinya dapat berupa matrik kolom atau

matrik segi empat.

Penggunaan matrik segi empat siku-siku secara umum dinyatakan dengan

simbol { }. Sebagai contoh matrik untuk menyatakan koefisien kekakuan

elemen dan global, masing-masing disimbolkan sebagai {k} dan {K} dan

dinyatakan sebagai berikut :

Besar gaya global pada node F dan perpindahan global pada node d

tergantung dari harga matrik kekakuan global K, dan dinyatakan sebagai

berikut :

Dengan cara subtitusi persamaannya menjadi:

25

2.11. Langkah – Langkah Metode Elemen Hingga

Terdapat dua pendekatan langsung dalam metode elemen hingga yaitu metode

gaya (fleksibelitas) dan metode perpindahan. Metode gaya menggunakan gaya

internal sebagai harga yang tidak diketahui, kemudian diselesaikan.

Sedangkan metode perpindahan mengsumsikan perpindahan node sebagai

harga yang tidak diketahui, kemudian diselesaikan.

Langkah utama dalam penerapan metode elemen hingga adalah :

1. Diskretisasi dan pemilihan elemen

2. Pemilihan fungsi perpindahan

3. Menentukan hubungan tegangan dan regangan

4. Menurunkan persamaan elemen

5. Menggabungkan persamaan elemen untuk memperoleh rumus global

dan menentukan kondisi batas (boundary condition)

6. Menyelesaikan derajat kebebasan yang tidak diketahui

7. Menghitung harga tegangan dan regangan

8. Interpretasi hasil

2.11.1.Diskretisasi dan Pemilihan Elemen

Deskritisasi adalah pembagian bodi kontinum menjadi elemen – elemen. Suatu

massa dibagi kedalam elemen kecil yan disbut finite element. Titik potong dari

sisi – sisi elemen disebut titik nodal (node) dan pertemuan antara elemen –

elemen disebut garis nodal / bidang nodal.

Gambar 2.16 Elemen dan nodal

26

Jenis – jenis elemen dalam metode elemen hingga.

1. Elemen satu dimensi (rods, trusses, beams, frames)

Gambar 2.17 Elemen satu dimensi

2. Elemen dua dimensi (triangular, quadrilateral, plates, shells, 2-D

continua)

Gambar 2.18 Elemen dua dimensi

3. Elemen tiga dimensi (tetrahedral, rectangular prism, 3-D continua)

Gambar 2.19 Elemen tiga dimensi

2.11.2.Pemilihan Fungsi Perpindahan

Fungsi perpindahan mendefinisikan harga perpindahan dari setiap node dan

jenis fungsi tersebut tergantung darai jumlah node yang digunakan di dalam

elemen. Jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linier, kwadratik dan

kubik polynomial.

2.11.3.Menentukan Hubungan Tegangan dan Regangan

Untuk mendapatkan persamaan elemen dalam prinsip energi potensial

minimum, harus didefinisikan besaran – besaran yang tercakup didalamnya.

Untuk stress – deformation problem, besaran tersebut adalah regangan dari

27

peralihan titik. Sebagai contoh, dalam kasus deformasi yang terjadi hanya

dalam satu arah y, regangan y dianggap cukup kecil dan dinyatakan sebagai

berikut :

Keterangan : v merupakan deformasi arah y.

Hukum hooke dapat dipakai untuk mendefinisikan hubungan tegangan –

regangan pada suatau massa yang masif.

Dimana : ζy = Tegangan

Ey = Modulus elastisitas

Substitusi untuk kedua persamaan di atas, maka diperoleh persamaan :

2.11.4.Menentukan Matrik dan Persamaan dan Kekakuan Elemen

Terdapat tiga metode dalam menentukan persamaan kekakuan elemen, metode

tersebut adalah :

1. Metode kesetimbangan langsung

Hubungan antara gaya, kekakuan dan deformasi pada suatu elemen ditentukan

berdasarkan prinsip – prinsip kesetimbangan gaya.

2. Metode energi

Metode ini merupakan pendekatan yang dapat mencakup hampir semua

tingkat kompleksifitas dari suatu model.

3. Metode galerkin

Metode ini digunakan pada saat metode energi tidak dapat digunakan. Metode

ini dapat mengadopsi langsung persamaan diferensial.

28

2.11.5.Menggabungkan Persamaan Elemen Untuk Memperoleh

Rumus Global dan Menentukan Kondisi Batas (Boundary

Condition)

Pada langkah ini akan diperoleh persamaan untuk seluruh sistem yang

menentukan pendekatan perilaku struktur secara keseluruhan, persamaan

tersebut digabungkan untuk memperoleh persamaan global. Bentuk

persamaannya adalah :

{F}= [K] {d}

Keterangan :

{F} = vektor gaya global pada titik baik yang diketahui maupun tidak

diketahui.

[K] = metrik kekakuan global dari sistem struktur, sifatnya singular atau det

[K] = 0

{d} = vektor deformasi yang diketahui maupun tidak diketahui.

2.11.6.Menyelesaikan Derajat Kebebasan (DOF) yang Tidak

Diketahui

Persamaan dari sistem menjadi :

Dimana :

n = jumlah DOF yang tidak diketahui.

Matrik [K] bersifat non-singular (det [K] ≠ 0). Pada umumnya penyelesaian

menggunakan metode eliminasi gauss, iterasi gauss-seidel dan lainnya.

2.11.7.Menghitung Harga Tegangan dan Regangan

Setelah diketahui harga perpindahan pada masing - masing node pada langkah

sebelumnya, maka nilai tegangan dan regangan dapat diketahui.

29

2.11.8.Interpretasi Hasil

Hasil berupa deformasi, tegangan, dan regangan sebagai dasar dalam menilai

model atau desain yang dibuat. Dari sini dapat diambil keputusan misalnya,

suatu struktur mempunyai kekuatan atau tidak karena kondisi suatu

pembebanan tertentu.

2.12. Tegangan dan Regangan

Gaya yang bekerja pada suatu benda dapat menimbulkan reaksi berupa gaya

dalam struktur material ( yang besarnya sama, tetapi berlawanan arah) jika

terdapat suatu tahanan. Gaya ini mengakibatkan terjadinya tegangan di dalam

struktur material benda, karena gaya akan terbagi rata di setiap satuan luas

bidang penampang.

2.12.1.Tegangan

Benda yang mengalami deformasi akibat gaya dari luar, molekulnya akan

membentuk tahanan terhadap deformasi. Tahanan ini per satuan luas disebut

dengan tegangan. Tegangan yang bekerja pada suatu penampang didefinisikan

sebagai berikut :

σ =

Dimana :

ζ = Tegangan (N/m2)

P = Beban atau gaya (N)

A = Luas Penampang (m2)

2.12.2.Regangan

Regangan merupakan pertambahan panjang suatu struktur benda akibat dari

gaya atau pembebanan. Regangan dapat dirumuskan sebagai berikut :

ε =

Dimana :

ε = Regangan

δ = Perubahan panjang (mm)

30

L = Panjang mula – mula (mm)

2.12.3.Hukum Hooke

Hukum hooke berbunyi :”Jika benda dibebani dalam batas elastisitas, maka

tegangan berbanding lurus dengan regangannya”. Secara matematis dapat

dirumuskan sebagai berikut :

Tegangan berbanding lurus dengan regangan, dalam daerah elastisnya, yaitu

atau E =

=

Dimana :

E = Modulus elastisitas atau modulus young (N/m2)

ζ = Tegangan ( N/m2)

ε = Regangan

L = Luas penampang suatu bahan (m2)

ΔL = Pertambahan panjang ( m )

Modulus elastisitas menunjukkan tingkat elastisitas bahan.

2.12.4.Konstanta Pegas

Konstanta pegas menunjukkan kekuatan dari suatu pegas. Semakin besar nilai

konstanta pegas, maka semakin sulit untuk menarik atau menekan pegas

tersebut.

Persamaan dari kosntanta pegas yang berhubungan dengan modulus young

adalah :

Dimana :

k = Konstanta atau tetapan pegas (N/m)

31

2.12.5.Tegangan Geser

Pada saat penampang mendapat dua gaya yang besarnya sama dan berlawanan

arah, serta bekerja secara tangensial pada penampang tersebut, akibatnya

benda tersebut cenderung robek malalui penampang tersebut, tegangan yang

ditimbulkan disebut tegangan geser. Untuk regangannya disebut dengan

regangan geser.

Gambar 2.20. Tegangan geser pada keling

Gambar 2.21. Regangan geser

Sebagai contoh pada gambar 2.21. sebuah kubus diberi gaya P, maka dapat

dirumuskan :

Tegangan Geser ( η ) =

32

2.12.6.Modulus Geser

Modulus geser merupakan perbandingan antara tegangan geser dengan

regangan geser.

atau :

Dimana :

η = Tegangan Geser

ø = Regangan Geser

C = Konstanta (modulus geser)

2.12.7.Rasio Poisson

Suatu benda apabila diberi gaya tarik maka akan mengalami deformasi lateral

(mengecil). Jika sebuah benda mengalami tegangan pada daerah elastisnya,

regangan lateral mempunyai rasio konstan terhadap regangan linier, di

rumuskan :

Konstanta ini disebut dengan rasio poisson (1/m atau µ), secara matematik :

Regangan lateral =

2.12.8.Faktor Konsentrasi Tegangan

Dalam desain dengan menggunakan tegangan maksimum, nilai faktor

konsentrasi tegangan (K) diperhitungkan dalam persamaan (dapat dilihat pada

persamaan di bawah ini).

ζmax = K

Momen Inersia

I =

(profil segi empat)

ζmax =

Keterangan :

I= Section moment of inertia, M = Momen (Nm)

b

h

c

33

2.12.9.Faktor Keamanan

Faktor keamanan didefinisikan sebagai berikut :

1. Perbandingan antara tegangan maximum dengan tegangan kerja aktual

2. Perbandingan antara teganan luluh (ζy) dengan tegangan kerja.

3. Perbandingan antara tegangan ultimate dengan tegangan kerja.

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan

dari suatu desain.

2.13. Torsi Bolt

Bolt merupakan salah satu fastener yang paling banyak digunakan dalam

dunia industri. Dalam kebanyakan situasi dan kondisi terdapat hubungan yang

relatif sederhana antara torsi yang diterapkan pada baut atau mur dan gaya

yang diciptakan di dalamnya, sehingga dapat dirumuskan sebagi berikut:

T = K x d x F

Dimana :

T = Torsi ( Nm)

d = Diamater baut ( m)

F = Gaya ( N)

K = Nut factor

Nilai dari k :

Bolt Condition K

Non-plated, black finish 0.20-0.30

Zinc-plated 0.17-0.22

Lubricated 0.12-0.16

Cadmium-plated 0.11-0.15

SF

SF

SF

34

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Pengertian metodologi penelitian

Metode penelitian adalah cara berfikir dan berbuat yang dipersiapkan dengan

baik untuk mengadakan penelitian dan untuk mencapai tujuan penelitian.

Sedangkan metodologi penelitian adalah sekumpulan peraturan, kegiatan, dan

prosedur yang digunakan oleh pelaku suatu disiplin ilmu. Menurut Prof .Dr.

Suryana (2010), metode penelitian adalah prosedur atau langkah - langkah

dalam mendapatkan pengetahuan ilmiah atau ilmu. Metodologi penelitian

bertujuan untuk mengetahui sesuatu yang dilakukan melalui berbagai cara

dengan sistematis.

3.2. Alat, Perlengkapan dan Bahan

` Untuk bahan / benda yang dianalisis adalah bracket.

Perangkat software yang digunakan dalam melakukan penelitian adalah:

1. ATOS II

2. Rapidform (geomagic design x)

3. Solid work

4. Altair Hyperwork

3.2.1. Peralatan dan Perlengkapan dalam Proses 3D Scanning

Dalam melakukan proses scanning diperlukan peralatan dan perlengkapan

yang digunakan diantaranya :

1. Seperangkat 3D laser scanner

3D scanner yang digunakan adalah jenis non kontak yaitu ATOS II dari GOM

(Gesellschaft für Optische Messtechnik). Laser pada 3D scanner teridri dari 2

lensa kamera dan satu sumber cahaya pada bagian tengah, sedangkan untuk

software-nya adalah ATOS Profesional V7 SR2.

35

Gambar 3.1 3D scanner dan perangkat komputer

Perangkat scanner ini memiliki 2 jenis kamera untuk meng-capture objek

benda yaitu kamera kecil dan besar. Masing – masing kamera digunakan

sesuai dengan ukuran dari objek benda. Kamera kecil sangat sensitif terhadap

getaran sehingga dalam penggunaannya harus diperhatikan benar – benar

standar getaran yang diperbolehkan.

2. Developer

Developer berfungsi sebagai lapisan atau coating yang berfungsi menutupi

profil permukaan benda kerja yang akan di scan. Developer ini digunakan

untuk produk – produk yang mempunyai karakter warna shine atau mengkilat

karena karakter warna tersebut akan bersifat memantultan cahaya.

Gambar 3.2 Developer

3. Cleaner

Cleaner adalah bahan yang digunakan untuk membersihkan benda kerja dari

kotoran, air dan minyak. Kotoran, air dan minyak harus dibersihkan untuk

mencegah terjadinya data scan yang tidak valid. Cleaner ini berbentuk cairan

yang dapat disemprotkan dan cepat menguap.

36

Gambar 3.3 Cleaner

4. Point

Point berfungsi sebagai titik referensi dari objek benda yang akan di scan,

point ini terbuat dari bahan khusus yang dapat terbaca sebagai titik – titik dari

objek benda yang kemudian dibaca oleh program sebagai referensinya

(koordinat benda kerja). Terdapat beberapa jenis dan ukuran dari point ini

diantaranya :

Gambar 3.4 Jenis – jenis point

37

Semakin besar objek bendanya, maka point yang dapat ditempatkan juga

semakin banyak. Dalam penggunaannya, point ini juga berkaitan dengan besar

kecilnya objek benda dimana ukuran objek benda yang besar dapat

menggunakan jenis point yang besar. Terdapat 3 jenis ukuran point yaitu :

Ø 0.5 mm, Ø 1.5 mm dan Ø 5 mm.

Dalam melakukan scanning produk bracket digunakan point dengan diameter

0.5 mm.

5. Meja putar

Meja putar berfungsi sebagai tempat menaruh benda kerja yang dapat berputar

secara manual maupun otomatis.

Gambar 3.5 Meja putar

Meja ini dapat diputar 360°, sehingga dalam melakukan proses pengerjaan

dapat mengambil posisi benda uji secara menyeluruh.

6. Alat pendukung

Beberapa peralatan pendukung yang digunakan adalah :

Pembersih debu Pinset

38

Gambar 3.6 Peralatan pendukung

3.3. Langkah – Langkah Penelitian

Berikut ini adalah langkah – langkah yang dilakukan dalam melakukan

reverse engineering dan analisis :

Gambar 3.7 Langkah atau alur penelitian

1

2

3

Cutton Bud

DATA ACQUISITION

(3D SCANNING)

3D MODELING

FEA-CAE

39

3.3.1. Diagram Alir Proses 3D Scanning

Berikut ini adalah diagram alir dalam proses 3D scanning :

Gambar 3.8 Diagram alir 3D scanning

1. Pre-scanning

Pre-scaning merupakan tahap awal dalam melakukan proses 3D scanning.

Dalam proses ini dipersiapkan peralatan dan alat pendukung lainnya agar

proses scanning dapat berjalan lancar serta tidak berulang – ulang.

Langkah – langkah yang dilakukan dalam pre-scanning adalah :

40

a. Memastikan power supply tetap terjaga.

b. Mempersiapkan peralatan yang dibutuhkan.

c. Menyalakan program dan equipment scanning selama ± 15 menit, hal ini

dilakukan agar dalam proses tidak terjadi program jammed atau error.

d. Melakukan penyetingan kamera dan kalibrasi scanner.

2. Cleaning benda kerja

Benda kerja yang akan di scan dibersihkan dari minyak, air dan kotoran

menggunakan kain lap dan cleaner. Dalam proses ini sangat diperhatikan

kebersihannya agar data 3D yang dihasilkan dapat seaktual mungkin.

3. Reference point

Pemberian point pada benda kerja maupun meja putar sangat menentukan

dalam kelancaran proses scanning dan hasil yang diinginkan. Dalam hal ini

pemberian point ditempatkan pada bagian bracket .

Gambar 3.9 Penempatan point

Minimal point yang dapat ditempatkan pada benda kerja atau meja putar

adalah 4 buah. Dalam hal ini, pemberian point pada bagian bracket adalah 12

point. Apabila dalam melakukan scanning diharuskan untuk merubah posisi

benda, maka titik referensi benda kerja tidak akan berubah. Hal ini

memungkinkan untuk mengambil posisi atau ukuran benda kerja dapat ter-

capture dengan sempurna.

4. Pemberian developer

Produk bracket mempunyai karakter warna yang cenderung shine, sehingga

diperlukan coating yaitu developer. Developer yang diterapkan pada benda

Penempatan point di bagian benda kerja

41

kerja harus setipis mungkin untuk mendapatkan hasil yang sempurna. Karena

ketebalan developer akan berpengaruh pada hasil dimensi yang diperoleh.

Gambar 3.10 Pemberian developer pada benda kerja

5. Cleaning referensi point

Setelah dilakukan penyemprotan dengan developer, point – point yang

ditempatkan pada benda kerja akan tertutupi oleh lapisan dari developer,

sehingga harus dibersihkan.

Gambar 3.11 Cleaning point dari developer

Untuk membersihkan point tersebut cukup mempersihkannya dengan cutton

bud atau tisu. Perlu diperhatikan juga supaya dalam membersihkan tidak

mengenai benda kerja secara berlebihan, karena akan menghapus developer.

6. Proses scanning

Proses ini merupakan proses utama dalam melakukan scanning benda kerja.

Parameter – parameter yang berkaitan dengan proses ini juga perlu

diperhatikan diantaranya temperatur ruangan, vibrasi dan kelembaban udara.

42

Gambar 3.12 3D scanning

Proses ini bertujuan untuk mendapatkan 3D model dari objek benda. Objek

benda ditempatkan pada meja putar, dimana meja ini akan berputar 360°

secara otomatis setelah scanner memancarkan cahaya ke arah objek benda

untuk memindainya.

3.3.2. Diagram Alir 3D Modeling

Gambar 3.13 Diagram alir 3D Modeling

43

1. Segmentation

Segmentation adalah pengelompokkan bagian – bagian dari objek mesh ke

dalam bagian yang terdeteksi sebagai profil yang serupa. Misalnya pada

bagian benda yang berbentuk silinder, maka program komputer akan

mengenali profil tersebut sebagai profil silinder.

2. Set Datum

Salah satu bagian terpenting untuk membuat 3D modeling dalam proses

reverse engineering adalah pembuatan datum. Setting datum adalah

menentukan posisi top plane, front dan right. Posisi ketiga plane ini sangat

menentukan kualitas dan besarnya penyimpangan yang diperoleh dalam

membuat surface & solid modeling terhadap benda aktualnya.

3. Surface & solid modeling

Surface & solid modeling adalah bagian utama dalam membuat 3D modeling

bracket. Dalam membuat setiap bagian surface harus selalu dilihat besarnya

deviasi penyimpangannya.

Untuk mendapatkan data parametrik pada setiap profil bracket maka dalam

pembuatan dan pembentukan surface dilakukan dengan mesh sketch.

4. 3D & 2D modeling

Langkah ini diperlukan untuk mengetahui profil bracket secara bentuk 2D

beserta dimensinya. Hal ini dikarenakan software rapidform tidak support

untuk pembuatan 2D, sehingga pembuatan 2D modeling dilakukan dengan

menggunakan software lain, yaitu solidwork.

44

3.3.3. Diagram Alir Penyelesaian Dengan Elemen Hingga (FEA)

Gambar 3.14 Diagram alir penyelesaian dengan elemen hingga

1. Pre-processing

Tahapan ini merupakan tahapan awal dari perangkat lunak metode elemen

hingga dimana geometri yang akan di analisis dibagi menjadi sub bagian yang

terdiskritisasi yang disebut elemen, yang dihubungkan pada titik – titik yang

disebut node.

2. Solving

Data – data parameter yang telah dimasukkan ke dalam program kemudian

akan diproses oleh program perangkat lunak metode elemen hingga.

3. Post-processing

Hasil dari kedua proses sebelumnya akan ditampilkan ke dalam report yang

menampilkan grafis dengan kontur warna yang menggambarkan tegangan

yang terjadi.

45

3.4. Parameter & Requirement Data Pengujian

Beban tarik : 38 KN

Posisi (arah gaya) : Sumbu y

Metode : Analitis metode elemen hingga

Gambar 3.15 Arah dan posisi gaya

Arah gaya F menunjukan posisi dimana bracket akan ditarik, yang akan diselesaikan

dengan metode elemen hingga (CAE program).

Gambar 3.15 Arah dan posisi gaya

No Nama part Jumlah Material

1 Bolt M12 (JIS- Flange Type) 3 Steel

2 Bracket Engine Mounting 1 Alumunium

3 Colar 1 Steel

4 Shaft 1 Steel

Tabel 3.1 Komponen pengujian

F y

x

2 3

4

Constraint

F

1

46

BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

4.1. 3D Modeling

Hasil dari proses scanning berupa data .stl file, dari data ini kemudian

dilakukan pembuatan permodelan 3D dengan menggunakan software

reverse engineering rapidform (geomagic design x).

Gambar 4.1 Tampilan dari software rapidform (geomagic design x)

Pembuatan permodelan 2D dengan menggunakan software CAD

solidwork.

Gambar 4.2 Tampilan dari software solidwork

47

Secara garis besar terdapat empat tahapan yang harus dilakukan dalam 3D

modeling ini yaitu :

1. Segmentation

2. Set datum (alignment)

3. Surface & solid model

4. 3D & 2D model

4.1.1. Segmentation

Data could point kemudian dijadikan polygon mesh untuk mendapatkan

karakteristik meshing.

Bentuk mesh adalah triagulasi

Jumlah point set : 694.462 point

Gambar 4.3 Meshing

Setelah proses polygon mesh dilakukan proses segmentation. Fungsi dari

segmentation ini adalah sebagai referensi untuk pembuatan datum atau

proses alignment pandangan. Fungsi yang lainnya untuk pembuatan

surfacing or solid model (primitives) berdasarkan region yang dihasilkan.

Setiap region atau group memiliki karakter warna yang berdeda, sehingga

dapat dikelompokkan jenis objek primitives yang akan di buat.

48

Gambar 4.4 Segmentation

4.1.2 Set Datum (Alingment)

Alignment menentukan pandangan dan plane dari produk bracket yang

akan di buat 3D nya. Dalam penentuan pandangan produk bracket ini

dilakukan interactive alignment yaitu pembuatan datum secara manual.

Sebagai referensi harus terdapat region yang berbentuk plane.

Gambar 4.5 Region plane

Tanda panah menunjukkan bidang - bidang dari region produk bracket

yang dapat dijadikan referensi dalam menentukan bidang pandangan.

Referensi

49

Gambar 4.6 Alignmnet Process

Berikut adalah hasil dari proses alignment :

Gambar 4.7 Padangan dari produk bracket

FRONT TOP

BOTTOM RIGHT

ISOMETRIC

ISOMATRIC VIEW

SEBELUM

ALIGNMENT

50

4.1.3. Surface & Solid Model

Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat plane untuk sketching,

kemudian membuat sketch berdasarkan mesh skecth. Mesh sketch akan

menampilkan dan mengidentifikasi countur atau profil dari bagian stl

produk yang telah di meshing berdasarkan posisi terhadap plane yang

dibuat. Profil ini kemudian dijadikan sebagai referensi dalam pembuatan

sketch.

Total plane yang dibuat : 40 plane

Total sketch yang dibuat : 74 sketch

Gambar 4.8 Mesh sketch

Gambar 4.9 Plane & sketch

Langkah selanjutnya adalah membuat surface berdasarkan sketch dengan

operasi software seperti extrude, loft, sweep, dan lain sebagainya.

Mesh sketch

Sketch yang di buat

berdasarkan mesh skectch

51

Gambar 4.10 Surfacing

Bagian - bagian surface yang telah dibuat kemudian disatukan dan di ubah

ke dalam bentuk solid model.

Gambar 4.11 Bentuk solid

4.1.4. Penyimpangan (Akurasi)

Penyimpangan menunjukkan seberapa besar penyimpangan surface yang

telah dibuat terhadap actual part (data .stl hasil scanning). Tingkat akurasi

dan penyimpangan dapat dilihat pada tampilan di bawah ini.

Gambar 4.12 Penyimpangan

Bagian dalam

FRONT BACK LEFT

RIGHT TOP BOTTOM

52

Produk bracket ini merupakan casting part, sehingga ada beberapa bagian

yang tidak rata seperti bagian sisa potongan runner. Hal ini menyebabkan

surface yang dibuat, tingkat penyimpangannya cukup besar (penenjukan

anak panah pada gambar 4.12 – max. 0.8 mm).

Verifikasi actual pengukuran dengan CAD yang di buat (pengukuran

dengan menggunakan micrometer).

Point Actual

Avg. 3D

CAD δ

1 2 3

A 13,006 13,006 13,008 13,007 13,000 0,007

B 8,908 8,909 8,909 8,909 8,900 0,009

C 14,995 14,999 15,001 14,998 15,000 0,002

Tabel 4.1 Sampel verifikasi dimensi

4.1.5. 3D & 2D Model

Solid model hasil 3D modeling menggunakan software rapidform

kemudian di export ke dalam file parasolid (x_t) dan kemudian dilakukan

verifikasi apakah gambar 3D tersebut corrupt atau tidak, surface rusak

atau tidak. Dalam hal ini verikikasi menggunakan software solidwork.

Unit : mm

53

Gambar 4.13 3D verifikasi

Hasil : Surface OK, file no corrupt.

Setelah gambar 3D OK, maka kemudian dilakukan pembuatan gambar

2D.

Gambar 4.14 2D Drawing

4.2. Data – Data Pengujian

Data – data dari produk bracket merupakan input parameter dari analisis

perangkat lunak (CAE). Berikut adalah data material dari produk bracket:

Jenis material = AC 4CH (JIS) atau Al-Si7Mg (ISO)

Pengujian material menggunakan spectrometer.

54

* Refer to JIS H 5202 : 1999 (Aluminium alloy castings)

Tabel 4.2 Komposisi material AC 4CH

Mechanical Properties :

Characteristic Characteristic Value

Tensile Strength

(Mpa)

{kgf/mm²}

245 or above

{25 or above}

Yield Stress

(Mpa)

{kgf/mm²}

167 or above

{17 or above}

Elongation (%) 8.0

Impact Value

(J/cm²)

29.4 or above

Tabel 4.3 Mechanical properties material AC4CH

Shaft.

Jenis material = S 45C (JIS) atau AISI 1045

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%)

0.42 to 0.48 0.15 to 0.35 0.60 to 0.90 0.03 max. 0.035 max.

* Refer to JIS G 4051 : 2009 (Carbon steels for machine structural use)

Tabel 4.4 Komposisi material S 45C

55

Density

(kg/m3)

Young’s

Modulus

(Gpa)

Tensile

Strength

(Mpa)

Yield

Strength

(Mpa)

Poisson’s

ratio

7700-8030 190-210 686 490 0.27-0.30

Tabel 4.5 Mechanical properties material S 45C

Bolt.

Bolt type : M12 (class 10.9).

Type C (%) P (%) S (%) B (%)

Carbon steel with

additives quenched and

tempered

0.2-0.55 0.025max. 0.025max. 0.003

Carbon steel quenched

and tempered

0.25-0.55 0.025max. 0.025max. 0.003

Alloy steel quenched

and tempered

0.20-0.55 0.025max. 0.025max. 0.003

* Refer to ISO-898-1 (International Standar)

Tabel 4.6 Komposisi material bolt

Tensile strength 1000 – 1040 Mpa

Rockwell hardness 32-39 HRC

Proof strength ratio 0.88

Tabel 4.7 Mechanical properties material bolt

Perhitungan F bolt.

Torsi : 83 Nm

Persamaan untuk mencari F yang diberikan pada bolt yaitu :

T = K x d x F

K : 0.2

d : 12 mm = 0.012 m

F =

F = 34583.33 N

56

Perhitungan tetapan pegas

Diameter bolt = 12 mm = 0.012 m, Radius = 0.006 m

L bolt = 66.1 mm = 0.0661 m

E = 200 Gpa = N/m2

A = π . r2 = 3.14 x 0.006

2 = 1.1304 x 10

-4 m

2

k = 342027231.5 N/m

4.3. Analisis Menggunakan Metode Element Hingga

Dalam prosedur analisis suatu produk dengan metode elemen hingga, akan

dijelaskan tahapan dalam menjalankan simulasi dengan bantuan perangkat

lunak (CAE).

Analisis metode elemen hingga menggunakan software altair hyperwork.

Gambar 4.15 Tampilan dari software altair hyperwork hypermesh

Secara umum tahapan dari penyelesaian dengan perangkat lunak metode

elemen hingga dibagi dalam tiga bagian utama, yaitu :

1. Pre – Processing

2. Solving

3. Post Processing

57

1. Pre – Processing

- Meshing (diskritalisasi)

Dalam proses ini dilakukan meshing 3D-tetramesh, dimana setiap

komponen dibuat meshing. Dan dilakukan pengecekan kualitas

meshing dengan tool check element.

Terdapat 4 jenis komponen dalam analisis ini, tetapi yang akan

dilihat hanyalah komponen bracket saja. Komponen yang lain

hanya sebagai support dalam asumsi pengujian, sehingga hasil atau

nilai konsentrasi tegangan tidak diperhatikan. Komponen tersebut

adalah : shaft, colar, bolt, dan bracket.

Gambar 4.16 Meshing

Shaft

Bolt

Colar

Bracket

58

Gambar 4.17 Contoh pengecekan element

- Apply boundary condition.

Define contact surface, force, bolt pretension, constraint, material,

dan parameter engine tool untuk proses solving.

Gambar 4.18 Input parameter

Force (sb y) = 38 KN

Constraint

Constraint

59

2. Solving

Setelah melakukan proses pre-processing kemudian dilakukan proses

running yaitu proses perhitungan yang dilakukan oleh software sesuai

input yang telah diberikan.

Gambar 4.19 Proses running pada software

3. Post Processing

Output atau hasil dari proses analisis menggunakan bantuan perangkat

lunak yang telah dilakukan sebelumnya.

60

Gambar 4.20 Hasil analisis konsentrasi tegangan profil bagian dalam

61

Gambar 4.21 Hasil analisis konsentrasi tegangan profil bagian luar

62

Analisis :

Terdapat konsentrasi tegangan pada area yang dilingkari warna hitam.

. Hal ini akan menyebabkan potensial crack apabila diberikan gaya

sebesar 38 KN.

Perhitungan tegangan bracket secara analitis

F = 38 KN = 38000 N

L = 65.7 mm = 0.0657 m

L1 = 18 mm = 0.018 m

L2 = 47.7 mm = 0.0477 m

t1 = 24 mm = 0.024 m, F1 = ½ F

t2 = 8.9 mm = 0.0089 m, F2 = ½ F

Ø baut = 12 mm = 0.012 m

σ1 =

=

= 65972222.22 Pa = 65.972 Mpa

σ2 =

t2 t1 L

X

F L1 L2

Rax

Rby

Ray

Rbx

63

=

= 177902621.7 Pa = 177.9 Mpa

∑ MA = 0

(F x L) – (Rby x L1) – (Rbx x L2) = 0

(38000 x 0.0657) – (Rby x 0.018) – (Rbx x 0.0477) = 0

(Rby x 0.018) + (Rbx x 0.0477) = (38000 x 0.0657)

(Rby x 0.018) + (Rbx x 0.0477) = 2496.6 Nm

(Rby x 0.018) = 2496.6 – (Rbx x 0.0477)

Rby = 138700 – (Rbx x 2.65)

∑ F = 0

Ray + Rby = F

Ray + Rby = 38000

Rby = 38000 – Ray

138700 – (Rbx x 2.65) = 38000 – Ray

138700 – 38000 + Ray = Rbx x 2.65

Ray = 2.6315 x 10-5

Rbx

Keterangan :

Persamaan tidak dapat ditentukan seluruhnya, sehingga diperlukan

penyelesaian dengan metode elemen hingga, yaitu bantuan perangkat

lunak (CAE).

Profil X :

MA = F x L

= 38000 x 0.0657

= 2496.6 Nm

I =

x b x h

3

=

x 0.012 x 0.0425

3

42.5

12

64

= 7.67 x 10

-8

σX =

=

= 691691655.8 Pa = 691.69 Mpa

Perhitungan tegangan bolt secara analitis

Ø baut = 12 mm = 0.012 m

A = π x r2

= 3.14 x 0.0062

= 1.1304 x 10-4

m2

σ =

=

= 168082094.8 Pa

= 168.082 Mpa

65

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Tahapan utama dalam proses reverse engineering adalah data acquisition dan 3D

modeling.

2. Software geomagic design x berhasil digunakan untuk pembuatan 3D

modeling.

3. Tingkat penyimpangan dari geometri yang telah dibuat menunjukkan

kualitas design 3D modeling. Penyimpangan terbesar adalah -0.8 mm pada

bagian potongan runner produk bracket engine mounting.

4. Data geometri hasil reverse engineering berhasil digunakan untuk analisis

tegangan.

5. Analisis pengujian tegangan pada bracket menunjukan terdapat konsentrasi

tegangan pada bagian tengah dan area sekitar lubang baut, hal ini dapat

menyebabkan potensial crack.

5.2 Saran

1. Dalam melakukan proses 3D scanning perlu diperhatikan kebersihan dari

produk yang akan di scanning.

2. Pembuatan 3D modeling harus memperhatikan penyimpangan dari surface

atau solid model dengan actual part-nya (hasil scanning).