laporan final analisis thermal mug

7/25/2019 Laporan FINAL Analisis Thermal Mug

1/13

Analisis Pembebanan termal dan termal fatigue pada

Gelas Keramik dengan menggunakan Metode Elemen

Hingga

Oleh:

Mohammad Zainul Aminin 13108126

Eko Tri Sucipto

Syamsurisal

PROGRAM ST!" TEK#"K MES"#

$AK%TAS TEK#"K MES"# !A# !"RGA#TARA

"#ST"TT TEK#O%OG" &A#!#G

April 2012


2/13

Pendahuluan

%atar &elakang

Gelas merupakan alat seharihari yan! serin! kita temukan "aik di rumah maupun

tempat lainnya# Serin!kali pen!!unaan !elas di!unakan untuk menampun! air dalamtemperatur yan! san!at tin!!i# $enampun!an itu "ertu%uan untuk mem"uat minuman han!at

atau panas ds"#

&en!an pen!!unaan yan! cukup ekstrim terse"ut' adakalanya !elas terse"ut

men!alami ke!a!alan' yaitu aki"at terus menerus menerima air dalam temperatur tin!!i tentu

sa%a den!an inter(al )aktu tertentu#*erdasar itulah' kami in!in memodelkan kem"ali !elas

terutama yan! mempunyai komposisi keramik' men!etahui "a!aimana distri"usi

temperaturnya' letak thermal stress dan pressurenya' serta men!analisis antara "e"an yan!

ter%adi pada !elas dan )aktu pem"e"anan yan! disesuaikan den!an kur(a S+ material

keramik sehin!!a dapat diketahui kapan !elas akan "enar"enar men!alami ke!a!alan#

Tu'uan

Memahami karakteristik elemen 1& ,-od Element. untuk aplikasi struktur !elas

keramik den!an analisis pem"e"anan termal ,distri"usi temperatur dan stress termal.

Melakukan e(aluasi terhadap inte!ritas struktur#

Melakukan per"andin!an antara har!a te!an!an maksimum dan perpindahan yan!

ter%adi "ila men!aplikasikan ti!a %enis pem"e"anan' diantaranya 2 pem"e"anan,terpusat dan distri"usi. dan 1 pem"e"anan kom"inasi ,terpusat di!a"un!kan den!an

distri"usi.#

Menentukan lokasi te!an!an maksimum untuk %enis pem"e"anan den!an 1 "e"an

kom"inasi den!an mem"andin!kan hasil dari perhitun!an metode analitik dan

pemodelan numerik#


3/13

Analisis Pembebanan termal dan termal fatigue pada gelas keramik dengan

menggunakan Metode Elemen Hingga

*erikut si/atsi/at material yan! di!unakan dalam analisis termal pada !elas#

+ama material $orcelain

Modulus Elasitisitas 8#263 G$a

&ensity 203 k!m3

Thermal Epansion 4oe//icient 5 106 m/m K

Spesi/ic eat 1#05 k7k!#

Thermal 4onducti/ity 1#9 W/(m.K)

$oisson -atio 0#1:

Tensile stren!th 10#3 Mpa

$emodelan yan! di!unakan pada analisis kali ini dapat dideskripsikan se"a!ai "erikut#

Gelas terisi penuh den!an air panas

*e"an thermal "erupa air panas den!an temperatur 353 pada kondisi temperaturlin!kun!an 300

*e"an pressure dimodelkan men!!unakan persamaan ;!h' den!an nilai ; :98#

k!m3 '! :'8 ms2 ' dan h merupakan /un!si dari tin!!i permukaan dalam !elas

+ilai pem"e"anan akhir merupakan !a"un!an antara "e"an thermal dan "e"an

pressure

*erikut lan!kahlan!kah pen!er%aan untuk mendapatkan distri"usi temperatur' tekanan' dan

thermal stress#

Gam"ar 1# Model dan &imensi Gelas


4/13

1# $emodelan Geometri

$em"uatan !eometri !elas di 4atia dan import !eometry dalam "entuk solid ke MS4

$atran +astran dan pem"uatan Mesh# Mesh yan! di!unakan pada pemodelan kali ini

adalah TetMesh ,Tet. den!an %umlah elemen pada ta"un! !elas se"anyak 00 dan

pada !a!an! se"anyak 1000# 7umlah elemen ditentukan untuk men!hindari /ree ed!e

yan! ter%adi %ika %umlah elemen le"ih "esar daripada ketentuan diatas#

$em"uatan Material untuk !elas

Terdapat 2 analisis "er"eda yan! di!unakan dalam analisis !elas' yaitu analisis thermal dan

analisis struktur# &en!an adanya 2 analisis yan! "er"eda maka pada pem"uatan material %u!aterdapat per"edaan' yaitu terletak pada koe/isien yan! diiisikan pada material properties

seperti terlihat pada !am"ar di "a)ah ini#

Thermal Analysis Struktur Analisis

2# $emodelan &istri"usi Temperatur

$ada pemodelan distri"usi temperatur' terle"ih dahulu analisis yan! di!unakan diu"ah dari

analisis struktur ke analisis termal#

Gam"ar 2#$emodelan setelah import ke MS4 $atran+astran dan pem"erian meshin! pada !elas den!an TetMesh ,Tet.

Gam"ar 3# otak

dialo!


5/13

$em"uatan ondisi *atas dan >oad 4ase yan! dalam hal ini me)akili Temperatur

Air se"a!ai temperatur maksimum ,353 . dan temperatur udara se"a!ai temperatur

minimum ,300 .#

ondisi *atas untuk Temp# Air

ondisi *atas untuk Temp# udara

>oad case untuk distri"usi temperatur dapat dilihat pada !am"ar di "a)ah# Terlihat "e"erapa

(aria"el yan! dimasukkan# Akan tetapi' (aria"el yan! harus dimasukkan adalah temperatur

air dan udara' sedan!kan (aria"el yan! lain tidak akan mempen!aruhi hasil pada result#

$roses analisis dan access result oleh +astran dan tampilan result pada !elas# ?ntuk

mendapatkan distri"usi temperatur seperti pada !am"ar dapat melakukan perintah

ploterase pada "a!ian yan! in!in dilihat sehin!!a akan terlihat seperti pada !am"ar

yan! men!hasilkan temperatur minimum se"esar 300 dan temperatur maksimum

se"esar 353#

Gam"ar # otak dialo! pem"erian kondisi "atas untuk &istri"usi Temp#

Gam"ar 9# otak &ialo >oad 4ase untuk distri"usi tem eratur


6/13

3# $emodelan Thermal Stress

$en!u"ahan mode analisis dari thermal analysis ke structural Analysis# al ini

dikarenakan untuk melihat stress yan! ter%adi pada !elas' le"ih mudah %ika dianalisis

dan di"ayan!kan %ika men!!unakan analisis struktur#

&en!an men!u"ah analisis termal men%adi analisis struktur maka pende/inisian kondisi "atas

men%adi 3' yaitu /i' me%a' dan simply seperti terlihat pada !am"ar#

@i

Simply

Me%a

$em"uatan kondisi "atas untuk thermal stress# $ada pem"uatan kondisi "atas ini'

thermal stress dide/inisikan se"a!ai /un!si dari distri"usi temperatur yan! se"elumnya

sudah di"uat di /ields' seperti terlihat pada !am"ar# $ada thermal stress' pende/inisian

di /ield men!!unakan metode @EM yan! se"elumnya men!alami pende/inisian

elemen den!an mem"uat !rup "ernama Gelaseramik# Elemen yan! dide/inisikan

merupakan elemen yan! terdpat di seluruh dindin! !elas dan !a!an! !elas#

Gam"ar 6# $enampilan

result distri"usi

temperatur den!an

memoton! "a!ian !elas#

Gam"ar 5# $en!u"ahan mode analisis

dari structure ke thermal

Gam"ar 8# $em"erian kondisi "atas pada

!elas untuk analisis struktur ,thermal stress.

Gam"ar 10# $em"uatan dan pende/inisian >oad

untuk thermal stress den!an men!!unakan !rup'

/ields' dan >oad*4s


7/13

$em"uatan >oad 4ase untuk thermal stress seperti terlihat pada !am"ar' yaitu den!an

men!!!a"un!kan keti!a kondisi "atas ditam"ah den!an thermal stress#

Analisis den!an MS4 +astran dan menampilkan hasil seperti di "a)ah ini yan!

terlihat "ah)a nilai te!an!an maksimum dari thermal stress ter%adi pada !a!an! yaitu

108 Mpa dan minimum se"esar 325 k$a

# $emodelan $ressure Stress

Gam"ar 11# >oad 4ase untuk thermal

stress

Gam"ar 12# $enampilan result untuk

thermal stress dan per"esaran pada

sam"un!an !a!an! !elas#


8/13

$ada pemodelan kali ini' lan!kah yan! dilakukan adalah sama den!an thermal stress seperti

di%elaskan pada "a!ian se"elumnya' yaitu men!u"ah analisis termal men%adi analisis struktur

supaya le"ih mudah untuk dianalisis dan di"ayan!kan#

$em"uatan ondisi *atas dan >oad 4ase

?ntuk pende/inisian pressure' di"utuhkan suatu /un!si persamaan yan! sesuai den!an

dimensi !elas# $ada pemodelan kali ini' persamaan yan! di!unakan adalah

:#98B:#8B,3#3CZ. den!an Z adalah ketin!!ian !elas# Setelah dide/inisikan di /ields "arulah

mem"uat kondisi "atas di >oad*4s dan setelah itu mem"uat load case seperti terlihat pada

!am"ar di "a)ah ini#

Analisis yan! dilakukan oleh MS4 +astran akan men!hasilkan result seperti di

"a)ah ini yan! men!hasilkan nilai tekanan maksimum dan ter%adi di sam"un!an

!a!an! !elas se"esar 13' k$a dan men!hasilkan nilai minimum di !a!an! !elas dan

"i"ir !elas se"esar 1'11 $a

Gam"ar 13# $ende/inisian /un!si pressure di

/ields dan >oad*4s serta em"uatan >oad 4ase

Gam"ar 1# $enampilan result pressure pada

!elas dan per"esaran pada sam"un!an !a!an!

!elas


9/13

9# $emodelan *e"an om"inasi

$em"uatan >oad 4ase den!an men!!a"un!kan antara thermal stress ,/un!si

temperatur. dan tekanan ,/un!si tekanan. yan! sudah dide/inisikan se"elumnya akan

men%adi seperti !am"ar di "a)ah ini#

Analisis yan! dilakukan den!an memakai load case diatas dan men!!unakan MS4

+astran akan men!hasilkan nilai com"ine stress maksimum di sam"un!an !a!an!!elas se"esar 10: Mpa dan nilai com"ine stress minimum ter%adi pada permukaan

!elas seperti terlihat pada !am"ar se"esar 325 k$a

Gam"ar 19# $em"uatan >oad 4ase den!an

menyertakan pressure dan thermal stress

Gam"ar 16# $enampilan result untuk

com"ine stress dan per"esaran pada

sam"un!an !a!an! !elas


10/13

Analisis

asil yan! diperoleh dari analisis men!!unakan $AT-A+ pada pemodelan !elas di atas

diperoleh nilai te!an!an (onmises maksimum terletak pada pertemuan antara !a!an! !elas

dan !elas# al ini kemun!kinan dise"a"kan !a!an! !elas "ersi/at seperti tumpuan %adi ketika

!elas akan "erde/eromasi secara simetri "a!ian yan! terhu"un! den!an !a!an! ini tertahan

oleh kekakuan yan! dimiliki oleh !a!an! !elas sehin!!a te!an!an maksimum ter%adi di

pertemuan terse"ut# &en!an "erdasar terse"ut' dapat disimpulkan apa"ila ter%adi ke!a!alan'

maka tempat pertama kali ter%adi ke!a!alan adalah "erada di sam"un!an antara !a!an! !elas

dan !elas#

Selain itu apa"ila melihat dari sum"er re/erensi dari internet' yan! men!atakan "ah)a "ila

te!an!an maksimum 10'3 Mpa maka material porcelaine terse"ut akan mulai men!alami

ke!a!alan pada saat pem"e"anan ke 2#000#000 kali# &en!an mem"andin!kan data terse"ut'

maka den!an te!an!an maksimum se"esar 10: Mpa den!an asumsi pemakaian hanya

di!unakan untuk men!!unakan air panas yan! "ertemperatur353 atau 1004 maka umur

pemakaiannnya kuran! dari 2#000#000 kali# &en!an memakai per"andin!an kasar' maka %ika

te!an!an maksimum yan! dipakai 10: Mpa maka umur pemakaiannya men%adi 200#000 kali,cycles. yan! mempunyai arti %ika pemakaian !elas se"anyak 9 kali sehari maka umurnya D

100 tahun#

Selain itu' u%i kon(er!ensi tidak dapat dilakukan karena pada setiap penam"ahan elemen

maupun pen!uran!an elemen masih terdapat /ree ed!e pada !a!an! !elas' tetapi untuk

ta"un! !elas dapat dilakukan u%i kon(er!ensi hanya se"atas menam"ah elemen atau

men!uran!i dan men!hasilkan sekitar 19000 elemen sehin!!a tidak ter%adi /ree ed!e pada

ta"un! !elas#

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan

1# $emodelan dapat dilakukan den!an "aik meskipun terdapat /ree ed!e pada !a!an!

!elas#

2# Te!an!an maksimum nilai te!an!an maksimum dari thermal stress ter%adi pada

!a!an! yaitu 108 Mpa dan minimum se"esar 325 k$a# Tekanan maksimum dan ter%adi

di sam"un!an !a!an! !elas se"esar 13' k$a dan men!hasilkan nilai minimum di

!a!an! !elas dan "i"ir !elas se"esar 1'11 $a# 4om"ine stress maksimum di

sam"un!an !a!an! !elas se"esar 10: Mpa dan nilai com"ine stress minimum ter%adipada permukaan !elas seperti terlihat pada !am"ar se"esar 325 k$a


11/13

3# ?mur pakai !elas den!an asumsi sesuai re/rensi dari internet yaitu 100 tahun#

Saran

1# ?ntuk thermal /ati!ue mem"utuhkan pen!etahuan material yan! mendalam# Semakin

"anyak re/erensi' hasil tu!as ini akan semakin (alid#

!aftar Pustaka

http)))#nc"i#nlm#nih#!o(pu"med19262

Tutorial MS4 $atran 2009

Modul $raktikum Metode Elemen in!!a
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1524642http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1524642


12/13

Penilaian oleh : S(amsurisal )*+,-.-+/0

$enilaian terhadap teman

1# Eko Trisucipto ,1360506:.

Soluti/ dalam mem"erikan penyelesaian pada masalah F masalah yan! dialami dalam

pen!er%aan tu!as#

2# Mohammad Zainul A# ,13108126.

$eker%a keras dan tidak men!enal lelah dalam men!er%akan tu!as' soluti/ dalam mem"erikan

penyelesaian masalah# Selalu siap untuk mem"erikan "antuan#

Tan!!apan terhadap perkuliahan

$erkuliahan "erlan!sun! menarik den!an materi F materi "aru' "anyak tu!as yan! san!at

mem"antu men!erti materi perkuliahan di kelas' sayan!nya )aktu praktikum a!ak kuran!

sehin!!a dalam men!er%akan tu!as kelompok "anyak kendala sehin!!a kuran! maksimal#

Tan!!apan terhadap tu!as

Tu!as kelompok "erupa analisis model yan! dipilih sendiri san!at "erman/aat dalam

memahami aplikasi dari materi perkuliahan )alaupun menyita cukup "anyak )aktu akan

tetapi pen!etahuan yan! diperoleh sepadan# ?ntuk selan%utnya diaharapkan pem"erian tu!as

ini terus diadakan karena san!at "erman/aat# &an diharapkan %u!a )aktu praktikum ditam"ah

sehin!!a san!at mem"antu dalam memahami proses pemodelan pada so/t)are yan! akan

di!unakan#

Penilaian oleh : M12ainul Aminin )*+*-3*/,0

$enilaian terhadap teman

1# Eko Trisucipto ,1360506:.

Soluti/ dalam menyelesaikan masalah yan! ditemukan dalam tu!as' tetapi tin!kat kehadiran

ketika ker%a kelompok masih kuran! sehin!!a serin!kali ker%a kelompok hanya diker%akan

oleh 2 oran! sa%a#

2# Syamsurisal ,1360:032.

Enak %ika dia%ak ker%asama' inisiati/nya tin!!i' dan ker%anya cepat serta serin! menemukanide "a!us yan! "erman/aat untuk menyelesaikan tu!as ,serin! co"aco"a.#

Tan!!apan terhadap perkuliahan

*aru pertama kali saya mendapat kuliah seperti ini se%ak tin!kat 2#


13/13

Tu!as ini ter!olon! yan! saya pikir mudah' tetapi nyatanya meman! tidak mudah apala!i

materi yan! di!unakan untuk menyelesaikan tu!as tidak cukup dari praktikum# Akan tetapi'

den!an tu!as ini' saya merasa san!at menam"ah ilmu "aru# Terutama dalam hal pem"e"anan

termal# Meskipun "e"erapa kali trial dan error' men!er%akan tu!as ini merupakan ker%aan

yan! seru dan asik#

laporan final analisis thermal mug

Documents