Upload
others
View
15
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA
COUPLER KAC 952 DAN EXCITER KTR 953 KHF 950 PADA
HELIKOPTER BELL 206 L4 DI PT XYZ
Muhammad Aulia Hafif
Mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Tenik Mesin, Universitas Indonesia
ABSTRAK
Dalam rangka pembuatan sebuah supporting item pada helikopter dibutuhkan perhitungan analisa tegangan yang tepat sehingga dapat diketahui kemampuan dari struktur untuk menanggung beban yang diberikan. Pembuatan dudukan Antenna KAC 952 dan Exciter KTR 953 yang merupakan bagian dari KHF 950 HF yang merupakan sebuah supporting item pada helikopter BELL 206 L4. Pemasangan ini dilakukan dengan adanya service buletin yang diterbitkan oleh perusahaan BELL. Berdasarkan aturan yang diterbitkan oleh CASR sebagai lembaga yang mengatur tentang keamanan dalam regulasi pesawat terbang, supporting item harus mampu menahan load case yang diberikan. Load case tersebut yaitu forward 12 G, downward 12 G, sideward 6 G, rearward 1,5 G dan upward 1,5 G. Proses yang dilakukan dalam mendisain dan simulasi terhadap pembuatan dudukan ini merupakan sebuah aplikasi ilmu yang diterapkan dalam sebuah karya nyata. Pembuatan dudukan ini dilakukan simulasi dengan memasukan load case yang ada dari luar dan diuji kemamputahanan dari dudukan yang telah didisain dengan menggunakan software berbasis finite elemen modeler yaitu ANSYS. Penggunaan software dilakukan untuk mempermudah perhitungan. Dari hasil simulasi software didapatkan tegangan von-Misses, tegangan normal, dan tegangan geser. Untuk tegangan normal dan tegangan geser dilakukan perhitungan margin of safety yang memberikan gambaran bahwa dudukan untuk KAC 952 dan KTR 953 ini dapat memenuhi sarat sebagai supporting item dimana nilai margin of safety lebih besar dari nilai yang ditetapkan oleh PT XYZ.
Kata kunci:
Analisa tegangan, software ANSYS, dudukan Antenna KAC 952 dan Exciter 953
ABSTRACT
In case to make a supporting item for the helicopter, needed a analysis of the stress where the supporting item to be. The stress analysis use to simulate the ability of supporting item from the given load. Tray of KAC 952 and KTR 953 which is part of KHF 950 HF is a supporting item in the helicopter BELL 206 L4. This installation because of the new service bulletin from the BELL Company. Under the rules issued by the CASR as the agency that regulates the regulation of safety in aircraft, supporting the item must be able to withstand a given load case. The load case is forward 12 G, 12
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
G downward, sideward 6 G, rearward 1.5 G and upward of 1.5 G. The process in design and simulation for this tray is an application of the knowledge in a real work. The making of this tray simulate by input of the external load and endurance test. Design of the tray made by finite elemen modeler basis software that ANSYS. This software use to make easier calculating. From the software simulation results obtained von-Misses stress, normal stress and shear stress. For normal stress and shear stress calculation of the margin of safety which suggests that the holder for KAC KTR 952 and 953 can be complied with as a supporting item where the value of the margin of safety is greater than the value set by PT XYZ.
Keyword:
Static stress Analysis, software ANSYS, Holder of Antenna Coupler KAC 952 and
Exiter 953
PENDAHULUAN
Penggunaan dari helikopter sangat
membantu dalam kehidupan manusia.
Helikopter Bell 206 L4 adalah salah satu
varian dari helikopter Bell 206.
Perbedaan mendasar antara L4 dengan
Bell yang lain adalah ukuran L4 yang
lebih besar dan dilengkapi dengan tujuh
seats. L4 merupakan upgrade dan
modifikasi dari 206 L1 dan 206 L3.
Modifikasi yang dilakukan yaitu dengan
penguatan komponen struktur airframe
(termasuk tailboom yang baru),
improvisasi transmisi, upgrade mesin
dari L1 dengan hasil daya angkut
meningkat 300 pounds (150 kg) dan
meningkatkan peforma.[13]
Perkembangan kemanaan dalam
dunia penerbangan juga diikuti oleh
unit-unit helikopter yang telah lama
melakukan penerbangan. Pada helikopter
BELL 206 L4 ini diharuskan untuk
memasang radio KHF 950 HF untuk
melakukan pertukaran informasi.
Bedasarkan CASR nomor 27 tentang
airworthiness standarts normal category
rotorcraft dibutuhkannya pengukuran
stress analisis pada load yang telah
ditentukan untuk memenuhi aturan dari
CASR tersebut. Lalu proses pengukuran
stress analsis tersebut dikerucutkan lagi,
menjadi stress analisis dudukan KCR
953 dan KTR 952 helikopter BELL 206
L4 untuk instalasi HF 950 yang dipasang
di bagasi pesawat.[7]
KHF 950 HF adalah sebuah alat
komunikasi yang memudahkan pilot
dalam berkomunikasi. HF 950 ini
memiliki sistem yang kompak dan
memberikan kemudahan kepada
operator. Alat ini didesain dengan
standar operasi penerbangan
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
internasional sehingga memiliki
kemampuan komunikasi jarak jauh.[2]
KHF 950 HF ini terdiri dari 4
bagian yang harus dipasang pada
helikopter BELL 206 L4. Antenna
Coupler KAC 952, Receiver KTR 953,
Antenna Feed Thru and Antenna
Tensioner. Antenna Coupler KAC 952
dan Receiver KTR 953 diletakan pada
sebuah dudukan yang sama. Sedangkan
antenna feed thru diletakan pada sebelah
kanan helikopter dan antenna
tensioner pada sebelah kiri helikopter.
Gambar.1 Instalasi Antenna coupler
KAC 952 dan Receiver KTR 953
Pemasangan KHF 950 HF ini
merujuk pada CASR part 27 tentang
Airworthiness Normal for Transport
Category Airplane yaitu pada bagian
CASR 27.305 dan CASR 27.561. CASR
merupakan kependekan dari civil
aviation safety regulation yaitu Peraturan
Pemerintah dan Peraturan Keselamatan
Penerbangan.
Pada paper ini perhitungan stress
analisis tersebut dilakukan dengan
menggunakan software ANSYS dengan
metode elemen hingga. Untuk
memudahkan perhitungan maka
digunakanlah software ANSYS. Proses
perhitungan stress dilakukan sesuai load
yang telah diajukan oleh CASR 27.561.
Perhitungan stress yang akan dibahas
yaitu pada saat case 12 G forward, 12 G
downward, 6 G sideward, 1.5 G
rearward, dan 1.5 G downward
Perhitungan stress yang dilakukan adalah
perhitungan pada saaat helikopter diam
selama 3 detik dan perhitungan dinamis
pada saat helikopter bergerak sehingga
dapat mengetahui stress yang ada pada
dudukan Antenna Coupler KAC 952 dan
Receiver Exciter KTR 953 dan batas
keamaan yang sesuai dengan margin of
safety pada helikopter
METODE
Penelitian dilakukan dengan
melakukan observasi dan pengambilan
data di PT XYZ bagian air craft service.
Merujuk pada literatur yang ada maka
dibuat batasan dalam penelitian ini.
Literatur yang digunakan yaitu dari
wawancara dan penjelasan dari mentor,
pembimbing, mekanik di hanggar, dan
juga buku-buku manual yang ada di
perpustakaan gedung Aircraft Services
(ACS) PT. XYZ. Untuk literatur ilmiah
menggunakan buku-buku tentang stress
analisis dan metode elemen hingga.
Pengolahan data dan bedasarkan
literatur dibuat pemodelan untuk
dudukan dengan menggunakan software
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
modeling mampu untuk menyimpan file
stp. File ini akan diimport kedalam
ANSYS untuk disimulasikan dan
diketahui nilai stress yang dibutuhkan
untuk memenuhi Margin of safety.
PENGOLAHAN DATA
Pengolahan data dilakukan dengan
equipment yang ada. Equipment yang
digunakan selama penelitian ini adalah
laptop, software freCAD, software wps
writer, microsoft office, wps
presentation, ANSYS, Adobe reader.
Proses pegolahan ini dilakukan
bedasarkan dengan rujukan teory yang
sudah dipersiapkan.
Proses modeling yang telah ada
dilakukan dengan pemahaman mengenai
software ANSYS. Idealisasi yang
dilakukan juga bedasarkan aturan dan
data yang telah dikumpulkan selama
penlitian. Idealisasi yang dilakuakn
berupa penentuan material yang
digunakan pada dudukan, menentukan
geometry dan sambungan antara par-part
yang ada dalam dudukan, melakukan
generalisasi mesh yang dipilih
menggunakan metode otomatis dan
pemasukan data sesuai dengan load
case yang telah ditentukan.
Proses idealisasi dilakukan untuk
memberikan gambaran tentang tatacara
pemberian load yang telah ditentukan.
Idealisasi yang dilakukan adalah dengan
menentukan tumpuan dan pemberian
arah beban.
Gambar 3.4 idealisasi forward 12 G
Gambar 3.5 Idealisasi downward 12 G
Gambar 3.6 Idealisasi Sideward 6 G
Gambar 3.7 Idealisasi upward 1.5 G
Gambar 3.8 Idealisasi rearward 1.5 G
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
Stress analisis yang diolah dalam
proses ini dilakukan untuk menghasilkan
data berupa equivalent stress, Normal
Stress, Shear Stress. Pemilihin kriteria
stress ini sesuai dengan metode kriteria
kegagalan pada struktur dimana
perhitungan ini didasarkan pada optimasi
yang didapatkan dari von-Misses,
perhitungan konservatif tegangan geser
dan perhitungan tegangan normal karena
adanya gaya tarik yang terjadi dalam
kasus ini.
ANALISA PERHITUNGAN
Sistem pada saat simulasi dilakukan
pada kondisi statik selama 3 detik sesuai
dengan CASR 27. Untuk suhu
lingkungan yang dilakukan pada
simulasi yaitu 22 oC sesuai standar
ANSYS. Untuk satuan unit dipakai
satuan metric (mm, kg, N, s, mV, mA,
C).
Nilai force yang diberikan pada
dudukan yaitu sebagai berikut.
Antenna KAC 952 = 63,4 N
Transreceiver KTR 953 = 30 N
Sesuai dengan CASR dan batasan
masalah yang diangkat load case yang
dilakukan pada stress analisis terdapat
tiga bagian yaitu
1. Forward Case 12 G
2. Downward Case 12 G
3. Sideward Case 6 G
4. Upward 1.5 G
5. Rearward 1.5 G
Maksud dari load case yang ada
adalah jumlah massa yang ada pada
suatu struktur dikalikan dengan gaya
gravitasi dan kemudian dikalikan
dengan besaran load dan pembebanan
load dilakukan sesuai dengan arah yang
ditentukan.
Forward Case berarti pemberian
load dilakukan searah sumbu x positif,
downward case searah sumbu z negatif,
dan sideward diberkan searah sumbu y
positif. Pengujian dilakukan
masing-masing selama 3 detik.
Gambar. Meshing pada dudukan
Hasil output dari ANSYS yaitu
1. Foward case 12 G
Equivalent (von-Mises) stress
maksimum : 80.604 MPa pada Tray 1.
Normal stress maksimum pada sumbu z :
31.684 MPa pada stringer .Shear stress
maksimum pada bidang xy : 38.303
MPa pada skin
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
MStension=
MSshear=
margin of safety dari bearing
MSbtu=
MSbsu=
2. Downward case 12 G
Equivalent (von-Mises) stress
maksimum :236.57 MPa pada doubler
Normal stress maksimum pada sumbu z :
171.19 MPa pada tray 1. Shear stress
maksimum pada bidang xy : 39.669
MPa pada Tray 1
MStension =
MSshear =
93.51669.392751 =−=−
act
tu
ττ
margin of safety dari bearing
MSbtu
329.0119.1715.2271 =−=−
act
tuPτ
MSbsu=3.21
669.399.1301 =−=−
act
suPτ
3. Sideward case 6 G
Equivalent (von-Mises) stress
maksimum : 28.243 MPa pada doubler
Normal stress maksimum pada sumbu z
: 26.101 MPa pada tray 1. Shear
stress maksimum pada bidang xy : 6.29
MPa pada stringer
MStension =
MSshear =
margin of safety dari bearing
MSbtu=
MSbsu=
=−1act
yt
σ
σ
537.71625.31270
=−
=−1act
su
ττ
179.61303.38275
=−
=−1tu
tuPσ 19.61
625.315.227
=−
=−1act
suPτ 417.31
303.389.130
=−
=−1act
yt
σ
σ
577.0119.171
270=−
=−1act
yt
σ
σ
864.121468.19270
=−
=−1act
su
ττ
45.5013444.5275
=−
=−1tu
tuPσ 685.101
468.195.227
=−
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
4. Upward Case 1.5 G
Equivalent (von-Mises) stress
maksimum : 29.521 MPa pada tray 1.
Normal stress maksimum pada sumbu z
: 24.827 MPa pada tray 1. Shear
stress maksimum pada bidang xy :
4.4093 MPa pada tray 1
MStension =
MSshear =
37.6114093.42751 =−=−
act
tu
ττ
margin of safety dari bearing
MSbtu=
163.81827.245.2271 =−=−
act
tuPσ
MSbsu=
68.2814093.49.1301 =−=−
act
suPτ
5. Rearward 1.5 G
Equivalent (von-Mises) stress
maksimum : 10.345 MPa pada doubler.
Normal stress maksimum pada sumbu z
:2.3428 MPa pada stringer. Shear
stress maksimum pada bidang xy :
4.8498 MPa pada skin
MStension =
MSshear =
margin of safety dari bearing
MSbtu=
MSbsu=
Margin of safety listnya adalah
Tabel. Margin of Safety
Case Daerah
maksimu
m
Failure
Mode
MS
12 G
forwar
d
Stringer Tension 7.53
7
Skin Shear 6.17
9
Stringer Bearing
tension
6.19
Skin Bearing
shear
3.41
7
=−1act
suPτ 09.231
433.59.130
=−
=−1act
yt
σ
σ
825.91827.24270
=−
=−1act
yt
σ
σ
246.11413428.2270
=−
=−1act
su
ττ
7.5518498.4275
=−
=−1tu
tuPσ 91.451
84948.45.227
=−
=−1act
suPτ 99.251
8498.49.130
=−
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
12 G
downw
ard
Tray 1 Tension 0.57
7
Shear 5.93
Bearing
tension
0.32
9
Bearing
shear
2.3
6 G
sidewar
d
Tray 1 Tension 12.8
6
Stringer Shear 50.4
5
Tray 1 Bearing
tension
10.6
85
Stringer Bearing
shear
23.0
4
1.5 G
upward
Tray 1 Tension 9.87
5
Shear 61.3
7
Bearing
tension
8.16
3
Bearing
shear
28.6
8
1.5 G
rearwar
d
Stringer Tension 114.
246
Skin Shear 55.7
Stringer Bearing
tension
45.9
1
Skin Bearing
shear
25.9
9
KESIMPULAN
Dari pembahasan dan hasil
pemodelan dapat dimpulkan gaya yang
diberikan pada bidang tray 1 dan tray 2
didistribusikan dengan merata pada
setiap load yang diberikan. Pemberian
load dilakukangan dengan lima case
utama yaitu forward load, downward
load, sideward load, upward load, dan
rearward load. Pada setiap load yang
diberikan disimulasikan selama tiga
detik.Untuk idealisasi dudukan
dilakukan pada setiap sambungan
bersifat bound dan dipasangkan
sambungan beam circular dengan
diameter 3.2 mm sesuai pada data yang
diberikan ACS. Nilai tegangan yang
paling tinggi didapatkan pada equivalent
(von-Misses) untuk downward case 12
G yaitu 236.57 MPa. Nilai margin of
safety paling rendah yaitu pada bearing
tension untuk downward case 12 G yaitu
0.329. Nilai margin of safety yang
didapatkan untuk seluruh tegangan yang
diberikan
Untuk kelanjutan penelitian ini
dapat diberikan saran supaya,
penggunaan software ANSYS dengan
licensi yang lebih tinggi diperlukan
untuk mendapatkan data yang lebih
terperinci. Penggunaan material untuk
rivet disarankan memiliki nilai tearing
stress yang lebih besar untuk
meningkatkan nilai margin of safety.
Penggunaan hardware yang lebih bagus
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
akan memudahkan proses simulasi dan
menghemat waktu
DAFTAR REFERENSI
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Advanced Finite Element Methods
(ASEN 6367) - Spring 2013.
Department of Aerospace
Engineering Sciences. University
of Colorado at Boulder.
Allied Signal Aerospace. 1996.
Khf 950/990 Hf Communications
Transceiver Pilot’s Guide and
Directory of Hf Services.
BELL Helicopter a Textron
Company. Maintenance Manual.
BELL Helicopter a Textron
Company. Structure Repair
Manual.
Budynas, Richard, G. and
Nisbeth, Keith, J. 2011. Shigley’s
Mechanical Engineering Design
Ninth Edition. New York : Mc.
Graw Hill.
CFD Meshing with ANSYS
Workbench .2013 CAE
Associates..
DGCA-RI CASR part 27,
Airworthiness Normal for
TRANSPORT CATEGORY
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
AIRPLANES.
Federal Aviation Administration.
Helicopter Flying Handbook. U.S
Departmen of Transportation
Mellen, S. 2012. Installation
Manual. BELL Helicopter a
Textron Company.
MESHING WORKSHOP Metin
Ozen, Ph.D., ASME Fellow
OZEN ENGINEERING,
INCThursday, November 13th,
2014.
Michael C.Y.NIU. 1997. Airframe
Stress Analisys and Sizing : First
Edition. Hong Kong: Hong Kong
Conmilit Press ltd.
Mumuh Rohana. 2009. Skripsi:
Analisa Tegangan pada Sistem
Pemipaan Ammonia Unitized
Chiller. Depok: Universitas
Indonesia
Operational Evaluation Board
Report Bell 206 L,L-1,L-3,L-4
(Long Ranger). European Aviation
Safety Agency. D-50452 Köln,
Germany.
Popov, E.P. 1994. Mekanika
Teknik (Zainul Astamar,
Penerjemah) Jakarta : Penerbit
Erlangga.
R.S. Khurmi dan J.K. Gupta.
2005. A Textbook of Machine
Design (S.I Units). New Delhi:
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
Eurasia Publishing House (Pvt.)
Ltd.
Suryanto, Heru & Wirjosoedirdjo,
Sri Jatno. 1986. Aplikasi
Metode Elemen Hingga untuk
Anaisa Struktur Statik Linier
dengan Program
MSC/NASTRAN. Dasar-dasar
Metode Elemen Hingga. Jakarta :
Erlangga
http://what-when-how.com/the-fin
ite-element-method/fem-for-3d-so
lids-finite-element-method-part-2/
diakses pada 29 Desember 2016
http://www.westcanaircraft.com
diakses pada 15 Desember 2016
http://www.bellhelicopter.com
diakses pada 15 Desember 2016
https://www.researchgate.net/publi
cation/223406370_Characterizatio
n_of_2024-T3_An_aerospace_alu
minum_alloy diakses pada 20
Desember 2016
https://www.lasaero.com/site/prod
ucts/article?id=R02LALMB9
diakses pada 20 Desember 2016
.
Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017