Analisa Stress Pada Pipa Menggunakan

ANALISA TEGANGAN PADA PIPA MENGGUNAKAN APLIKASI PROGRAM COSMOSXPRESS Oleh : Romiyadi, ST, MT

1. Abstrak Pipa yang mendapat gaya tarik akan mengalami deformasi dan menghasilkan displacement serta tegangan pada semua komponen pipa tersebut. Tegangan tersebut akan terdistribusi pada semua komponen pipa tersebut. Dengan menggunakan simulasi tengangan dengan menggunakan aplikasi pogram COSMOSXpress, akan dapat dilihat distribusi deformasi dan tengangan pada pipa tersebut. Kita akan mengetahui daerah-daerah yang mengalami stress /  tegangan yang terbesar dan daerah- daerah yang mengalami tegangan yang terkacil. Kita juga dapat melihat daerah-daerah yang mengalami deformasi yang terbesar maupun yang terkecil.

Keyword : Deformasi, Cossmos Xpress, Tegangan /Stress

2. Sekilas Tentang COSMOS Xpress COSMOS Xpress merupakan satu modul di dalam Solid Works yang berguna untuk menganalisa tegangan (Stress Analysis) dari design yang kita buat. COSMOS Xpress sendiri buatan dari Structural Research and Analysis Corp. Di software lain biasa di kenal Finite Element Method (FEM) atau Finite Element Analysis (FEA). Wizard di dalam COSMOS Xpress akan menunjukkan tahap demi tahap bagaimana design akan bekerja di bawah kondisi tertentu. Ini akan menjawab pertanyaan sulit dari sisi engineering seperti: 1. Apakah part akan patah? 2. Bagaimanakah bentuk deformasi dari part? 3. Dapatkah

pengguna

menggunakan

mempengaruhi unjuk kerjanya?

material

yang

optimum opti mum

tanpa

Design yang optimum akan dapat bersaing di pasar karena penggunaan material yang sedikit sehingga harga jual rendah tanpa mengorbankan factor keamanan dari design tersebut. Di akhir laporannya COSMOSXpress memberikan catatannya sebagai berikut: Hasil analisa design COSMOSXpress adalah berdasarkan analisa statik linear dan material di anggap isotropic. Analisa statik linear menganggap bahwa: 1. Sifat material adalah linear memenuhi hukum Hooke. 2. Beban di terapkan secara perlahan dan mengabaikan efek dinamik. 3. Deskripsi Kasus Dibawah ini adalah gambar suatu pipa :

Adapun dimensi pipa tersebut adalah sebagi berikut : 

Dimensi luar pipa 1

= 30 mm



Panjang pipa 1

= 30 mm



Dimensi luar pipa 2

= 26 mm



Panjang pipa 2

= 40 mm



Dimensi luar pipa 3

= 18 mm



Panjang pipa 3

= 50 mm



Dimensi dalam

= 18 mm

Pada pipa tersebut diberi gaya tarik pada ujung Pipa sebesar F, dan daerah restrain adalah pada pangkal pipa seperti pada gambar dibawah ini :

Dengan menggunakan simulasi COSMOSXpress, akan dilihat distribusi tegangan dan deformasi yang terjadi pada pipa tersebut .

4. Langkah Penyelesaian a. Pembuatan Model Solid 

Buka SolidWork > klik New > pilih Part > klik OK



Klik Extruded > Pilih Righ Plane > Klik circle circle >Buat lingkaran lingkaran dengan dengan diameter 30 mm



Klik Exit sketch



Pada Tab Property Manager set D 1 30 mm > Klik OK



Klik salah satu daerah daerah diameter diameter lingkaran > Klik Klik Extruded > Klik circle > Buat lingkaran lagi dengan center point yang sama dengan diameter 26 mm > klik OK



Klik Exit sketch



Pada Tab Property Manager set D 1 40 mm > Klik OK



Klik lagi di daerah diameter lingkaran > Klik Extruded > Klik circle > Buat lingkaran lagi dengan center point yang sama dengan diameter 22 mm > klik OK



Klik Exit sketch



Pada Tab Property Manager set D 1 50 mm > Klik OK



Klik lagi di daerah diameter lingkaran > Klik Cut extruded > Klik circle > Buat lingkaran lagi dengan center point yang sama dengan diameter 18 mm > klik OK



Klik Exit sketch



Pada Tab Property Manager , dibawah Direction 1 pilih Trough All > Klik OK



Pembuatan model solid selesai

b. Penyelesaian Stress Analysis dengan COSMOSXpress 

Pilih menu Tools > Pilih SimulationXpress (COSMOSXpress) Muncul gambar seperti dibawah ini :



Klik Material > Pilih Steel > Pilih Alloy Steel > Klik Apply



Klik Next > pilh daerah restrain > klik next



Klik next > Pilih Force > Klik next >Pilih Alloy Steel > pilih daerah yang akan diberi gaya > Masukkan nilai Gaya 3000 N >Klik Flip direction > Klik Next.



Klik yes untuk menganalisa model > Klik next > Klik Run > Klik Next .



Klik next > Pilih No untuk tidak mengoptimasi design > Klik Next .



Klik Show me the stress distribution in the model > klik Next > Klik Play Untuk melihat animasi distribusi stress > Setelah beberapa menit Klik Stop > Kilik Save > Klik Next



Klik Show me the displacement distribution in the model > klik Next > Klik Play Untuk melihat animasi distribusi deformasi > Setelah beberapa menit Klik Stop > Kilik Save > Klik Next



Klik Generate an HTML report > klik Next untuk membuat laporan HTML



Klik Cover page, Introduction, dan Conclusion > klik Next.



Ketik”Analisa Stress Pada Pipa” untuk judul laporan, “Romiyadi” untuk nama

analis dan “Universitas Indonesia” untuk nama perusahaan. Ketik “16 – 05  – 2009” untuk tanggal laporan > klik Next. 

Klik Next > Klik Next > Ketik “ Analisa Stress Pada Pipa” untuk

laporan > Klik Next > Klik Close untuk menutup jendela laporan

nama file

5. Pembahasan Untuk membahas hasil dari analisa tegangan menggunakan program COSMOSXpress, ada baiknya melihat gambar distribusi tegangan dan distribusi deformasi hasil perhitungan dari COSMOSXpress

Gambar Distribusi Tegangan

Gambar Distribusi Deformasi

Dari gambar dapat dilihat bahwa distribusi tegangan terbesar terdapat pada pipa yang mempunyai diameter terkecil dan tegangan yang terkecil didistribusikan pada pipa yang mempunyai diameter terbesar. Hal ini sesuai dengan persamaan tegangan, = dimana F adalah gaya dan A adalah luas penampang. Sedangkan konsentrasi tegangan terbesar terjadi pada titik awal diameter yang terkecil (daerah pada bagian pipa dengan diameter yang terkecil yang berbatasan dengan pipa dengan diameter yang lebih besar). Sementara itu deformasi yang terjadi dapat dilihat dari gambar diatas dimana deformasi yangterbesar terjadi pada ujung pipa dengan nilai displacement 0,008765 mm. Hal ini sangat wajar karena posisi inilah diberikan gaya. Sedangkan deformasi yang terkecil terjadi pada pangkal pipa dengan nilai displacement 1,00e-30 mm dan bisa dibilang tidak terjadi deformasi karena nilainya sangat kecil sekali dan ini sangat wajar karena di posisi ini pipa tersebut dijepit. 6. Kesimpulan

Dari hasil simulasi stress analysis menggunakan Program aplikasi COSMOS Xpress pada pipa yang diberi tegangan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 

Tegangan terbesar terjadi pada bagian awal pipa yang terkecil dengan nilai tegangan 29332652 N/m 2



Tegangan terkecil terjadi pada daerah ujung pipa yang terbesar dengan nilai tegangan 19368632,9 N/m 2



Deformasi terbesar terjadi pada ujung pipa dengan displacement sebesar 0,008765 mm



Deformasi terkecil terjadi pada pangkal pipa dengan displacement sebesar 0,008765 mm



1,00e-30 mm

7. Referensi : Shigley , Joseph e. Standard handbook of machine design. 3rd_edition. http://agus.fikri.googlepages.com/SolidWorksl-COSMOSXpressLever1.pdf http://classes.engr.oregonstate.edu/engr/winter2007/engr248001/Materials/Lab%20Files/ENGR248%20Lab08.doc http://www.me.cmu.edu/academics/courses/NSF_Edu_Proj/Statics_Solidworks/  ansysx.htm http://www.me.cmu.edu/academics/courses/NSF_Edu_Proj/Statics_Solidworks/i ndex.htm http://www.cadfamily.com/download/CAE/FEA/Solidworks-Cosmos-Tut3.pdf http://helicesar.wordpress.com/2009/04/12/analisa-tegangan-pipa-pada-meliburplant-dengan-metode-elemen-hingga/  http://www.migas-indonesia.com/files/article/Longitudinal_crack_pada_pipa.doc

8. Lampiran Diagram konsentrasi tegangan dan radius takikan berbanding diameter penampang.