Ujian Thesis

EVALUASI RANCANGAN FRAME AUTOMATICS GUIDE VEHICLE (AGV)

DENGAN RODA MECANUM MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

ZAINAL ABADI12/337483/PTK/08148

Program Studi S2 Teknik MesinJurusan Teknik Mesin dan Industri

Fakultas Teknik Universitas Gadjah MadaYogyakarta

2014

Pendahuluan

Sistem Manufaktur

Material Handling

Automatic Guided Vehicle (AGV)

Frame AGV

Perumusan masalah

Evaluasi

Pembebanan yang

bervariasi

Frame

Perbaikan desain

Tujuan penelitian

Mengetahui Pengaruh beban-Distribusi

tegangan

Mengetahui Titik Kritis

Perbaikan desain

Batasan Masalah

FEM dan Abaqus~distribusi tegangan Von Mises, regangan maksimum, dan displacement

maksimum

Analisis FEM dan Simulasi Abaqus~titik-titik kritis

Beban= Statis dan dinamis

Validasi Strain gage

Tinjauan Pustaka

Muhammad et. al. (2008) meniliti tentang distribusi tegangan pada rangka mobil boogi menggunakan Software CAD untuk membuat desainnya dan kemudian di Simulasi menggunakan Catia V5 dan analisa Metode Elemen Hingga

Asker et.al. (2012) menganalisis tegangan pada chasiss dum truck standard selama melewati jalan blok menggunakan finite element analysis. Model chasiss yang diteliti adalah model scania. Material yang digunakan adalah steel dengan modulus young 207 Mpa, poisson's ratio 0.3, yield streng 550 Mpa, tensile streng 620 Mpa dengan density 7800 km/cm3

Saputra (2012) melakukan penelitian menggunakan software CAD dan CAE untuk mensimulasikan beban pada struktur rangka bus.

Fui (2007) dalam penelitianya merekomendasikan salah satu langkah untuk mengurangi besar tegangan kritis pada suatu komponen, yaitu dengan cara menambahkan / memperbesar jari – jari fillet pada geometri komponen

Desain AGV yang Akan dibuat Desain Frame

Metodologi Penelitian

Material yang digunakan pada desain ini adalah baja karbon ASTM A36 dengan profil box 40x30x1.6 mm. dengan spesifikasi sebagai berikut:

Tegangan leleh (fy) = 250 MpaTegangan Ultimate (fu) = 400 MpaModulus young = 200000 MpaBerat jenis = 7850 kg/m3

Poision Ratio = 0.26Strainhardening strain (εst) = 0,014

Material

Verifikasi

Peralatan

Satu unit laptop

Starin gage Data Logger

Simulasi

Validasi

Impact Hammer test

Prosedur PenelitianMulai

Mengkaji sistem mekanik desain frame AGV

Simulasi menentukan Critical point pada Frame dengan beberapavariasi pembebanan:

·Statis (variasi 1,2 dan 3)-Desain ke-1-Desain ke-2

·Dinamis-Desain ke-2

-Verifikasi Frekwensi Natural Frame dengan Modal Analysis

Literature Review

Komparasi hasil Simulasi: σ ≤ σijin

ɛ ≤ ɛst

U ≤ Uijin

Validasi hasil simulasi dengan pengujian lab.

Valid?

Tidak

Ya

Menentukan tujuan simulasi

A

Kesimpulan dan saran

Selesai

A

Analisis hasil dan peluang modifikasi

Modifikasi desain dan Simulasi dengan Pembebanan Statis dan Dinamis

Analisis hasil dan pembahasan secara menyeluruh

beban utama = 100 kg×Sfberat frame = 34 kgberat lifting = 66 kgsafety factor = 2beban total( m.w) = 300 kg×gravitasi

= 3000 NLuas Area (A) = 6400 mm2

sehingga didapat beban persatuan luas =0,4687 N/mm2

beban utama = 32 kgsafety factor = 2beban totalnya = 64 kg × gravitasi

= 640NLuas area (A) = 80.800 mm2

maka di peroleh Beban persatuan luas = 0.008 N/mm2

Pembebanan

Beban yang di Variasikan

Variasi 1:Pembebanan di bagi merata 1, 2, 3 dan 4

Variasi 2:Pembebanan pada 1 dan 2 dibebani 80% dari beban

total

Variasi 3:Pembebanan pada 1 dan 3 dibebani 80% dari beban

total

Hasil dan Pembahasan

Konvergensi Mesh

Pembagian elemen (meshing) yang digunakan harus bisa mendapatkan hasil yang terbaik. Maka, perlu dilakukan penyesuaian jumlah elemen dengan hasil yang didapat sehingga menghasilkan error yang kecil (Prasetio. 2012).

Jika perbedaan nilai tegangan antara kedua analisis tersebut cukup besar, maka analisis diulang lagi dengan jumlah elemen yang lebih besar sampai perbedaan tersebut dianggap cukup kecil (Norton, 2006)

0

200

400

600

800

1000

1200

998849 891

760 788858

937 10101030 1070

KonvergensiT

egan

gan

Von

Mise

s (M

pa)

Analisis Hasil dengan Pembebanan Statis

Desain ke-1

Dari hasil simulasi statik pada desain ke-1 diperolah displacement maksimum yang terjadi adalah 2,157 mm, regangan maksimumnya sebesar 0,00137 serta memperoleh tegangan Von Mises sebesar 377,523 MPa.

Teg. Von Mises =377,523 MPa

Displacement = 2,157 mm

Reg. Maksimum = 0,0013

Desain ke-1 tidak dilakukan analisis dengan pembebanan dinamis karena dengan pembebanan statis teg. Von mises yang terjadi diatas tegangan yield

Desain ke-2

Variasi ke-1 pembebanan dibagi merata pada 4 posisi beban

Variasi ke-2 Pembebanan pada posisi 1 dan 2 di bebani 80% dari beban total

Variasi ke-3 pembebanan pada posisi beban 1 dan 3 dibebani 80% dari beban total

Displacement yang terjadi pada variasi ke-1sebesar 0.748 mm, regangan maksimumnya 0.000762, Serta tegangan Von Mises 199,118 MPa

Displacement yang terjadi pada variasi ke-2 sebesar 0.668 mm, regangan maksimumnya 0.000608, Serta tegangan Von Mises 142,211 MPa

Displacement yang terjadi pada variasi ke-2 sebesar 0.669 mm, regangan maksimumnya 0.000637, Serta tegangan Von Mises 154,356 MPa

variasi 1 variasi 2 variasi 30.62

0.64

0.66

0.68

0.7

0.72

0.74

0.76 0.748

0.668000000000001

0.669000000000001

Jumlah variasi

Disp

lace

men

t (m

m)

variasi 1 variasi 2 variasi 30

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.000762

0.000608000000000001 0.000637

Jumlah variasi

Rega

ngan

mak

simum

variasi 1 variasi 2 variasi 30

50

100

150

200

250

199.118

142.211154.356

Jumlah variasi

tega

ngan

Von

Mise

s(M

Pa)

Grafik displacement, regangan dan tegangan

Von Mises

Displacement

0,748 mm

Regangan maksimumnya

Max : 0,000762

Tegangan Von Mises

Max : 199,118 MPa

Dengan hasil simulasi beban statis ini desain ke-2 ini dinyatakan aman untuk digunakan

Analisis hasil dengan pembebanan dinamis

Index Frekuensi (Hz)

Displacement (mm)

Teg.Von Mises(MPa)

Reg.Maksimum

1 0.5 0.000055 8.889 0.0000462 0.5894 0.000235 40.644 0.0001923 0.6947 0.000198 28.82 0.0001124 0.8189 0.000255 34.273 0.0001275 0.9653 0.002215 258.584 0.0009116 1.138 0.000233 49.363 0.000217 1.341 0.000215 39.912 0.0001458 1.581 0.000368 91.353 0.0004669 1.864 0.000493 173.889 0.001032

10 2.197 0.001874 468.311 0.00188111 2.59 0.000216 63.417 0.00026312 3.053 0.003332 1135.63 0.00374713 3.598 0.000047 21.708 0.00008514 4.242 0.000067 50.393 0.000215 5 0.000051 58.921 0.000244

Dalam penelitian ini penulis mengambil salah satu model analisa beban dinamis yaitu steady state dynamic, didalam model analisa steady state dynamic ini kita perlu menentukan frekuensi terendah dan frekuensi teringgi, karena jenis analisis ini benda uji digetarkan sedemikian rupa sesuai dengan frekuensi yang yang terjadi.

Desain ke-2

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035 0.003332

Frekuensi (Hz)

Disp

lace

men

t (m

m)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035

0.004 0.00374700000000003

Frekuensi (Hz)

Reg

. Mak

simum

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

200

400

600

800

1000

1200

8.88900000000001

1135.63

Frekuensi (Hz)

Teg

anga

n V

on M

ises (

MPa

)

Besarnya nilai displacement berbanding lurus dengan regangan maksimum dan juga linier dengan tegangan Von Mises yaitu terjadi pada frekuensi 3,053 Hz

Tegangan Von Mises

Max : 1135.63 MPaJadi, dengan data yang didapat dapat disimpulkan bahwa berdasarkan analisa beban dinamis desain frame ini dinyatakan tidak aman untuk digunakan, sehingga diperlukan modifikasi untuk mendapatkan desain terbaik.

Verifikasi Frekuensi Alami Frame dengan Modal Anlysis

Verifikasi frekwensi dilakukan menggunakan digital storage oscilloscope dengan type ADS 1042C dengan real-time sampling 500 MSa/s dan bandwidth 40 MHz, Tranduser dengan merek brael&kjær dengan type 4371 0976336 serta Hammer brael&kjær type 8202 2050319.

Dari ketiga data uji impact hammer ini menunjukkan bahwa natural frekuensi yang pertama muncul itu adalah pada frekuensi 237 Hz, kemudian terdapat beberapa frekuensi alami yang muncul seperti yang terlihat pada grafik hasil uji impact hammer

Pengujian Strain gage

Pengujian strain gage ini dilakukan untuk memvalidasi hasil analisis simulasi Abaqus. Pengujian strain gage ini disesuaikan dengan hasil simulasi Abaqus, dimana pemasangan strain gage dilakukan pada posisi atau titik-titik yang mengalami tegangan paling besar. Tujuan menyesuaikan dengan hasil simulasi Abaqus adalah supaya memudahkan dalam memvalidasi hasil pengujian dengan hasil simulasi sehingga mudah untuk dikonversi

Pemasangan Strain gage dan Alat uji Pengujian dengan beban terbesar 155.5 kg

Posisi pemasangan strain gage pada frame AGV

Penimbangan beban yang akan digunakan.

Proses pengujian

No Regangan(ɛ) Modullus Elastisitas (E) (MPa)

Tegangan (σ)=ɛ×E (MPa)

1 0.000263 200000 52.62 0.000313 200000 62.63 0.000103 200000 20.64 0.000015 200000 3

No No strain gage

Beban 1(kg)

Regangan 1 (µɛ)

Beban 2 (kg)

Regangan 2 (µɛ)

Beban 3 (kg)

Regangan 3 (µɛ)

1 strain gage 2 105.5 160 133.5 208 155.5 263

2 strain gage 4 105.5 203 133.5 256 155.5 313

3 strain gage 5 105.5 77 133.5 84 155.5 103

4 starin gage 6 105.5 10 133.5 13 155.5 15

Data hasil pengujian menggunakan strain gage

Berdasarkan hasil simulasi Abaqus dan pengujian lab menggunakan strain gage dinyatakan aman bila diberi pembebanan statis, namun tidak aman bila dibebani beban dinamis sehingga desain perlu di modifikasi pada bagian yang tidak aman secara beban dinamis dan di simulasi ulang menggunakan simulasi dengan pembebanan dinamis untuk mendapatkan desain yang terbaik dan aman digunakan.

Analisis menyeluruh hasil simulasi Abaqus dan Strain Guage desain ke-2

Dari data simulasi Abaqus dengan pembebanan statis yang telah dilakukan pada beberapa variasi pembebanan yang dianggap paling kritis, tegangan terbesar hanya 199.118 MPa kemudian regangan maksimum yang terjadi adalah 0,000762, serta displacement terbesar yaitu 0,668 mm

Dari simulasi Abaqus dengan pembebanan dinamis didapat frekuensi yang paling mengalami tegangan terbesar adalah pada frekuensi 3.053 Hz dengan tegangan yang terjadi yaitu 1135.63 MPa, regangan maksimum yang terjadi adalah 0.003747

Modifikasi dan Analisa lanjutan menggunakan analisa pada beban dinamis

bagian yang dimodifikasi adalah mounting konektor dengan lifting dengan dirubah dimensinya dari 40mm×40mm×4mm menjadi 60mm×40mm×5mm kemudian di buat fillet dengan diameter 0,5 mm pada bagian lubangnya. Selanjutnya pada mounting konektor dengan suspensi hanya perlu penambahan fillet saja.

0.5

0.5894

0.694700000000001

0.818900000000001

0.9653

1.137999999999991.341

1.5811.864

2.1972.59

3.0533.598

4.2420

0.00050.001

0.00150.002

0.00250.003

0.0035

0.002215000000000010.00187400000000001

0.003332

0.001145

Displacement sebelum ModifikasiDisplacement sesudah modifikasi

Frekuensi (Hz)

Dis

plae

men

t mak

sim

um (m

m)

0.5

0.5894

0.694700000000001

0.818900000000001

0.9653

1.137999999999991.341

1.5811.864

2.1972.59

3.0533.598

4.242 50

0.0010.0020.0030.004

0.003747000000000020.003600000000000010.0024

Regangan maksimum sebelum modifikasiRegangan Maksimum sesudah modifikasi

Frekuensi (Hz)

Reg

anga

n M

aksi

mum

0.5

0.5894

0.694700000000001

0.818900000000001

0.9653

1.137999999999991.341

1.5811.864

2.1972.59

3.0533.598

4.242 50

200

400

600

800

1000

1200

258.584

468.311

1135.63

219.4

608.169

Teg. Von Mises sebelum ModifikasiTeg. Von Mises setelah Modifikasi

Frekuensi (Hz)

Teg

anga

n V

on M

ises

(MPa

)

Kesimpulan

Titik-titik kritis terjadi pada pada desain ke-1 terjadi pada bagian mounting konektor dengan lifting dan mounting konektor dengan suspensi serta ujung frame, kemudian pada desan ke-2 yang mengalami titik-titik kritis adalah pada mounting saja.

Distribusi tegangan, regangan dan displacement terbesar pada desain Frame AGV adalah pada variasi pembebanan ke-1, desain ke-2

Desain frame yang telah di modifikasi ini aman untuk di gunakan dalam pembautan frame AGV selanjutnya

Saran

•Gunakan ukuran dan jenis mesh yang sama pada simulasi dengan pembebanan statis dan simulasi dengan pembebanan dinamis dengan mesh yang telah konvergen.

•Pada saat pengujian menggunakan strain gage sebaiknya dilakukan tidak harus dipasang pada posisi yang mengalami tegangan terbesar saat simulasi, tetapi pemasangan strain gage dipasang pada posisi yang mudah untuk konversi.

•Untuk memodifikasi desain, selain mempertimbangkan tegangan harus mempertimbangkan nilai ekonomis dari desain itu sendiri.

•Untuk mengurangi biaya penelitian validasi dapat dilakukan dengan mengukur displacement dari benda uji , tetapi untuk data lebih akurat tetap menggunakan data logger sebagai alat pembaca displacement yang terjadi.

SEKIAN TERIMA KASIH