## DESAIN DAN ANALISIS TEGANGAN CRANE HOOK MODEL CIRCULAR SECTION KAPASITAS 5 TON MENGGUNAKAN AUTODESK INVENTOR 2017

## Lasinta Ari Nendra Wibawa
Balai Uji Teknologi dan Pengamatan Antariksa dan Atmosfer Garut Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) Email: lasinta.ari@lapan.go.id

## ABSTRAK
Penelitian  ini  mengkaji  tentang  perancangan  dan  analisis  tegangan  Crane  Hook  model  Circular Section  dengan  kapasitas  5  ton  menggunakan  material  Stainless  Steel  dan  Aluminium  6061.  Analisis dilakukan  secara  numerik  dengan  menggunakan  software  Autodesk  Inventor  Professional  2017.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa material Aluminium memiliki massa dan faktor keamanan yang lebih baik daripada material Stainless Steel.
Kata  kunci:  crane  hook;  autodesk  inventor  2017; analisis  tegangan ;  circular  section;  stainless  steel; aluminium 6061 .

## ABSTRACT
This study examined the design and stress analysis of Crane Hook Circular Section models with 5 tones  capacity  using  Stainless  Steel  and  Aluminum  6061  materials.  The  analysis  was  carried  out numerically  using  Autodesk  Inventor  Professional  2017  software.  The  results  show  that  Aluminum material has more mass and safety factor better than Stainless Steel material.
Keywords: crane  hook;  autodesk  inventor  2017;  stress  analysis;  circular  section;  stainless  steel; aluminium 6061.

## 1. PENDAHULUAN
Kait  Derek  ( Crane  Hook )  yang  digunakan  pada  kerekan  dan  berbagai  jenis  derek  memiliki  peran utama  dalam  mengangkat  beban  berat  di  banyak  sektor  seperti  industri  alat  berat,  alat  pengeboran minyak,  dan  otomotif  [1].  Kait  Derek  dengan  model circular , trapezoidal , rectangular dan triangular cross section adalah yang paling sering digunakan [2].
Kait  Derek  selalu  mengalami  kegagalan  karena  konsentrasi  sejumlah  besar  tekanan  yang  akhirnya dapat  menyebabkan  kegagalannya  [3].  Tegangan  bending,  tegangan  tarik,  melemahnya hook karena keausan,  deformasi  plastik  karena  beban  yang  berlebihan,  tekanan  termal  yang  berlebihan  adalah beberapa penyebab kegagalan Kait Derek [4]. Kait Derek harus dirancang sesuai dengan kebutuhan untuk meminimalkan  kegagalannya,  khususnya  untuk  kapasitas  angkat  yang  diinginkan.  Lokasi  penempatan Kait  Derek  juga  menjadi  salah  satu  pertimbangan  penting  karena  sangat  menentukan  material  apa  yang akan digunakan.
Balai Uji Teknologi dan Pengamatan Antariksa dan Atmosfer atau lebih dikenal dengan nama Balai LAPAN  Garut  adalah  sebuah  balai  tempat  melaksanakan  uji  teknologi,  khususnya  uji  statik  dan  uji terbang  roket.  Lokasi  Balai  LAPAN  Garut  yang  berada  di  pesisir  Pantai  Cilauteureun  membuat lingkungan  Balai  LAPAN  Garut  sangat  tinggi  dengan  bahaya  korosi  [5].  Kait  Derek  sering  digunakan untuk merakit komponen-komponen roket. Desain Kait Derek yang tahan korosi sangat diperlukan untuk menunjang tugas-tugas di Balai LAPAN Garut.
Penelitian ini menggunakan material Stainless Steel dan Aluminium 6061 yang merupakan material yang sering digunakan di tempat-tempat dengan tingkat korosi yang tinggi. Kedua material tersebut juga memiliki kekuatan luluh ( yield strength ) yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan untuk mengangkat beban dengan kapasitas yang cukup besar.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan perangkat lunak ( software ) Autodesk Inventor Professional 2017 untuk membuat  gambar  3  Dimensi  (3D)  dan  melakukan  pengujian  analisis  tegangan  dari  Kait  Derek dengan model Circular Section . Material yang dipilih  yaitu  material yang tahan terhadap ancaman korosi,  yaitu Stainless Steel dan Aluminium 6061.
Autodesk  Inventor  merupakan  perangkat  pemodelan  parametrik  3D.  Parametrik  mengacu  pada penggunaan parameter desain untuk membangun dan mengendalikan model 3D yang dibuat [6]. Analisis tegangan  yang  dilakukan  oleh  Autodesk  Inventor  menggunakan  metode  analisis  elemen  hingga  untuk memudahkan dalam menganalisis desain yang sesuai dengan keinginan kita [7]. Analisis elemen hingga adalah  teknik  numerik  matematis  untuk  menghitung  kekuatan  dan  perilaku  struktur  teknik  dengan membagi obyek menjadi bentuk jala ( mesh ) [8]. Prosedur  menjalankan  simulasi  tegangan  menggunakan software Autodesk  Inventor  Professional 2017  ada  beberapa  tahapan.  Pertama,  mendesain  rangka  Kait  Derek  ( Crane  Hook )  3D.  Desain  meliputi bentuk,  ukuran  dimensi  dan  jenis  model  dari  Kait  Derek.  Simulasi  ini  menggunakan  desain  model Circular  Section .  Kedua,  menentukan  jenis  material  yang  digunakan.  Material  yang  dipilih  adalah Stainless  Steel dan  Aluminium  6061  yang  keduanya  merupakan  material  yang  tahan  korosi.  Ketiga, menentukan  batasan  ( constraint ).  Batasan  yang  digunakan  adalah fixed  constraint pada  pangkal  Kait Derek.  Keempat,  menentukan  besarnya  beban.  Beban  yang  digunakan  adalah  5  ton  atau  49.050  N. Kelima,  menjalankan  proses meshing .  Proses meshing material  pada  simulasi  ini  membagi  material menjadi  7294  node  dan  4429  elemen.  Keenam,  menjalankan  simulasi  program.  Simulasi  program  akan menghasilkan  tegangan Von  Mises ,  deformasi,  dan safety  factor .  Simulasi  program  juga  akan menampilkan titik-titik kritis dari desain yang telah dibuat.
Gambar 1. Dimensi Crane Hook Kapasitas 5 Ton (dalam mm)
Parameter  Analisis  Tegangan  menggunakan  Autodesk  Inventor  Professional  2017  secara  lengkap dapat dilihat dari Tabel 1.
Tabel 1.  Parameter analisis tegangan Parameter Keterangan Tipe Simulasi Single Point Tipe Crane hook Circular Section Kapasitas angkat maksimal 5 Ton (5.000 kg) Percepatan gravitasi 9,81 m/s² Total muatan 49.050 N Average element size 0,1 mm Minimum element size 0,2 mm Safety Factor Berdasarkan yield strength Jumlah node 7294 Jumlah elemen 4429

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Analisis Sifat Fisik Material
Tabel 2 menunjukkan sifat fisik material Stainless Steel dan Aluminium 6061 yang terdapat pada Autodesk  Material  Library .  Data  menunjukkan  bahwa  nilai ultimate  tensile  strength , young  modulus , poisson  ratio ,  dan shear modulus material Stainless  Steel lebih  unggul  daripada  material  Aluminium 6061.  Sedangkan  nilai  densitas  dan yield  strength material  Aluminium  lebih  unggul  daripada  material Stainless Steel dan simulasi tegangan ini menggunakan batas nilai yield strength . Densitas material Aluminium 6061 sebesar 2,7 gram/cm³ atau lebih kecil daripada Stainless Steel yang mencapai 8 gram/cm³. Hal ini berdampak pada massa material Aluminium yang hanya sebesar 9,79 kg,  sedangkan Stainless  Steel sebesar  29,01  kg.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  material  Aluminium  6061 memiliki massa yang hampir 3 (tiga) kali lebih ringan dibandingkan material Stainless Steel . Dengan kata lain,  material  Aluminium 6061  lebih baik  daripada material Stainless Steel karena memiliki  massa  yang jauh lebih ringan.
Tabel 2. Perbandingan sifat fisik stainless steel dan aluminium 6061 (Autodesk Material Library)
Material Stainless Steel Aluminum 6061 Density 8 g/cm³ 2,7 g/cm³ Mass 29,01 kg 9,79 kg Area 189613 mm² Volume 3625840 mm³ Center of Gravity x=21,97 mm y=48,18 mm z=0,0000000016361 mm Yield Strength 250 MPa 275 MPa Ultimate Tensile Strength 540 MPa 310 MPa Young's Modulus 193 GPa 68,9 GPa Poisson's Ratio 0,3 ul 0,33 ul Shear Modulus 74,23 GPa 25,90 GPa

## 3.2 Analisis Tegangan, Deformasi, dan Faktor Keamanan
Beberapa hasil dari simulasi tegangan menggunakan Autodesk Inventor yaitu tegangan Von Mises, deformasi, dan faktor  keamanan  material Stainless  Steel dan  Aluminium  6061  terhadap  pembebanan  5 Ton  atau    49.050  N.  Secara  umum,  material Stainless  Steel dan  Aluminium  6061  cukup  aman  untuk menahan beban dinamis karena nilai faktor keamanan yang dipersyaratkan material untuk menahan beban dinamis yaitu 2-3 [9]. Beban dinamis adalah beban yang dapat terjadi atau bekerja secara tiba-tiba pada suatu konstruksi. Beban dinamis umumnya kecil tetapi berubah-ubah terhadap waktu [10].
Tegangan Von Mises menjadi faktor penentu apakah material akan mengalami kegagalan atau tidak. Material  dikatakan  mulai  luluh  saat  tegangan Von  Mises mencapai  nilai  kritis  yang  disebut  sebagai kekuatan luluh ( yield strength ). Kekuatan luluh adalah tegangan minimum saat material mulai kehilangan
sifat  elastisnya  atau  sifat  material  untuk  kembali  ke  bentuk  semula.  Luluh  akan  terjadi  jika  tegangan desain melampaui kekuatan luluhnya.

## Gambar 2. Tegangan Von Misses Material Stainless Steel (kiri) dan Aluminium 6061 (kanan)
Gambar  2.  menunjukkan  bahwa  tegangan Von  Mises minimal  dan  maksimal  material  Aluminium 6061  sedikit  lebih  baik  daripada  material Stainless  Steel .  Tegangan Von  Mises minimal  dan  maksimal material  Aluminium  6061  sebesar  0,17  MPa  dan  82,71  MPa,  sedangkan  Tegangan Von  Mises minimal dan maksimal material Stainless Steel sebesar 0,2 MPa dan 84,72 MPa. Deformasi  merupakan  salah  satu  indikator  penting  untuk  menentukan  apakah  material  yang digunakan cukup tangguh untuk menahan beban sesuai yang diinginkan. Deformasi terjadi sebagai akibat material  menerima  gaya  atau  beban.  Sekecil  apapun  beban  yang  bekerja,  material  akan  mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Semakin rendah nilai deformasi, maka semakin kuat suatu material.
Gambar 3. menunjukkan deformasi material Stainless Steel lebih baik daripada material Aluminium 6061.  Deformasi  material Stainless  Steel yaitu  sebesar  0,2792  mm,  sedangkan  deformasi  material Aluminium 6061 yaitu sebesar 0,7806 mm.
Faktor  keamanan  ( safety  factor) merupakan  indikator  untuk  memastikan  apakah  konstruksi  yang dirancang  cukup  aman  atau  tidak  untuk  menahan  beban.  Faktor  keamanan  merupakan  perbandingan antara  tegangan  ijin  material  dengan  tegangan  yang  terjadi.  Semakin  tinggi  nilai safety  factor ,  maka semakin aman suatu konstruksi. Safety factor minimal suatu material dikatakan aman adalah 1 (satu). Aluminium  6061  memiliki  nilai safety  factor yang  lebih  tinggi  daripada  material Stainless  Steel (Gambar  4). Safety  factor material  Aluminium  6061  sebesar  3,32,  sedangkan safety  factor material Stainless Steel sebesar 2,95.
Gambar 3. Deformasi Material Stainless Steel (kiri) dan Aluminium 6061 (kanan)
Gambar 4. Faktor Keamanan Material Stainless Steel (kiri) dan Aluminium 6061 (kanan)
4. KESIMPULAN
a) Desain Crane Hook menggunakan  material  Aluminium 6061 memiliki  massa  yang hampir 3 (tiga) kali  lebih  ringan  dibandingkan  material Stainless  Steel .  Massa  material  Aluminium  6061  sebesar 9,79 kg, sedangkan Stainless Steel sebesar 29,01 kg.
b) Nilai ultimate tensile strength, young modulus, poisson ratio, dan shear modulus material Stainless Steel lebih  besar  daripada  material  Alumnium  6061.  Meskipun  demikian,  nilai yield  strength material  Aluminium  6061  lebih  besar  daripada  material Stainless  Steel dan  simulasi  tegangan  ini menggunakan batas nilai yield strength .
c) Pada  pembebanan  5  Ton,  material Stainless  Steel memiliki  nilai  deformasi  yang  lebih  rendah daripada  Aluminium  6061.  Deformasi  material Stainless  Steel sebesar  0,2792  mm,  sedangkan material Aluminium 6061 sebesar 0,7806 mm.
d) Pada  pembebanan  5  Ton,  material  Aluminium  memiliki  faktor  keamanan  lebih  baik  daripada Stainless Steel , yaitu sebesar 3,32. Nilai ini sangat aman saat menahan beban dinamis.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  G. Bhagyaraj, K. Suryaprakash, K. S. Rao, and C. A. D. Cam, “Crane Hook Design and Analysis,” pp. 61–65, 2017.
[2]  LA  Joseph  et  al,  “Structural  Analysis  Of  Crane  Hook,” Int.  J.  Emerg.  Technol.  Comput.  Sci. Electron. , vol. 12, no. 2, pp. 108–111, 2015.
[3]  E. R. Khan, V. S. Kardile, P. D. Dhakane, A. P. Gore, and B. D. Mahajan, “Design And Analysis of Crane Hook with Different Materials,” Int. J. Innov. Emerg. Res. Eng. , vol. 4, no. 3, pp. 227–233, 2017.
[4]  M. Solanki, A. Bhatt, A. Rathour, and S. Thakkar, “Weight Optimization in Crane Hook,” IJRDO- Journal Mech. Civ. Eng. , vol. 1, no. 6, pp. 192–196, 2015.
[5]  L. A. N. Wibawa, “Desain dan Analisis Kekuatan Rangka Meja Kerja ( Workbench ) Balai LAPAN Garut Menggunakan Metode Elemen Hingga,” J. Tek. Mesin – ITI , vol. 3, no. 1, pp. 13–17, 2019.
[6]  L.  A.  N.  Wibawa, Merancang  Komponen  Roket  3D  dengan  Autodesk  Inventor  Professional  2017 . Buku Katta, 2018.
[7]  L.  A. N. Wibawa, Simulasi Kekuatan Komponen Sarana Pengujian Roket Menggunakan Autodesk Inventor Professional 2017 . Buku Katta, 2018.
[8]  L. A. N. Wibawa, “Desain dan Analisis Kekuatan Rangka Tempat Sampah di Balai LAPAN Garut Menggunakan Metode Elemen Hingga,” Turbul. J. Tek. Mesin , vol. 1, no. 2, pp. 64–68, 2019.
[9]  V. Dobrovolsky and K. Zablonsky, Machine Elements . Peace Publisher, 1982.
[10]  L.  A.  N.  Wibawa  dan  D.  A.  Himawanto,  “Analisis  Ketahanan  Beban  Dinamis  Material  Turbin
Angin Terhadap Kecepatan Putar Rotor (rpm) Menggunakan Metode Elemen Hingga,” J. Simetris , vol. 9, no. 2, pp. 803–808, 2018.