contoh kasus pemilihan bahan dan proses.pdf
TRANSCRIPT
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
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 2/15
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
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 3/15
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
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 4/15
Geometric parameter (G) =
Material properties (M) = → M2=
Jadi M1 = M2 =
Seperti terlihat pada table di bawah ini
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 5/15
Lalu M = diplotkan pada Young’s modulus – Density chart
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 6/15
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]
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 7/15
- 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]
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 8/15
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).
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 9/15
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 :
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 10/15
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 11/15
Material yang diperoleh diplotkan pada gambar dibawah ini, terhadap moment of area I (m4)
dan section area A (m2)
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 12/15
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
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 13/15
Material 6061 aluminium alloy dengan
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 14/15
Momen inersia dari bentuk material tersebut adalah :
Dimana r 1= 3/4r 0
Untuk masanya (m)
7/27/2019 Contoh Kasus pemilihan bahan dan Proses.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/contoh-kasus-pemilihan-bahan-dan-prosespdf 15/15
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