8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 1/29
T U G A S C A D C A M
Finite Element Method
Oleh:
Felix Hariyanto Husada
061001500552
Jurusan Ekstensi Teknik Mesin
Universitas Trisakti
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 2/29
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa
yang telah memberikan rahmat kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan paper yang berjudul CAD/CAM tepat pada waktunya .
Dalam penyusunan paper ini, penulis banyak mendapat tantangan
dan hambatan akan tetapi dengan bantuan dari berbagai pihak tantangan itu
bias teratasi .Oleh karena itu , penulis mengucapkan terimakasih yang
sebesar besarnya kepada Bapak Dr.Ir. M Sjahrul Annas ,MT selaku dosen
mata kuliah CAD/CAM yang telah memberikan bimbingan pengarahan , dan
pembelajaran sehingga penulis dapat menyusun penulisan paper ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada
penulisanpaper ini.Maka dari itu , saran dan kritik yang membangun sangan
penulis harapkan dari pembaca sekalian .Penulis berharap semoga paper ini
dapat bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.
Jakarta, 7 Desember 2015
Felix Hariyanto Husada
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 3/29
DAFTAR ISI
COVER DEPAN ................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... iii
DAFTAR TABEL ................................................................................................ iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. v
DAFTAR ISTILAH .............................................................................................. vi
BAB I ................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN ................................................................................................. 1
1
Latar Belakang ............................................................................................. 1
2 Rumusan Masalah ....................................................................................... 2
3 Tujuan ........................................................................................................... 2
BAB II .................................................................................................................. 3
DASAR TEORI .................................................................................................... 3
1 Pengertian Finite Elemen Method ............................................................... 3
2 Jenis-jenis Finite Elemen Method ............................................................... 8
Bab III ................................................................................................................ 12
Study Kasus Finite Elemen Method (FEM) ..................................................... 12
1 METODE PENELITIAN ............................................................................... 13
2
HASIL DAN ANALISA ................................................................................. 13
BAB V ............................................................................................................... 22
PENUTUP ......................................................................................................... 22
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 23
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 4/29
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Physical Properties of Aluminum Alloy for Motor Cycle Cast Wheel ………….14
Tabel 2. Pugh’s Concept Selection Method Pemilihan Velg Cast Wheel ….………….…21
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 5/29
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Peran FEM Terhadap Proses Manufacturing…………………..…….04
Gambar 2 . Hasil Finite Elemen Cara Interpolasi………….……………………….0 7
Gambar 3. Langkah-langkah FEM……………………..…….…………..………….11
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian……………….……………………….…………13
Gambar 5. Velg Cast Wheel dan Pencekam……….……….………….…………14
Gambar 6. Distribusi Tegangan pada Cast Wheel Berbagai Variasi Jumlah
Spoke dengan Pemberian Gaya pada Spoke……………….………….…………15
Gambar 7. Tegangan Maksimum Berbagai Variasi Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya pada S poke………………………...……….………….…………16
Gambar 8. Deformasi pada Cast Wheel Berbagai Variasi Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya pada Spoke………………………………………..…….…………17
Gambar 9. Deformasi Maksimum Berbagai Jumlah Spoke dengan Pemberian
Gaya pada S poke……………………………………….……….………….…………17
Gambar 10. Distribusi Tegangan Cast Wheel Berbagai Jumlah dengan
Pemberian Gaya Antar Spoke………………………...……….………….…………18
Gambar 11. Tegangan Maksimum Berbagai Variasi Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya pada Daerah Antar Spoke …………………………….…………18
Gambar 12. Deformasi Cast Wheel Berbagai Jumlah Spoke dengan Pemberian
Gaya Antar Spoke …………………………... …………………………….…………19
Gambar 13. Deformasi Maksimum Berbagai Jumlah Spoke dengan Pemberian
Gaya Antar Spok e………………………………….……………………….…………20
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 6/29
DAFTAR ISTILAH
A
Aeronautical ilmu pesawat
C
Constrain sama
Comparison komparasi
D
Diferensial turunan
Deformasi perubahan bentuk
E
Elastisitas sifat lentur
M
Meshing isitlah FEM
Matrix titik
N
Netron kutub positif
S
Spoke bagian velg
Stress tegangan
Shear patahan
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 7/29
1
BAB I
PENDAHULUAN
1 Latar Belakang
Dalam dunia idustri yang sangat berkembang sekarang ini, banyak sekali
design-design yang baru dan inovatif sesuai dengan permintaan pasar yang
menginginkan produk baru dalam kurun waktu yang relative pendek
.Disamping design yang inovatif , para designer juga memperlukan suatu
inovatif dalam bentuk kekuatan dan qualitas sebuah produk yang menunjang.
Untuk menghadapi semua itu diperlukanlah sebuah perangkat yang dapat
membatu sang designer untuk membatu pekerjaan tidak hanya untuk
mendeisgn melainkan merekayasa kekuatan stress (tegangan)dan deformasi
(perubahan bentuk) pada bidang struktur bangungan, jembatan,
penerbangan, dan otomotif, sampai pada analisa aliran fluida, perpindahan
panas, medan magnet, dan masalah non-struktur lainnya.
Kemajuan yang sangat pesat di bidang komputer baik piranti lunak maupun
hardware dalam dua dekade terakhir telah menyebabkan pengguaan CAE
(Computer Aided Engineering) semakin diterapkan secara massif pada level
yang belum pernah dibayangkan sebelumnya. Dengan kecanggihan piranti
lunak-keras komputer sekarang, masalah rekayasa yang rumit dapatdimodelkan dengan relatif mudah. Waktu yang diperlukan untuk
memecahkan problem pun semakin singkat. Sebagai ilustrasi, simulasi
tabrakan mobil dua puluh tahun lalu memerlukan waktu berminggu-minggu
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 8/29
2
dengan manggunakan superkomputer. Tetapi pada hari ini simulasi serupa
hanya memerlukan waktu belasan jam dengan menggunakan personal
computer.
2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diambil antara lain:
1. Pengertian FEM (Finite Elemen Method) sebagai alat bantu Indrustri
2. Study Kasus FEM (Finite Elemen Method) sederhana sebagai perkenalan
3 Tujuan
Pelaksanaan tugas ini memiliki tujuan, yaitu untuk menerapkan ilmuyang sudah didapatkan pada mata kuliah CAD/CAM dalam dunia indrusti .
Penulis berharap mampu berinovasi dan memberikan solusi atas kebutuhan
dalam dunia pekerjaan, meningkatkann dan mengembangkan diri mahasiswa
untuk berinovasi serta berproduksi, menyinergikan kompetensi yang sudah
dimiliki dalam konteks identifikasi, implementasi, dan penyelesaian masalah
konkret ilmu pengetahuan dalam lingkup sebuah team. Dengan kata lain
mahasiswa mampu memenuhi standar kompetensi yang dibutuhkan di dunia
kerja.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 9/29
3
BAB II
DASAR TEORI
1 Pengertian Finite Elemen Method
Finite Element Method pada awalnya merupakan kebutuhan untuk
memecahkan permasalahan elastisitas yang kompleks dan masalah
analisis struktural di dalam sipil dan aeronautical engineering. Finite
element method (metode elemen hingga) atau FEM adalah salah satu
metode numerik yang paling banyak dipakai di dunia engineering (sipil,
mesin, penerbangan, mikroelektronik, bioengineering, material) dan
diajarkan di dunia (baik akademika maupun industri). Usianya lebih dari
40 tahun, dan hingga kini masih tetap dipakai, bahkan makin disukai.
Metode ini berusaha memecahkan partial differential equations dan
persamaan integrasi lainnya yang dihasilkan dari hasil diskritisasi benda
kontinum. Meski berupa pendekatan, metode ini dikenal cukup ampuh
memecahkan struktur-struktur yang kompleks dalam analisis mekanika
benda padat (solid mechanics) dan perpindahan panas (heat transfer ).
Biasanya matematikawan mencari closed-form solution untuk suatu
kasus fisika, dan karena mentok mereka lalu memanfaatkan metode
numerik ini untuk memecahkan kasusnya.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 10/29
4
Gambar 1. Peran FEM Terhadap Proses Manufacturing
Saat ini, banyak sekali software FEM di pasar indrustri dengan
berbagai mutu dan kemudahan. Software ini biasanya sangat mudah
dalam penggunaannya dan dapat dijangkau dengan buget yang rendah.
Contoh dari software ini adalah MSC.NASTRAN, ABAQUS, ANSYS,
LSDYNA, dan lainnya. Pengguna software FEM kemudian terbiasa
melihat GUI (graphic user interface) di mana suatu benda didiskritisasi
menjadi sekian puluh bahkan ribu elemen. Istilah baru kemudian muncul
yaitu Finite Element Modeling, karena pengguna hanya memodelkan fisik
suatu benda dengan elemen-elemen kecil, mendefinisikan sifat-sifatmaterial, memberikan kondisi batas dan pembebanan, menjalankan
software. Ini yg dinamakan pre-processing. Fase post-processing
biasanya lebih sulit karena pengguna diharapkan bisa menginterpretasi
hasil, menganalisis angka dan fisik yang dihasilkan dan melakukan
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 11/29
5
trouble-shooting jika hasilnya kurang memuaskan. Untuk mengatasi ini,
pengguna diharapkan sudah memahami formulasi, jenis elemen,
kelebihan dan kelemahan suatu metode sebelum menggunakan FEM
software.
Finite Element Analysis dibangun sebagai metode numeric untuk
analisa tegangan, tapi sekarang pemakainanya telah meluas sebagai
metode yang umum untuk banyak permasalahan engineering kompleks
dan ilmu-ilmu fisika. Mengandung banyak perhitungan, pertumbuhannya
berhubungan dekat dengan pengembangan teknologi komputer.
Finitie Element adalah salah satu dari metode numerik yang
memanfaatkan operasi matrix untuk menyelesaikan masalah-masalah
fisik. Metode lain yang adalah metode analitik, yang untuk melakukannya
diperlukan suatu persamaan matematik yang merupakan model dari
perilaku fisik. Semakin rumit perilaku fisiknya (karena kerumitan bentuk
geometri, banyaknya interaksi beban, constrain, sifat material, dll) maka
semakin sulit atau bahkan mustahil di bangun suatu model matematik
yang bisa mewakili permasalahan tersebut. Alternatif metodenya adalah
dengan cara membagi kasus tadi menjadi bagian-bagian kecil yang
sederhana yang mana pada bagian kecil tersebut kita bisa membangun
model matematik dengan lebih sederhana. Kemudian interaksi antar
bagian kecil tersbut ditentukan berdasarkan fenomena fisik yang akan
diselesaikan. Metode ini dikenal sebagi metode elemen hingga, karena
kita membagi permasalahan menjadi sejumlah elemen tertentu (finite)
untuk mewakili permasalah yang sebenarnya jumlah elemennya adalah
tidak berhingga (kontinum).
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 12/29
6
Metode Elemen Hingga (Finite Element Method, FEM) adalah suatu
metode numerik dengan tujuan memperoleh pemecahan pendekatan dari
suatu persamaan diferensial parsial (Partial Differential Equation, PDE).
Meskipun cikal bakal teori FEM sudah ada sejak tahun 1940-an, baru
pada tahun 1970-an metode ini dirumuskan secara formal. Pada awalnya
metode ini digunakan dibidang teknik penerbangan untuk perhitungan
kekuatan bangun-raga (structure) pesawat pada industri pesawat
terbang. Tetapi dewasa ini FEM telah diterapkan dalam berbagai
persoalan teknik: seperti struktur, dinamika fluida, perpindahan panas,
akustik, maupun elektromagnetik.
Finite Element Method (FEM) atau Metode Elemen Hingga dewasa
ini telah menjadi bagian tak terpisahkan dari solusi numerik di dunia
teknik rekayasa. FEM diaplikasikan secara luas mulai dari analisa stress
(tegangan) dan deformasi (perubahan bentuk) pada bidang struktur
bangungan, jembatan, penerbangan, dan otomotif, sampai pada analisa
aliran fluida, perpindahan panas, medan magnet, dan masalah non-
struktur lainnya.
Selain finite element, metode lain yang merupakan metode numerik
adalah finite different. Finite different adalah metode yang menggunakan
derivatif dari suatu formula untuk menyelesaikan suatu persoalan.
Derivatif dihitung menggunakan nilai yang sangat kecil namun finite atau
terhingga. Seperti yang telah diketahui bahwa setiap formula diferensial
orde satu mengandung sebuah konstanta integral. Oleh karena itu dalam
perhitungannya dibutuhkan suatu kondisi batasan yang akan memenuhi
nilai konstanta integral tersebut. Sebagai contoh adalah bila ada exact
solution, f (x ) = 1 − x 2/2, dan finite different didapat dengan ∆x = 0.1.
Hasil penyelesaian finite different ditunjukkan hanya pada titik diskrit,
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 13/29
7
sedangkan variasi secara umum dari hasil perhitungan tiap titik tidak
dapat diketahu dengan metode finite different tatapi dapat dilihat dengan
cara interpolasi. Maka dapat dilihat beberapa persamaan dan gambar di
bawah ini.
Gambar 2 . Hasil Finite Elemen Cara Interpolasi
Finite element dengan finite different adalah berbeda. Pada metode
finite element variasi dari field variable dalam domain fisik merupakan
sebuah bagian utuh dari prosedur. Maksudnya adalah berdasarkan
fungsi interpolasi yang dipilih, field variable diseluruh bagian sebuah
elemen hingga dispesifikasikan sebagai sebuah bagian utuh dari
prosedur. Pada metode finite different, field variable dihitung hanya pada
titik tertentu. Namun finite different dapat digunakan untuk menyediakan
data variable dan selanjutnya dapat dilakukan dengan metode finite
element. Contohnya pada permasalah struktur, kedua metode dapat
menyediakan penyelesaian displacement (perpindahan), namun
penyelesaian finite element dapat digunakan secara langsung untuk
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 14/29
8
menghitung strain, turunan pertama. Sedangkan penyelesaian finite
different membutuhkan pertimbangan tambahan.
2 Jenis-jenis Finite Elemen Method
Secara umum ada beberapa jenis metode didalam Finite Elemen
Method (FEM) yang bisa digunakan untuk mengatasi masalah-masalah
yang ada di dalam dunia teknik. Perluasan dari metode finite elemen
tersebut memang banyak macamnya. Berikut beberapa perluasan dari
Finite Elemen Method (FEM).
• hp-FEM
hp- FEM adalah versi umum dari metode elemen hingga (FEM),
sebuah numerik metode untuk memecahkan persamaan diferensial
parsial berdasarkan perkiraan piecewise-polinomial menggunakan unsur-
unsur variabel ukuran (h) dan derajat polinomial (p).
• Extended finite element method (XFEM)
Extended finite element method (XFEM) adalah metode tekniknumerik yang memperpanjang klasik metode elemen hingga (FEM)
dengan pendekatan memperluas ruang untuk solusi solusi untuk
persamaan diferensial dengan fungsi kontinu.
• Spectral method
Metode spektral adalah sebuah teknik yang digunakan dalam
matematika terapan dan komputasi ilmiah tertentu untuk menyelesaikan
secara numerik dengan menggunakan persamaan diferensial parsial
(PDEs),dan sering juga melibatkan penggunaan Fast Fourier Transform.
Metode spectral memiliki tingkat error yang sangat baik yang disebut
dengan “exponential convergen” sehingga membuat metode ini menjadi
yang tercepat.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 15/29
9
• Meshfree methods
Metode meshfree merupakan kelas tertentu dari numerical
simulation algorithms untuk mensimulasikan fenomena-fenomena yang
berupa fisik. Simulasi algoritma tradisional mengandalkan pada grid atau
mesh sedangkan metode meshfree menggunakan pendekatan simulasi
geometri dalam peghitungannya. Hal ini menjadi salah satu kelebihan
dari metode meshfree dibanding dengan metode konvensional.
• Discontinuous Galerkin method
Metode Galerkin diskontinu pertama kali diusulkan dan dianalisis
pada awal 1970-an sebagai suatu teknik untuk menyelesaikan secara
numerik persamaan diferensial parsial. Pada tahun 1973 Reed dan Hill
memperkenalkan metode Discontinuous Galerkin untuk memecahkan
persamaan transpor netron hiperbolik. Metode ini digunakan untuk
memecahkan persamaan diferensial parsial dengan menggabungkan fitur
dari finite element dan volume element, dan berhasil diaplikasikan untuk
ukuran seperti hiperbolik, elips dan parabola.
Ketidaktahuan dasar atau variabel bidang dalam persoalan
engineering ;
Displacement pada mekanika solid
Kecepatan pada mekanika fluida
Potensial magnetik dan elektrik dalam teknik elektro
Temperatur pada permasalahan aliran panas.
Pada rangkaian kesatuan (continuum) dilakukan dengan
mengabaikan ruang kosong yang terdapat pada antar partikel sehingga
metode ini hanyalah sebuah pendekatan dengan kondisi realita yang
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 16/29
10
terjadi dengan derajat kebebasan tidak berhingga. Prosedur elemen
hingga mereduksi yang tidak diketahui menjadi jumlah yang terbatas
dengan membagi bidang penyelesaian menjadi bidang-bidang kecil
disebut elemen dan dengan mengekspresekan variabel bidang anu
(unknown) dengan mengasumsikan fungsi pendekatan (fungsi
interpolasi/fungsi bentuk)umumnya dalam dunia engineering ada 3
macam bentuk elemen yang digunakan dalam perhitungan pada elemen
hingga, elemen tersebut adalah adalah membran, shell, maupun elemen
solid.
Elemen membran adalah elemen datar yang memiliki 2 dimensi,
pada umumnya element ini berbentuk segitiga maupun segiempat, pada
elemen yang berbentuk segitiga, biasanya dimodelkan dengan 3 hingga
6 node, sedangkan pada segi empat dimodelkan dari 4 hingga 9 node,
element ini memiliki 2 arah perpindahan derajat kebebasan pada tiap
node yang terdapat didalam element. element ini biasa digunakan untuk
memodelkan permasalahan elastisitas dengan 2 dimensi, arah tegangan
dan arah regangan. itu bisa menghasilkan 2 normal force dan 1 shearstress pada element. elemen membran tidak memiliki rotational stifness
maupun stiffness normal yang menuju arah dari elemen.
Secara umum langkah-langkah dalam FEM bisa diringkas sebagai berikut:
1. Membagi obyek analisa ke dalam elemen-element kecil.
2. Melakukan modelisasi sederhana yang berlaku untuk setiap elemen.
Misalnya dimodelkan sebagai pegas, di mana pegas ini sifatnya sederhana,
yaitu tegangan berbanding lurus dengan perubahan bentuknya.
3. Membuat formula sederhana untuk setiap element tersebut. Misalnya untuk
pegas berlaku hukum f = k.x . Di mana k adalah konstanta pegas, dan x
adalah pertambahan panjang pegas. Pada langkah ini kita akan memperoleh
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 17/29
11
sebuah persamaan yang disebut “element stiffness matrix” atau matriks
kekakuan elemen.
4. Mengkombinasikan seluruh elemen dan membuat persamaan simultan yang
mencakup semua variabel. Untuk elemen yang dimodelkan dengan pegas,mencakup f, k, dan x dari semua elemen.Biasanya pada langkah ini kita akan
memperoleh sebuah persamaan yang disebut “global stiffness matrix” atau
matriks kekakuan global
Gambar 3. Langkah-langkah FEM
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 18/29
12
Bab III
Study Kasus Finite Elemen Method (FEM)
Aspek keselamatan merupakan hal yang paling wajib diperhitungkan
dalam dunia otomotif karena berhubungan erat dengan nyawa dari penumpang.
Sehingga dalam pemodifikasian setiap komponennya haruslah dipertimbangkan
secara matang, tepat dalam pemilihan material, melalui perhitungan yang benar
dan desain yang baik. Dalam dunia otomotif telah banyak kecelakaan yang
disebabkan oleh velg sepeda motor (motor cycle cast wheel ) yang pecah.
Dengan mempertimbangkan aspek keselamatan tersebut, maka masalah yang
dibahas dalam penelitian ini adalah tentang pengaruh jumlah spoke pada velg
cast wheel pada sepeda motor (motor cycle) terhadap tegangan dan deformasi
yang terjadi.
Cast wheel pada sepeda motor adalah kerangka dari sebuah ban yang
menahan gaya dan tegangan akibat dari berat kendaraan dan impak atau
pukulan dari permukaan jalan. Pukulan dari permukaan jalan tersebut dapat
mengakibatkan terjadinya tegangan dan deformasi pada cast wheel.
Kerusakan yang terjadi pada velg cast wheel (motor cycle cast wheel )
adalah pecahnya bibir velg atau pecahnya spoke pada velg cast wheel akibat
gaya dan tegangan yang terjadi melebihi tegangan maksimum yang diijinkan.
Dengan mempertimbangkan masalah ini maka perlu dilakukan penelitian
mengenai pengaruh jumlah spoke terhadap tegangan dan deformasi dengan
menggunakan Metode Elemen Hingga berbasis komputer yaitu ANSYS
software, untuk mempermudah proses desain.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 19/29
13
1 METODE PENELITIAN
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian
Pemodelan dalam penelitian ini meliputi pemodelan dengan penerapan
metode elemen hingga dengan bantuan software ANSYS, yang bertujuan untuk
melakukan analisa tegangan dan deformasi yang terjadi pada velg . Dengan
Metode Elemen Hingga, model yang telah dibuat di meshing dan disolusikan
untuk mendapat tegangan maksimum dan deformasi maksimum pada setiap
bagian pada velg . Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini dapat
dilihat pada Gambar 1.
2 HASIL DAN ANALISA
Velg yang di uji simulasi adalah velg cast wheel dengan jumlah spoke 3,
5, dan 7. Dalam penelitian ini, masing –masing velg cast wheel memiliki massa
3.05 Kg. Dalam pengujian, velg cast wheel di assembly (dirakit) dengan
pencekam (lihat Gambar 2).
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 20/29
14
Gambar 5. Velg Cast Wheel dan Pencekam
Supaya saat diberi gaya, velg tidak berpindah tempat tapi dalam keadaan
diam ditempat. Dalam penelitian masing –masing velg akan diberi gaya sebesar
10000 N. Material velg yang digunakan adalah Aluminum Alloy dengan sifat fisik
dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Physical Properties of Aluminum Alloy for Motor Cycle Cast
Wheel
Penelitian akan dilakukan dengan 2 variasi arah pemberian gaya, yaitu
dengan diberi gaya di spoke dan diberi gaya di range antar spoke. Berikut
adalah hasil penelitian dengan mengunakan ANSYS software pada pemberian
gaya di spoke. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 21/29
15
Gambar 6. Distribusi Tegangan pada Cast Wheel Berbagai Variasi Jumlah
Spoke dengan Pemberian Gaya pada Spoke
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 22/29
16
Gambar 7. Tegangan Maksimum Berbagai Variasi Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya pada Spoke
Pada Gambar 6 dan Gambar 7, dapat dilihat stress maksimum terendah
dimiliki oleh spoke 7. Semakin banyak jumlah spoke, stress maksimum yang
terjadi pada velg semakin kecil.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 23/29
17
Gambar 8. Deformasi pada Cast Wheel Berbagai Variasi Jumlah Spoke
dengan Pemberian Gaya pada Spoke
Gambar 9. Deformasi Maksimum Berbagai Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya pada Spoke
Pada Gambar 8 dan Gambar 9 dapat dilihat deformasi maksimum
terendah dimiliki oleh spoke 7. Semakin banyak jumlah spoke, deformasi
maksimum yang terjadi pada velg semakin kecil.
Penelitian berikutnya, velg akan diberi gaya di range antar spoke atau
jarak antar spoke. Dalam penelitian ini stress maksimum tertinggi dimiliki oleh
spoke 3 dan stress maksimum terendah dimiliki oleh spoke 7.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 24/29
18
Gambar 10. Distribusi Tegangan Cast Wheel Berbagai Jumlah dengan
Pemberian Gaya Antar Spoke
Gambar 11. Tegangan Maksimum Berbagai Variasi Jumlah Spoke
dengan Pemberian Gaya pada Daerah Antar Spoke
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 25/29
19
Pada grafik stress maksimum diatas mengalami penurunan stress dari
spoke 3 ke spoke 7, maka deformasi maksimum juga mengalami penurunan
deformasi.
Gambar 12. Deformasi Cast Wheel Berbagai Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya Antar Spoke
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 26/29
20
Gambar 13. Deformasi Maksimum Berbagai Jumlah Spoke dengan
Pemberian Gaya Antar Spoke
Pada gambar 13, dapat dilihat deformasi maksimum terendah dimiliki oleh
spoke 7. Semakin banyak jumlah spoke, deformasi maksimum yang terjadi pada
velg semakin kecil.
Dari penjelasan yang telah dijelaskan menunjukan bahwa dari spoke 3 ke spoke 7
terjadi penurunan stress (tegangan) dan deformasi maksimum. Berdasarkan hasil
penelitian dengan menggunakan metode elemen hingga (software ANSYS) dapat
diketahui bahwa velg dengan jumlah spoke 7 merupakan velg yang paling baik, hal
ini dikarenakan spoke 7 memiliki tegangan maksimum dan deformasi maksimum
yang paling kecil diantara velg dengan jumlah spoke 3 dan 5. Jika ditinjau dari, arah
pemberian gaya untuk velg dengan jumlah spoke 7, maka tegangan maksimum
terkecil (143000000 Pa) terjadi pada pemberian gaya di spoke dan deformasi
maksimum terkecil (0.0010939 m) terjadi pada pemberian gaya di range antar
spoke.
Tabel 2. Pugh’s Concept Selection Method Pemilihan Velg Cast Wheel
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 27/29
21
Dalam menentukan desain yang paling optimum dapat digunakan Pugh’s
Concept Selection Method dengan pembandingan absolute comparison seperti
dapat dilihat pada tabel 2. Motor cycle cast wheel dengan spoke number 7
adalah desain yang paling baik dan optimal berdasar pemilihan desain dengan
menggunakan sustainable product design using finite element application and
Pugh’s concept selection method (Total weighing value terbesar).
1. KESIMPULAN
Pengembangan desain baru motor cycle cast wheel tidak dapat lagi
menggunakan cara trial and error karena memerlukan waktu, biaya dan tenaga
manusia yang banyak dan sangat tidak produktif. Untuk memudahkan proses
desain dan pengujian, digunakan ANSYS software yang berbasis finite element
method untuk menganalisa struktur motor cycle cast wheel . Pada penelitian
kekuatan dan deformasi pada motor cycle cast wheel ini telah berhasil
ditemukan tegangan maksimum dan deformasi maksimum yang terjadi dari
spoke number 3, 5, dan 7 yaitu tegangan maksimum sebesar 1.43 x 108 Pa dan
deformasi maksimum sebesar 0.0010939 m. Motor cycle cast wheel dengan
spoke number 7 adalah desain yang paling baik dan optimal berdasar pemilihan
desain dengan menggunakan sustainable product design using finite element
application and Pugh’s concept selection method .
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 28/29
22
BAB V
PENUTUP
1 Kendala dan Penyelesaian
Banyak ilmu yang sudah didapatkan pada mata kuliah CAD/CAM yang
dapat diterapkan dalam dunia indrusti .Namun inovasi dalan memberikan
solusi suatu pemecahan masalah dalam dunia kerja selalu diharapkan pada
jaman yang serba cepat ini. Oleh karena itu sebuah Finite Elemen Mothod
dapat sebagai contoh dalam dunia indrustri yang digunakan sebagai alat
bantu dalam mendesign sebuah produk dengan tidak meinggalkan sebuah
qualitas yang diharapkan.
Proses rekayasa stress dan deformasi yang dulunya membutuhkan
berbagai macam percobaan secara real , sekarang dapat dengan cepat
mendapatkan hasil dan dapat mensimulasikan nya dengan menggunakan
program Finite Elemen Method. Dengan FEM kita dapat memnganalisi tidak
hanya di dunia indrustri , namun juga dapat menganalisis dalam dunia
arsitektur , sampai dengan kedokteran. Kemajuan program analisi ini pastinya
juga membutuhkan perkembangan brainware sang designer juga dalam
bersaing .
Kemajuan yang sangat pesat di bidang komputer baik piranti
lunak maupun hardware menyebabkan pengguaan hal yang serupa
dengan FEM sangat membantu disamping banyak program serupa
yang lebih inovatif . Oleh karena itu sebagai mahasiswa Trisakti
patutlah kita juga berusaha untuk selalu berinovatif dalam segala
segala hal untuk menjadi sesuai dengan harapan almamater kita.
8/18/2019 CAD CAM Finite Elemen Method
http://slidepdf.com/reader/full/cad-cam-finite-elemen-method 29/29
23
DAFTAR PUSTAKA
Bhafikatti, SS. 2005. Finite Element Analysis. New age international. New Delhi.
Hutton F, David. Fundamentals Of Finite Elements. 2004. McGraw-Hill?.
http://caswww.colorado.edu/courses.d/FEM.d/Home.html
http://komputasi.inn.bppt.go.id/semiloka06/B_Bandriyana.pdf
http://people.sc.fsu.edu
Introduction to Finite Element Methods (ASEN 5007) - Fall 2009 Department of
Aerospace Engineering Sciences University of Colorado at Boulder
http://pdm-mipa.ugm.ac.id/ojs/index.php/bimipa/article/viewFile/66/106
www.wikipedia.com
http://urbana.mie.uc.edu/yliu/FEM-525/FEM-525.htm
Mahmmod Aziz Muhammed, Adhi Susanto, F. Soesianto F. Soesianto, SoetrisnoSoetrisno
http://www.toodoc.com/finite-elements-ppt.html
http://people.sc.fsu.edu
www.infometrik.com
http://www.halamansatu.net/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=469
Klaus Jurgen Bathe, Finite Element Procedures, Prentice Hall, 1996
http://commonemitter.wordpress.com
http://commonemitter.wordpress.com