## ANALISIS TEGANGAN VON MISES, DISPLACEMENT , DAN

## SAFETY FACTOR PADA RANGKA SHEEP HANDLER
1 Muhammad Sultan Muzdakhi Izzuddin, 2 Ari Dwi Nur Indriawan Musyono
1,2 Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang Kampus Sekaran, Gunungpati, Semarang, 50229, Jawa Tengah
1 hakisultan97@students.unnes.ac.id 2 ari.kecil@mail.unnes.ac.id

## Abstrak
Sheep handler adalah alat yang dirancang untuk membantu dalam kegiatan perawatan domba sehingga  menghemat  waktu  dan  tenaga.  Alat  ini  bekerja  dengan  membatasi  gerakan  domba untuk  memudahkan  dalam  perawatannya.  Tujuan  penelitian  ini  yaitu  untuk  menentukan  nilai tegangan von mises, displacement, dan safety factor  dari rangka  sheep handler menggunakan metode elemen hingga atau Finite Element Method (FEM) dengan software Autodesk Inventor. Metode penelitian yang digunakan adalah deskriptif kuantitatif dengan membandingkan variasi ketebalan material. Variasi hollow galvanis yang digunakan dengan ketebalan 1 mm, 1,2 mm, dan  1,4  mm,  dengan  beban  variabel  50  kg,  75  kg,  dan  100  kg.  Berdasarkan  hasil  penelitian diperoleh nilai tegangan  von mises tertinggi adalah 169,5 MPa, dan nilai perpindahan relatif kecil dengan nilai tertinggi adalah 0,8425 mm.  Nilai safety factor pada ketebalan 1,2 mm dan 1,4 mm memenuhi syarat karena nilainya lebih dari 2.
Kata Kunci: deformasi, faktor keamanan, FEM, sheep handler, von mises.

## Abstract
The  sheep  handler  is  a  tool  to  assist  in  sheep  care  activities  so  as  saving  time  and  effort.  It works by restricting the movement of sheep to facilitate their care. This study aims to determine value of von mises stress, displacement and safety factor of the sheep handler frame using finite element method using Autodesk Inventor. The research method used quantitative descriptive by comparing  variation  in  thickness  of  material.  Galvanized  hollow  variations  are  used  in thicknesses  of  1  mm,  1.2  mm,  and  1,4  mm,  with  variable  load  is  50  kg;  75  kg;  and  100  kg. According to the research results, the largest von Mises stress value was 169.5 MPa, and the displacement value was relatively small with the highest value is 0.8425 mm.  The safety factor values at thickness variations of 1.2 mm and 1.4 mm passes the criteria because it exceeds 2.
Keyword: displacement, FEM, safety factor, sheep handler, von mises

## PENDAHULUAN
Peternakan  merupakan  segala  aktivitas manusia yang berkaitan dengan pemeliharaan hewan  ternak  untuk  diambil  manfaat  dari ternak  tersebut  guna  memenuhi  kebutuhan hidup manusia [1]. Salah satu produk pangan asal  ternak  yang  menjadi  komoditas  utama peternakan  yaitu  telur,  susu,  dan  daging  [2]. Produk  pangan tersebut  merupakan hasil  dari
ternak  yang  dapat  diambil  manfaat  untuk kebutuhan hidup manusia [3].
Pekerjaan  perawatan  ternak  seperti pemotongan  kuku,  pemeriksaan  kesehatan, dan  penimbangan  berat  ternak  untuk  saat  ini sebagian  besar  masih  dilakukan  secara manual  sehingga  akan  memakan  waktu  yang lama,  terlebih  pada  peternakan  skala  besar yang memiliki ternak dalam jumlah besar [4]. Masalah yang sering dihadapi dalam
melakukan  perawatan  yaitu  karakteristik ternak  yang  cenderung  akan  memberontak apabila  bersentuhan  dengan  manusia.  Oleh karena itu, proses perawatan ternak memerlukan  alat  yang  dapat  meminimalisir ternak bersentuhan dengan manusia.
Sheep handler adalah sebuah alat yang digunakan untuk membantu proses perawatan domba  seperti  pada  Gambar  1.  Kegiatan perawatan  ternak  yang  dapat  dilakukan dengan bantuan sheep handler yaitu pemotongan  kuku,  pengecekan  gigi,  dan penimbangan  bobot  domba.  Mekanisme sheep  handler yaitu  dengan  menjepit  domba yang  akan  dilakukan  perawatan  sehingga tidak  akan  memberontak.  Karakteristik  pada domba  yang  cenderung  berkelompok  akan mempersulit  mengetahui  antara  domba  yang telah  dilakukan  perawatan  dan  yang  belum dilakukan perawatan.
Faktor  penting  yang  diperlukan  dalam pembuatan  sebuah  benda  yaitu  kekuatan
terhadap pembebanan luar ( external load ) dan kelelahan  material  [5].  Analisis  tegangan penting dalam mengetahui tegangan, deformasi  kelelahan  ( fatigue )  dan  prediksi masa  pakai  yang  dialami  komponen  untuk menentukan  titik  stress  tertinggi  atau  titik kritis yang mengawali kegagalan [6].
Pada  penelitian  sebelumnya,  FEM digunakan untuk mengetahui kekuatan perancangan  rangka gantry  crane  single  girder menggunakan  material  AISI  1045,  dengan diberikan  variasi  pembebanan  yaitu  1  Ton,  2 Ton,  dan  3  Ton.  Pada  penelitian  tersebut menghasilkan nilai safety factor berturut-turut sebesar 4.064 ul, 3.032 ul dan 1,774 ul. Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  tegangan maksimum  berturut-turut  sebesar  205  MPa, 410  MPa,  dan  616  MPa.  Berdasarkan  hasil tersebut  dinyatakan  bahwa  pembebanan  3  Ton tidak  memenuhi  syarat  karena  hasil  tegangan maksimum  melebihi  nilai yield  strength material  AISI  1045  sebesar  530  MPa  [7].
Gambar 1. Penggunaan Sheep Handler
Simulasi  pembebanan  juga  dilakukan  untuk menganalisis rangka pada surgery smart chair yang  digunakan  dokter  bedah  laparoskopi untuk  mengetahui  kekuatan  struktur  dengan hasil nilai safety factor 4,114ul [8]. Penelitian lain  yang  dilakukan  pada  perancangan  mesin granding  fish jenis  ikan  lele  menggunakan simulasi  pembebanan  yang  bertujuan  untuk mengetahui  nilai von  mises,  displacement, dan safety  factor pada  rangka,  sehingga rangka  pada  mesin  tersebut  sesuai  dengan standar yang ditentukan [9].
Oleh sebab itu, perlu dilakukan analisis kekuatan menggunakan metode eksperimental guna  mengetahui  kekuatan  rangka sheep handler terhadap  gaya  statis  yang  terjadi. Metode  eksperimental  yang  digunakan  untuk mengetahui  kekuatan  desain  rangka sheep handler berupa  nilai  tegangan von  mises, displacement ,  dan  safety factor yang  dalam pengujian  ini  menggunakan  FEM.  FEM sering digunakan untuk memecahkan permasalahan  dalam  bidang engineering dengan melakukan perhitungan analisis kegagalan  [10].    Tujuan  penelitian  ini  untuk mengetahui nilai von mises stress, displacement ,  dan safety  factor pada  rangka sheep  handler dengan  material  hollow galvanis.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan bantuan software Autodesk  Inventor  2023 yang  berbasis Finite  Elemen  Analysis .  FEM
merupakan metode simulasi untuk melakukan analisis struktural dan optimisasi desain  [11]. FEM  digunakan  untuk  melakukan  simulasi elemen-elemen secara signifikan untuk mendapatkan  hasil  yang  akurat  [7].  FEM digunakan untuk memahami perilaku material yang  berbeda  dan  nilai  tegangan von  mises , sehingga  dapat  mengetahui  perilaku  material dengan  akurat[12].  Tegangan von  mises digunakan  untuk  melakukan  analisis  kriteria kegagalan  suatu  material  yang  dilihat  pada titik luluh material [13]. Displacement adalah perubahan  bentuk  yang  terjadi  pada  suatu benda akibat pengaruh gaya[14]. Safety factor merupakan  sebuah  metode  untuk  dapat mengevaluasi  desain  struktur  sehingga  dapat diketahui  kondisi  struktur  dapat  mengalami kelelahan dan patah ketika dikenai beban[15]. Pada  penelitian  ini  dilakukan  simulasi pembebanan pada rangka sheep handler yang menggunakan software Autodesk  Inventor dengan  material hollow galvanis  dengan ukuran  35  mm  ×  35  mm  dengan  variasi ketebalan  1  mm,  1,2  mm,  dan  1,4  mm. Selanjutnya,  dilakukan  simulasi  pembebanan pada rangka dengan variasi beban yaitu 50 kg, 75 kg, dan 100 kg.
Gambar  2  merupakan  alur  proses penelitian. Penelitian dimulai dengan melakukan  pengumpulan  data  terkait  dengan sheep  handler yang  telah  ada.  Selanjutnya dilakukan  proses  desain  dari  data  yang didapatkan. Kemudian dilakukan pembebanan pada rangka sesuai dengan variasi beban yang telah ditentukan.
Mulai Studi Literatur Desain Rangka Applying Material Applying Load Simulasi Hasil Simulasi Selesai YES NO Gambar 2. Diagram Alir Penelitian (a) (b)
Gambar 3. Desain Rangka : (a) Dimensi Rangka, (b) Tampak Isometri/3D
Tabel 1. Sifat Material Hollow Galvanized No Properties Steel galvanized 1. Density (g/cm 3 ) 7,86 2. Poisson’s Ratio 0,3 3. Young Modulus (GPa) 200,01 4. Tensile Strength  (MPa) 345 5. Yield Strength (MPa) 207 6. Shear Modulus (GPa) 75,84
Pada Gambar 3 ditunjukkan desain dari rangka sheep  handler yang  akan  diberikan beban.  Pada  Gambar  3  (a)  desain  rangka disajikan dengan ukuran dari rangka, sedangkan  Gambar  3  (b)  merupakan  desain rangka  dalam  3  dimensi.  Material  yang digunakan  yaitu hollow  galvanis dengan ukuran  35  mm  ×  35  mm.  Tabel  1 menunjukkan sifat material hollow galvanis .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil simulasi menunjukkan rangka
sheep  handler menggunakan  material  hollow galvanis  dengan  ketebalan  1  mm  tidak mampu  menahan  beban,  dikarenakan  nilai safety factor belum memenuhi standar.

## Hasil Von Mises Stress
Gambar 4 menunjukkan hasil simulasi von  mises  stress rangka sheep handler dengan  ketebalan  material  1  mm terhadap variasi beban. Nilai von mises stress maksimal untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg  berturut-turut  sebesar  117,4  MPa,  143 MPa, dan 169,5 MPa.
(a) (b) (a)
Gambar 4. Von Mises Stress Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
(a) (b) (c)
Gambar 5. Von Mises Stress Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
(a) (b) (c)
Gambar 6. Von Mises Stress Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
Gambar  5  menunjukkan  hasil  simulasi von mises stress rangka sheep handler dengan ketebalan  material  1,2  mm  terhadap  variasi beban. Nilai von mises stress maksimal untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar  66,77  MPa,  82,81  MPa,  dan  98,4 MPa.
Gambar 6, menunjukkan hasil simulasi
von mises stress rangka sheep handler dengan ketebalan  material  1,4  mm  terhadap  variasi beban. Nilai von mises stress maksimal untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar  52,82  MPa,  66,18  MPa,  dan  77,81 MPa.
Berdasarkan hasil simulasi pada rangka sheep  handler pada  setiap  variasi  ketebalan
material  menunjukkan  nilai von  mises  stress masih  berada  dibawah  kekuatan  luluh  ( yield strength )  material  hollow  galvanis,  yaitu sebesar  207  MPa.  Nilai  tegangan von  mises yang  berada  dibawah  batas  kekuatan  luluh ( yield  strength) maka  dapat  dikatakan  aman [16].
Hasil Displacement
Gambar  7  menunjukkan  hasil  simulasi displacement rangka sheep  handler dengan ketebalan  material  1  mm  terhadap  variasi beban.  Nilai displacement maksimal  untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar  0,5521  mm,  0,697  mm  dan  0,8425 mm.
(a)
(b) (c)
Gambar 7. Displacement Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
Gambar  8  menunjukkan  hasil  simulasi displacement rangka sheep  handler dengan ketebalan  material  1,2  mm  terhadap  variasi beban.  Nilai displacement maksimal  untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar  0,4643  mm,  0,5873  mm,  dan  0,7104 mm.
Gambar  9  menunjukkan  hasil  simulasi displacement rangka sheep  handler dengan ketebalan  material  1,4  mm  terhadap  variasi beban.  Nilai displacement maksimal  untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar  0,3307  mm,  0,4151  mm,  dan  0,5026 mm. (a)
(b) (c)
Gambar 8. Displacement Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
(a)
(b)
(c) Gambar 9. Displacement Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
(a) (b) (c)
Gambar 10. Safety Factor Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
Hasil Safety Factor
Gambar 10 menunjukkan hasil simulasi safety  factor rangka sheep  handler dengan ketebalan  material  1  mm  terhadap  variasi beban.  Nilai safety  factor minimal  untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar 1,76 ul, 1,44 ul, dan 1,22 ul.
Gambar 11 menunjukkan hasil
simulasi safety  factor rangka sheep  handler dengan  ketebalan  material  1,2  mm  terhadap variasi  beban.  Nilai safety  factor maksimal untuk  beban  50  kg,  75  kg,  dan  100  kg berturut-turut  sebesar  3,1  ul,  2,5  ul,  dan  2,1 ul.
(a) (b)
(c)
Gambar 11. Safety Factor Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
(a) (b) (c)
Gambar 12. Safety Factor Rangka Tebal 1 mm (a) Terhadap Beban 50 kg, (b) Terhadap Beban 75 kg, (c) Terhadap Beban 100 kg
Gambar 12 menunjukkan hasil simulasi safety  factor rangka sheep  handler dengan ketebalan  material  1,4  mm  terhadap  variasi beban.  Nilai safety  factor maksimal  untuk beban 50 kg, 75 kg, dan 100 kg berturut-turut sebesar 3,92 ul, 3,18 ul, dan 2,66 ul.
Berdasarkan hasil simulasi pada rangka sheep  handler menunjukkan  nilai safety factor pada rangka dengan ketebalan material 1  mm  berada  dibawah  standar  yang dipersyaratkan untuk menerima beban dinamis.  Beban  dinamis  yang  dapat  dialami oleh rangka sheep handler berasal dari domba yang  bergerak  di  atas sheep  handler. Syarat dari suatu komponen untuk dikatakan mampu menahan  beban  dinamis  yaitu  nilai safety factor minimalnya adalah 2 [17].

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  penelitian,  dapat diperoleh  kesimpulan  bahwa,  hasil  simulasi pembebanan  pada  rangka sheep  handler dengan FEM menggunakan software
Autodesk  Inventor  menunjukkan  rangka dengan  ketebalan  material  1,2  mm  dan  1,4 mm  masih  memenuhi  standar  keamanan, dimana  hasil  pembebanan  pada  rangka dengan  ketebalan  material  1,2  mm    nilai tegangan von mises maksimum terbesar yaitu sebesar  98,4  MPa, displacement sebesar 0,7104 mm dan nilai safety factor sebesar 2,1 ul,  sedangkan  hasil  pembebanan  pada  rangka dengan  ketebalan  material  1,4  mm  nilai tegangan von mises maksimum terbesar yaitu
sebesar  77,81  MPa, displacement sebesar 0,5026  mm  dan  nilai safety  factor sebesar 2,66  ul.  Pada  rangka  dengan  ketebalan material  1  mm,  hasil  nilai  tegangan maksimum  melebihi  nilai  kekuatan  luluh ( yield  strength )  material  hollow  galvanis sebesar  207  MPa,  sehingga  tidak  memenuhi standar keamanan. Pada penelitian selanjutnya  perlu  dilakukan  analisis  lebih banyak terhadap material yang akan digunakan, sehingga dapat mengetahui kekuatan struktur yang lebih baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] P.  S.  Putri,  “Usaha  peternakan,” Kementrian Pertanian , 2019. [2] C.  Talib,  I.  Inounu,  and  A.  Bamualim, “Restrukturisasi peternakan di Indonesia,” Pusat Penelitian dan Pengembangan  Peternakan ,  pp.  1–14,
2007.
[3] P.  Sampurna, Ilmu  peternakan  ternak besar , no. 1. Bali, 2018.
[4] P.  M.  N.  Manege,  E.  K.  Allo,  and Bahrun,  “Timbangan  digital  dengan kapasitas 20 kg berbasis microcontroller,” Jurnal Teknik elektro
dan komputer , vol. 6, no. 1, pp. 57–62,
2017.
[5] E.  Febrianto,  J.  Šístek,  P.  Kůs,  M. Kecman,  and  F.  Cirak,  “A  three-grid high-order  immersed  finite  element method for the analysis of cad models,” CAD Computer Aided Design , vol. 173,
Aug. 2024, doi: 10.1016/j.cad.2024.103730.
[6] F. A. Budiman, A. Septiyanto,
Sudiyono, A. D. N. I. Musyono, and R. Setiadi,  “Analisis  tegangan  von  mises dan safety factor pada chassis kendaraan listrik tipe in-wheel,” Jurnal
Rekayasa  Mesin ,  vol.  16,  no.  1,  pp. 100–108, 2021.
A. A.  Kharisma  and  D.  M.  Yanuar,
“Simulasi  kekuatan  rangka  gantry crane  single  girder  menggunakan metode  elemen  hingga  (finite  element analysis),” Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa ,  vol.  28,  no.  2,  pp.  146–158, 2023, doi:
10.35760/tr.2023.v28i2.4606.
[7] M.  L.  Ridlwan,  J.  Jamari,  and  M. Tauviqirrahman, “Analisis pembebanan tekanan  pada  rangka  bawah  surgery smart  chair  untuk  dokter  bedah laparoskopi dengan solidworks,” 2022.
[8] Badruzzaman,  T.  Endramawan,  M.
Rahmi,  and  J.  Susandi,  “Analisis kekuatan  pembebanan  rangka  pada perancangan  mesin  grading  fish  jenis
ikan lele menggunakan simulasi
solidworks,” Prosiding The 11th Industrial  Research  Workshop  and National Seminar , pp. 259–262, 2020.
[9] S.  Capula-Colindres,  G.  Terán,  J.  C.
Velázquez,  A.  Caballero-Rosas,  E. Torres-Santillán,  and  D.  Angeles- Herrera,  “Mechanical  behavior  of  X60 pipelines  containing  pitting  corrosion
defects  based  on  finite  element method,” Forces in Mechanics , vol. 16.
Elsevier  B.V.,  Aug.  01,  2024.  doi: 10.1016/j.finmec.2024.100278.
[10] G.  P.  Kannan,  K.  V.  Nagaraja,  J.  K.
Madhukesh, R. S. V. Kumar, and R. N. Kumar,  “An  effective  higher  order finite  element  computation  method  for analyzing  the  eddy  current  losses  in induction  motors  using  subparametric transformations,” Partial  Differential
Equations in Applied Mathematics , vol. 9, Mar. 2024, doi: 10.1016/j.padiff.2024.100652.
[11] S.  H.  Park,  A.  B.  Kareem,  W.  J.  Joo, and  J.  W.  Hur,  “FEA  assessment  of contact pressure and von mises stress in gasket material suitability for PEMFCs in electric vehicles,” Inventions , vol. 8, no. 5, Oct. 2023, doi: 10.3390/inventions8050116.
[12] M.  Naufal  and  T.  Indah  Winarni,
“Analisis  von  mises  stress  hip  hoint pada individu usia lanjut menggunakan metode elemen hingga,” Jurnal  Teknik Mesin S-1 , vol. 11, no. 1, pp. 156–159,
2023.
[13] S.  Suryady  and  E.  A.  Nugroho, “Simulasi  hasil  tegangan  (von  mises stress)  pada  rangka,” Jurnal  Ilmiah
Multidisiplin ,  vol.  1,  no.  2,  pp.  42–48,
2022.
[14] S.  Simbolon  and  B.  Kurniawan, “Simulasi kekuatan rangka mesin press
papan komposit dengan variasi tekanan
menggunakan  software  solidworks,”
Piston: Journal of Technical Engineering , vol. 6, no. 1, pp. 59–67, 2022.
[15] Z.  F.  Emzain,  U.  S.  Amrullah,  and  A. M.  Mufarrih,  “Analisis  elemen  hingga untuk  siklus  berjalan  pada  model prostetik  lentur  pergelangan  kaki,”
Jurnal  Polimesin ,  vol.  18,  no.  2,  pp. 91–98, 2020.
[16] L. A. N. Wibawa, “Desain dan analisis kekuatan rangka meja kerja (workbench) balai lapan garut menggunakan metode elemen  hingga,” Jurnal  Teknik  Mesin ITI , vol. 3, no. 1, pp. 13–17, 2019.