contoh kasus pemilihan bahan dan proses.pdf

7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 1/15

Tugas : UTS Pemilihan Bahan dan Proses

Soal :

Tentukan :

Bahan dan ukuran/bentuk agar konstruksi tersebut di atas :

- Kuat

- Ringan

800 Kg (FH)

1,5 Ton (FV)

3 0 m



Solusi :

Engineering materials terdiri dari :

1.

Metals meliputi; Steels, Cast irons, Al-alloys, Cu-alloys, Zn-alloys, dan Ti-alloys

2. Ceramics meliputi; Aluminas, Silicon carbides, Silicon nitrides, dan Zirconias

3. Polymers meliputi; PE, PP, PET, PC, PS, PEEK, PA (nylons), Polyesters,

Phenolics, dan Epoxies

4. Elastomers meliputi; Isoprene, Neoprene, Butyl rubber, Natural rubber, Silicones,

dan EVA

5.

Glasses meliputi; Soda glasses, Borosilicate glasses, Silica glasses, dan Glass-

ceramics

6. Hibrids meliputi; Composite, Sandwiches, Segmented structures, Lattices, dan

Weaves

Untuk soal di atas dapat dijelaskan sebagai berikut :

Fungsi (functions) : column (tiang) penyangga

Pembatas (Constraints) : - panjang (L) ditentukan

- Column mampu menahan beban tekuk dan bengkok

tanpa mengalami buckling dan bending

Tujuan (objectives) : - massa dari column sekecil mungkin (min.)

- Modulus (kekakuan) tinggi (maks.)

Free variables : - Luas area (cross-section area), A

- Pemilihan material (choice of material )

Selection of Material and Shape

Tinjauan pembebanan dari konsruksinya adalah :

Akibat buckling 1,5 Ton (FV)

3 0 m



P = f(F, G, M)

P = [(Functional requirements,F; Geometric parameter, G; Material properties, M)]

Functional requirements (F) =

Geometric parameter (G) =

Material properties (M) = → M1 =

Akibat bending

P = [(Functional requirements,F; Geometric parameter, G; Material properties, M)]

Functional requirements (F) =

0,8 Ton (FH)

3 0 m



Geometric parameter (G) =

Material properties (M) = → M2=

Jadi M1 = M2 =

Seperti terlihat pada table di bawah ini



Lalu M = diplotkan pada Young’s modulus – Density chart



Dari macam-macam material yang ada tersebut di atas, dipilih material untuk column

(tiang) adalah ; B4C, CFRP, Al alloys, Glass, Mg alloys, GFRP, Concrete, dan Wood .

Dari delapan kelompok material ini ditarik horizontal terhadap Young’s modulus (E) maka

didapat nilainya sebesar :

- B4C (E) = 450 [GPa]

- CFRP (E) = 190 [GPa]

- Glass (E) = 90 [GPa]

- Al alloys (E) = 80 [GPA]

- Mg alloys (E) = 60 [GPa]- GFRP (E) = 28 [GPa]



- Concrete (E) = 20 [GPa], dan Wood (E) = 10 [GPa]

Dengan didapatkan nilai modulus, diplotkan pada Modulus - Strength

The Modulus – Strength chart

Maka diperoleh kekuatannya (strength) dari masing-masing material adalah :

- Boron carbide (B4C) σf = 480[MPa]

- Carbon fibre reinforced polymer (CFRP) σf = 1000 [MPa]

- Glass σf = 28 [MPa]

- Aluminium Alloys (Al alloys) σf = 280 [MPa]

- Magnesium alloys (Mg alloys) σf = 250 [MPa]

- Glass fibre reinforced polymer (GFRP) σf = 160 [MPa]

- Concrete σf = 1,1 [MPa], dan

- Wood σf = 70 [MPa]



Dengan didapatkan nilai modulus, diplotkan pada Strength – Density

The Strength - Density chart

Maka diperoleh density dari masing-masing material adalah :

- Carbon fibre reinforced polymer (CFRP) ρ = 1,8 [Mg/m

3

]

- Aluminium Alloys (Al alloys) ρ = 2,8 [Mg/m3]

- Magnesium alloys (Mg alloys) ρ = 2 [Mg/m3]

- Glass fibre reinforced polymer (GFRP) ρ = 2 [Mg/m3]

- Concrete ρ = 2,4 [Mg/m3], dan

- Wood ρ = 0,7 [Mg/m3]

Maka material yang dipilih untuk tiang (column) adalah Aluminium Alloys (Al alloys).



Konstruksi penyangga (column) tersebut, mana yang lebih mempengaruhi perubahan

(tekuk atau bengkok) yang diakibatkan oleh buckling atau bending . Ini dapat dilihat dari F

(functional requirements) sebagai berikut :

Untuk Buckling →

Untuk bending →

Unsur bending yang lebih dominan, sehingga untuk selanjutnya pengaruh akibat

bending (defleksi) sebagai acuan, jika aman terhadap defleksi maka akan aman terhadap

buckling.

Berikut adalah momen inersi :



Material yang diperoleh diplotkan pada gambar dibawah ini, terhadap moment of area I (m4)

dan section area A (m2)



Maka besarnya nilai momen inersia untuk material aluminium (I) = 0,00003 m4, sedangkan

nilai section area (A) untuk matrial aluminium = 0,006 m2. Bentuk penampang yang

digunakanlah adalah I section dengan

Limit to shape efficiency

Klasifikasi bentuk-bentuk prismatic :

Jadi berdasarkan klasifikasi bentuk bentuk prismatic, dipilih material adalah closed

hollow, dengan class circular, material extruded 6061 aluminium.

Shape efficiency factors

Akibat bending →

, dapat dilihat pada table di bawah ini



Material 6061 aluminium alloy dengan



Momen inersia dari bentuk material tersebut adalah :

Dimana r 1= 3/4r 0

Untuk masanya (m)



Jadi tiang (column) yang dirancang adalah sebagai berikut :

Bahan yang digunakan : Aluminium Alloys (Al alloy)

Young’s modulus (E) = 80 GPa =80.106 KN/m2

Kekuatannya bahan (strength of material) σ f = 280 MPa

Density (ρ) = 2,8 Mg/m3

Bentuknya silinder hollow (circular hollow) dengan dimensi :

Diameter luar (d 0 ) = 0,7196 m

Diameter dalam (d 1 ) = 0,5398 m

Ketebalan silinder (t) = 0,0899 m

Tinggi dari tiang tersebut (L) = 30 m

Massa dari tiang (column) tersebut adalah m = 3,6479 Mg

contoh kasus pemilihan bahan dan proses.pdf

Documents