Metode Analisis Rekayasa FEA: Peran dan Dampaknya Terhadap Pembangunan Teknologi di Indonesia, serta Antisipasi Perkembangannya di Masa Depan

18 Jan 2017 16:07 2569 Hits 0 Comments
Metode ini pernah berperan dalam pembangunan teknologi dirgantara, dan masih terus akan berkembang mengingat akan kebutuhannya kedalam bidang-bidang baru sepeti bio-medical.

ABSTRAK

Lebih dari setengah abad yang lampau suatu cabang ilmu yang dahulu merupakan bagian dari disiplin matematika ini mulai dikembangkan menjadi metode rekayasa analisis kekuatan struktur. Saat ini metode elemen hingga menjadi suatu piranti lunak industri yang harus ada (indispensable) terutama untuk keperluan desain rekayasa, disamping perkembangannya kedalam disiplin-disiplin lainnya seperti bidang termo-fluida, akustik, elektro-magnetik dan sebagainya. Mengamati perkembangan industri dan teknologi di tanah air, metode ini pernah berperan dalam pembangunan teknologi dirgantara, dan masih terus akan berkembang mengingat akan kebutuhannya kedalam bidang-bidang baru sepeti bio-medical.

Walaupun negara kita sedang memacu diri untuk mengejar kemajuan teknologi yang pada umumnya menuntut biaya tinggi, dalam hal perkembangan metode ini masih terdapat ruang luas bagi para ilmuwan nasional untuk turut serta didalamnya mengingat biayanya yang tidak harus mahal, terutama dalam bidang kepakaran masing-masing.

Kata kunci: FEA, metode elemen hingga, CFD, CAE

1. PENDAHULUAN

Metode elemen hingga atau lazim disebut FEA (Finite Element Analysis) adalah suatu teknik penyelesaian masalah rekayasa dengan cara numerik/komputasi dengan menggunakan perangkat komputer.

Dalam metode ini masalah fisik suatu benda kontinum didekati dengan suatu struktur tiruan yang berwujud suatu rangkaian elemen-elemen kecil sederhana yang dirakit menjadi suatu kesatuan dengan mengaitkan simpul-simpulnya.

Didalam elemen yang sederhana ini diterapkanlah hukum fisika/mekanika (bergantung kepada substansinya: benda solid, fluida, aliran panas dan seterusnya) yang berlaku.

Melalui simpul ikatan-ikatan itu, diterapkan persyaratan kecocokan (compatibility) yang sedemikian sehingga memaksa rakitan struktur tiruan ini berperangai seperti substansi yang sebenarnya.

Dengan demikian dapat dikatakan bahwa masalah kompleks suatu substansi dipecahkan dengan penyelesaian masalah-masalah sederhana yang dibawa oleh masing-masing elemen yang jumlahnya amat banyak.

Maka dapat dibayangkan, terdapat puluhan atau bahkan ratusan ribu persamaan-persamaan aljabar (tetapi berbentuk sederhana) yang harus dipecahkan secara simultan/serentak. Lazimnya, makin banyak elemen-elemen digunakan dalam membangun struktur pendekatan ini, semakin besar jumlah persamaan aljabarnya, maka semakin akurat hasil analisis numeriknya. Oleh sebab itu metode ini hanya mungkin dilakukan secara efektif dengan bantuan komputer.

Dalam bidang mekanika benda solid/padat (solid mechanics) dimana kekuatan suatu struktur atau suatu komponen mekanik dianalisis, yang menjadi ranah (domain) pemecahan persoalan matematikanya adalah geometri dari benda itu sendiri, maka pada tahap desain gambar CAD (computer-aided design) tiga dimensi dapat langsung didefinisikan sebagai domain yang siap dicacah (descritized) menjadi elemen-elemen kecil yang dirakit menjadi tiruan strukturnya. Oleh sebab itu pada masa kini terdapat banyak piranti lunak CAD yang memasang FEA sebagai salah satu fitur didalam fasilitas penggunaannya. Atau sebaliknya, terdapat juga piranti lunak FEA yang memuat CAD sebagai bagian dari proses pemodelan.

2. KIlas Sejarah FEA

Walaupun secara teori matematika metode ini sudah ada sebelum abad 20, aplikasi nyata serta pengembangannya baru dapat dilakukan pada sekitar pertengahan abad lalu bersamaan dengan mulai digunakannya perangkat keras komputer. Insinyur dari Boeing, Clough dan Martin, pada tahun 1956 adalah yang pertama melakukan analisis struktur pesawat dengan metode ini. Dalam analisis ini, elemen-elemen batang sederhana (truss & grid) dirakit menjadi suatu struktur tiruan yang mendekati wujud sayap pesawat.  Mengingat persamaan sederhana yang dikandung oleh elemen-elemennya dan dipadukan melalui simpul-simpulnya, maka akan diperoleh sebuah persamaan aljabar struktur yang mirip, hanya saja dengan ukuran dimensi yang amat besar. Persamaan ini kemudian diselesaikan dengan cara sederhana pula mengikuti suatu prosedur rutinitas/berulang-ulang.

Keberhasilan mereka menggunakan metode analisis ini kemudian mengubah secara revolusioner tradisi perhitungan kekuatan struktur klasik yang sudah mapan ketika itu, dan kemudian berkembang sampai sekarang, tidak hanya dalam bidang kekuatan struktur (solid mechanics & stress analysis) tetapi merambah kepada bidang rekayasa lain seperti: mekanika-fluida /aerodinamika, perpindahan panas, getaran dan akustik, elektro-magnetik dan sebagainya.

Khususnya di Indonesia, metode ini dipopulerkan oleh BJ Habibie pada pertengan tahun 70an. Ketika itu beliau yang sedang bekerja di industry pesawat terbang di Jerman dipanggil pulang oleh presiden Suharto melalui Ibnu Sutowo Direktur Utama Pertamina. Dalam organisasi perusahaan minyak nasional ini Divisi Advanced Technology didirikan untuk menjadi cikal-bakal industri penerbangan bersama lembaga TNI AU Lipnur.

Pada tahun 1978 seminar Metode Elemen Hingga pertama diselenggarakan bertempat di Seamen Club di kawasan Tanjung Periuk Jakarta dimana seluruh pakar dalam bidang rekayasa dan matematika dari berbagai perguruan tinggi terkemuka antara lain UI, ITB, UGM berdiskusi dengan para pakar dari Divisi AT Pertamina ini yang direkrut sendiri oleh Habibie dari Jerman, Eropa Timur dan Amerika. Para pakar ini antara lain adalah pemegang bea-siswa yang dikirim oleh presiden Soekarno sebelum masa konfrontasi.

Didalam seminar ini, selain dibahas mengenai teori serta aplikasinya pada teknik penerbangan (yang ketika itu disiapkan untuk menjadi ujung tombak pembangunan teknologi di Indonesia), juga diletakkan strategi pengembangan metode “baru” ini di pendidikan tinggi. Untuk mendukung pengembangannya maka diperlukan akses kepada komputer “main-frame” di gedung Pertamina Pusat di Jalan Perwira, Gambir, yang pada saat itu adalah komputer IBM generasi kedua yang paling canggih di Asia Tenggara. Sebagai informasi tambahan, pada saat itu masih belum dikenal adanya komputer pribadi Desktop PC, apalagi laptop atau tablet. Ketika itu yang lazim digunakan sebagai input adalah pita magnetik atau punch card yaitu kartu yang dilubangi oleh punching machine yang merupakan sebuah perintah (statement) pada suatu program komputer. Agar komputer dapat mulai memproses, setumpukan kartu perlu dibaca terlebih dahulu oleh alat yang bernama “card reader”, seperti yang diilustrasikan pada Gambar-1. Seluruh fasilitas komputer ini ditempatkan pada suatu ruangan yang besar (karena perangkat alat hitung ini memang berukuran sangat besar), dengan suhu rendah dan sangat bersih (tidak berdebu), untuk menghindari hal-hal yang dapat menganggu bekerjanya mesin hitung yang “canggih” ini.

Bahasa pemrograman yang digunakan untuk perhitungan metode komputasi ini ialah Fortran yang sekarang sudah memudar popularitasnya walaupun sempat berkembang pada puncaknya sekitar akhir abad lalu. Mengingat bahwa ukuran matriks yang relative besar yang perlu diproses, terutama pada masa itu kapasitas memori komputer yang sangat terbatas, maka waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan masalah yang sederhana dapat berlangsung berjam-jam bahkan berhari-hari tanpa henti, dimana komputer  main-frame tersebut hanya bekerja khusus untuk menyelesaikan perhitungan ini. Maka seringkali proses perhitungan analisis struktur dengan metode ini, dilakukan mulai pada akhir pekan dan hasilnya (dalam bentuk tumpukan kertas printer yang waktu itu lazim disebut sebagai “listing”) baru diambil pada hari Senin berikutnya. Dengan demikian proses ini tidak menggangu kegiatan rutin perusahaan BUMN tersebut.

Tidak dapat dipungkiri bahwa sampai akhir abad lalu perkembangan teknologi memang didorong oleh kemajuan teknologi militer dan penerbangan. Terlepas daripada polemik strategi mana yang dipilih oleh republik kita ini dalam membangun industri nasional, pembangunan industri dirgantara adalah mahal karena selain memerlukan investasi yang besar juga beresiko tinggi. Karena itu hanya mungkin dilakukan secara efektif oleh pemerintah atau campur tangan pemerintah dan bukan oleh pihak swasta sepenuhnya (perkecualian bagi Boeing dan Airbus).

Gambar-1 Ilustrasi computer punched card yang memuat informasi dan punch-machine untuk menuliskan instruksi dengan bahasa matematik Boolean melalui lubang-lubangnya.

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Keypunch  

3. Penggunaan Metode Komputasi Fea di Industri

Peran metode komputasi khususnya FEA dalam hal mengurangi biaya desain dan pengujian laboratorium sangat besar. Sejumlah man-hours, machine-hours berikut pembuatan model, set-up dan data akusisi dari suatu pengujian terowongan-angin misalnya, dapat dikurangi secara berarti. Demikian juga dengan pengujian kekuatan struktur pada prototipe sebuah pesawat baru.

Perlu dicatat bahwa metode komputasi ini tidak dapat menggantikan sama sekali pengujian fisik laboratorium dengan alasan: pertama, karena persyaratan dari pihak otoritas pemegang hukum (misalnya dinas kelaikan transportasi) yang berhubungan dengan tingkat keamanan; kedua, perlunya proses validasi yang menunjukkan keabsahan hasil numerik terhadap kajian realitas.

Gambar-2 Pengujian kekuatan sambungan rivet (paku keeling) dan pemodelannya dalam FEA. Proyek merupakan kerja-sama penelitian antar perguruan tinggi UNMC-KDU

Sumber:  Ref [5]

Pada saat ini kemampuan metode ini sudah merasuk jauh, sampai kepada hal-hal marginal penggunaan teknologi, misalnya penyelesaian masalah yang bersifat non-linier yang pada dasawarsa lalu masih merupakan issue besar. Contoh dalam bidang rekayasa struktur adalah perubahan bentuk berlebih (large-deformation) yang dapat disaksikan dengan mata biasa misalnya defleksi lentur pada ujung sayap pesawat terbang A380 Airbus pada waktu tinggal-landas (take-off). Bahkan untuk kasus deformasi permanen/plastis pada struktur yang mendapat pembebanan berlebih sehingga melampaui titik-lelehnya (yield point) bahan, dapat diselesaikan secara iterative (berulang) dengan metode ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar-2. Kestabilan struktur juga sudah dapat disimulasikan dengan metode ini (Gambar-3). Hal lain yang dapat dikemukakan, teori tumbukan (beban yang berlangsung dengan waktu yang sekejap-mata) dengan memasukkan sifat plastis bahan sudah dapat disimulasikan dalam domain-waktu melalui analisis dari saat ke saat.

Begitu juga dengan persamaan aliran fluida yang disebut dengan persamaan Navier-Stokes dimana sifat kekentalan dan kompresibilitas diikut-sertakan, yang dahulu merupakan suatu perkara besar dimana perhitungan terpaksa dilakukan secara terpisah yaitu pada daerah lapis batas (boundary-layer) dan diluar kawasan tersebut, tentunya dengan menggunakan asumsi-asumsi tertentu untuk memudahkan analisis, kini dapat dilakukan sekaligus dan sudah menjadi hal yang lumrah.

Gambar-3 Pengujian kekuatan automotive airbag fabrics dan pemodelannya dalam FEA. Proyek ini merupakan kerjasama dengan industri UNMC-Autoliv Hirotako BHD

Sumber: Ref [1]

4. TANTANGAN BARU BAGI METODE INI

Perkembangan yang pesat teknologi informasi serta perangkat kerasnya (komputer) ikut memacu metode ini terutama dalam bidang-bidang baru yang sedang dikembangkan, salah satunya adalah teknik rekayasa biomedik (Bio-medical Engineering).

Hanya dari sudut disiplin mekanika saja banyak hal yang dulu merupakan kemustahilan kini menjelma menjadi tantangan yang sangat menjanjikan untuk dipecahkan. Perkembangan pemodelan bahan yang bersifat “visco-elastic” atau “hyper-elastic” dan memiliki “memory”, untuk menyimulasikan material yang berperilaku sebagai karet (rubbery) pada saatnya akan dapat digunakan untuk menganalisis organ tubuh. Demikian halnya dengan pemodelan porous material bagi simulasi tulang/rangka. Disiplin mekanika struktur dan fluida sudah sedemikian maju, kini justru yang menjadi tantangan besar adalah bidang interaksi fluida-struktur.

Sebenarnya sub-disiplin ini sudah pula dikembangkan sejak puluhan tahun dalam bidang teknik kedirgantaraan yaitu yang disebut sebagai “Aero-elasticity”, suatu fenomena getaran yang disebabkan oleh induksi aliran udara, dan juga dalam bidang Oil & Gas, getaran pipa riser bawah laut yang berinteraksi dengan arus.

Dalam hal biomedik, analisis ini dapat dilihat contohnya pada mekanisme organ katup jantung alamiah dengan aliran darah dari aorta yang mengalir mengikuti pengarahan denyutan jantung. Struktur katup berupa tiga helai tirai natural yang bersifat sangat non-linier karena deformasi yang besar secara geometris, serta sifat bahannya yang sangat fleksibel elastik dan memiliki redaman cenderung basah (viscous damping). Disamping itu, aliran darah yang dilihat melalui kaca-mata fluida merupakan aliran dengan faktor kekentalan (viscosity) dan densitas yang amat tinggi dibandingkan dengan udara misalnya.

Sebenarnya katup jantung buatan yang “purely mechanical” berbentuk sebuah sangkar metalik dengan bola pelampung didalamnya (Gambar-4 kiri) yang berfungsi menjamin satu arah aliran yaitu dengan menahan arus balik sudah dikembangkan dan dipraktekkan sejak lama. Atau juga dengan jenis mekanik lainnya yaitu dengan klep kupu-kupu (Gambar-4 tengah), bentuk komponen yang lazim digunakan pada “hydraulic system”. Katup artifisial ini memang berfungsi sempurna secara mekanis, akan tetapi benda pejal bagian dari rangka sangkar ini membangkitkan pusaran aliran yang distribusi kecepatannya menimbulkan tegangan gesekan antar lamina yang cukup besar sehingga dapat merusakkan butiran-butiran darah merah (platelets) yang akhirnya mengakibatkan koagulasi (penimbunan segmentasi) disekitar pembuluh darah tersebut. Dengan demikian pasien yang menggunakan alat ini diharuskan mengonsumsi sejumlah anti-koagulan seumur-hidupnya untuk mengurangi efek penyumbatan. Untuk menghindari masalah ini, maka dipikirkan penggunaan katup artifisial yang mendekati perilaku alamiahnya yaitu suatu cincin “stent” dari bahan “artificial fiber” yang dapat berperan mirip seperti tirai katup natural.     

Gambar-4 Ilustrasi artificial heart valves. Gambar ujung kanan adalah katup yang paling mendekati mekanisme pergerakan alamiah.

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_heart_valve#/

Dari konsep desain organ tiruan ini, perilaku dari kedua substansi baik struktur maupun aliran, sudah merupakan pembahasan tersendiri yang musykil karena sifatnya yang sangat menjauh dari analisis linear klasik yang dikenal lazim dalam bidang rekayasa struktur atau fluida. Akan tetapi itu masih belum apa-apa, karena tantangan sebenarnya masih lebih besar lagi, yaitu terletak pada interaksi benda padat dan cair ini (coupling).

Secara numeris mekanisme ini dapat dijelaskan sebagai berikut: perhitungan gerakan struktur dilakukan satu tahap dibelakang perhitungan fluida (cara ini disebut sebagai “staggered coupling”), dan pada tahap berikutnya medan kecepatan dan distribusi tekanan fluida ditentukan berdasarkan kondisi batas saat mutakhir posisi dan gerakan struktur katup. Dan begitu selanjutnya rutinitas perhitungan ini.

Dewasa ini, mekanisme kopling seperti ini sudah berjalan dengan sempurna bagi masalah Aeroelastisitas getaran sayap pesawat terbang (Gambar-7), flutter pada struktur jembatan gantung (Gambar-5 & 6)) atau getaran-induksi pipa riser pada Oil & Gas di lepas pantai; akan tetapi untuk kasus bio-medical harus dikaji dengan lebih teliti lagi karena sifat numerisnya yang tidak stabil. Banyak hal yang berpengaruh dalam hal ini, terutama karena kedua substansi yang bersifat sangat ekstrim non-linier sehingga banyak perhatian dicurahkn kepada diskretisasi (pencacahan menjadi elemen-elemen) kecil untuk kedua benda, struktur dan fluida, dan juga terutama diskretisasi waktu.

Dari sini dapat dibayangkan berapa besar memori komputer yang diperlukan untuk mengalokasi datanya dan juga lamanya komputer ini memroses. Penyelesaian masalah interaksi aliran-struktur pada biomedik masih jauh dari tuntas, cara lain untuk menghindari ketidak-stabilan numeris perhitungan adalah dengan melakukan “strong-coupling” yaitu dimana perhitungan fluida dan struktur dikerjakan secara serentak. Hal ini memerlukan diskrit waktu yang lebih kecil disertai perhitungan yang lebih rinci, dengan demikian proses perhitungan menjadi lebih lama lagi. Begitu masalah kopling fluida-struktur ini terpecahkan, sudah menunggu masalah berikutnya yaitu ketahanan bahan organ artifisial ini terhadap pembebanan dinamis akibat interaksinya dengan aliran darah. Komponen ini harus mampu bekerja tanpa henti selama 24 jam sehari setiap detik, untuk selama paling kurang 20 sampai 30 tahun tanpa mengalami “fatigue failure” untuk dapat diandalkan (reliable).

Metode Analisis Rekayasa FEA:  Peran dan Dampaknya Terhadap Pembangunan Teknologi di Indonesia, serta Antisipasi Perkembangannya di Masa DepanGambar-5 Pengujian terowongan-angin getaran aeroelastik model jembatan gantung. Penelitian dilakukan oleh mahasiswa MEng dan PhD di fasilitas terowongan-angin UNMC.

Sumber: Refs [3] & [6]

Gambar-6 Pemodelan flow-structure interaction pada kasus getaran aeroelastik jembatan gantung dimana fenomena multi-physics ini diselesaikan dalam domain-waktu dengan menggunakan staggered-coupling. Simulasi yang dilakukan dengan menggunakan ANSYS Workbench 16.ini adalah bahagian dari proyek penelitian FRGS, research grant dari kerajaan Malaysia.

Sumber: Ref [4]

Ada setidaknya 2 perangkat lunak pada saat ini yang dipergunakan oleh para pakar untuk menyelesaikan masalah interaksi fluida-struktur, yaitu ANSYS dan SAMCEF. Namun dari hasil penelitian yang ada dapat dikatakan perjalanan masih jauh untuk menghasilkan cara efektif akurat dalam standard industri. Masalah yang menantang lagi adalah mekanisme aliran darah pada pembuluh-pembuluh halus di organ otak (aneurism) dan mata, dimana permintaan yang gencar dari arah bidang kedokteran dan kesehatan kepada para pakar rekayasa.

Dapat dibayangkan, untuk memecahkan secara tuntas masalah seperti ini diperlukan pendekatan secara “multi-discipliner” mencakup kepakaran: matematika, mekanika, bahan (fatigue), informatika, instrumentasi dan tentunya bidang kedokteran yang memiliki andil terbesar. Memang, masa depan teknologi tidak memberikan peluang terlalu besar bagi specialist yang duduk menyendiri di sudut bidang kepakarannya.

Gambar-7 Pengujian terowongan-angin flutter pada profil sayap NACA0015 yang ditumpu secara fleksibel arah translasi dan rotasi, berikut pemodelan dan simulasi menggunakan ANSYS Workbench 16. Research grant under FRGS

Sumber: Refs [1] & [4]

5. SIKAP DALAM MENGGUNAKAN PIRANTI LUNAK METODE INI

Tiga dasawarsa lalu metode ini sudah diajarkan dalam jenjang pasca sarjana bidang teknik (dalam bidang sains matematika, bahkan lebih awal lagi). Belasan tahun yang lalu mulai diajarkan pada tingkat akhir jenjang S1 sebagai modul kuliah pilihan. Mengingat kebutuhan akan penggunaan praktis metode ini serta dorongan dari berbagai pihak terutama industri, metode ini sudah dikenalkan ditingkat lebih awal sebagai kuliah wajib.

Perubahan kurikulum pada jurusan mesin (mechanical engineering) menekankan aspek perancangan mulai sejak tingkat pertama (selepas college atau foundation studies) memerlukan pengetahuan penggunaan FEA lebih awal disamping keterampilan menggambar teknik dengan CAD.

Kerja-praktek selama sekitar 3 bulan di industri (yang biasa dilakukan selepas tingkat 2), tugas perancangan mesin di tingkat 3 dan proyek akhir (pada tahun 3 dan 4) serta harapan daripada industri yang merupakan penyerap terbesar lulusan universitas menuntut mahasiswa untuk fasih menggunakan piranti lunak ini.

Disatu sisi kita melihat manfaat penggunaan metode ini, akan tetapi disisi lain kita menyaksikan suatu keprihatinan yaitu sikap manusia dibalik alat yang canggih ini.

Mari kita lihat terlebih dahulu manfaat yang besar yang menyebabkan ketergantungan terhadap yang satu ini:

  • Pertama ialah waktu yang diperlukan untuk mendesain menjadi lebih singkat karena begitu konsep selesai dituangkan dalam bentuk CAD drawing, analisis dapat segera dilakukan untuk mengetahui misalnya: kekuatan, ketahanan, kinerja dan efisiensi daripada komponen atau assembly yang dirancang.
  • Kedua, apabila diketahui adanya kekurangan dari desain tadi, misalnya: kemungkinan kegagalan struktur karena pembebanan tertentu sehungan dengan misi desainnya, “safety factor” yang tidak memenuhi persyaratan kelaikan, begitu pula efesiensi kinerja yang kurang dari yang diharapkan, maka perubahan dapat dilakukan dengan segera pada gambar tekniknya atau bilamana perlu dilihat lagi dari konsep desainnya. Kemudian dilakukan analisis dengan cara seperti semula.
  • Demikian pula pengembangan bagi produk tertentu yang sudah berhasil untuk ditingkatkan dengan versi yang baru dimana modifikasi dapat dilakukan dengan lebih cepat.
  • Desain komponen dengan bentuk kompleks dapat dilakukan dengan lebih mudah dan bila perlu dievaluasi segera dengan “3D printing”.
  • Konsep CAE (computer-aided engineering) bahkan memuluskan proses sampai kepada manufacturing dan assembly dimana analisis proses pembuatannya tidak tidak terbatas hanya dengan process pemotongan dengan NC machine, juga merambah kepada proses “casting”, “molding” dan “press-forming”.

Keburukan yang dapat kita rasakan segera adalah ketergantungan akan piranti CAD/FEA/CAE berikut perangkat keras yang terkait, dimana misalnya NC machine bekerja berdasarkan CAD files yang di-inputkan dan menghasilkan benda tepat sama seperti yang diinginkan. Tetapi dapat pula kita pandang sebagai suatu keuntungan dalam satu paket, ibarat dua sisi pada sebuah koin, apalagi peralatan buatan dari negara Cina Daratan yang sangat murah (dan membuat negra-negara Barat ketar-ketir) adalah kartu yang perlu dimainkan dengan cerdik.

 

Saya ingin menyoroti masalah ini lebih dalam lagi sehubungan dengan sikap/attitude.

Proses perancangan meliputi: konsep desain yang merupakan fungsi/misi (termasuk didalamnya market study), gambar teknik (CAD), analisis rekayasa (FEA/CFD/CAE), prototyping & testing, kemudian kembali lagi kepada gambar teknik atau lebih awal yaitu konsep, merupakan siklus-tertutup yang diharapkan berproses secara konvergen menjadi suatu desain utuh siap untuk masuk kedalam proses pembuatan. Iterasi adalah suatu keharusan untuk menghasilkan pada akhirnya suatu produk yang handal. Proses ini mahal akan tetapi dapat dipersingkat waktunya dengan peran piranti-piranti lunak diatas.

Dapat difahami bahwa tuntutan ekonomis membuat design engineer bekerja dengan efisien, begitu pula mahasiswa di perguruan-tinggi dalam menggunakan fasilitas numeris ini untuk mengejar deadline.

Sangat disayangkan adanya kecenderungan memperlakukan piranti analisis ini sebagai “black-box”, dimana software ini dipandang sebagai suatu kotak-sulap yang akan mengubah input menjadi suatu kebenaran dengan tanpa mengacuhkan proses didalamnya.

Apalagi piranti FEA semakin kompleks lintas disiplin (struktur beban statik, bahan dan pemodelan bahan, analisis modus getar, beban random, beban kejut, sampai dengan beban termal, fluida, dst.) mendorong kecenderungan tadi. Disamping itu software dibuat semakin “user-friendly” khusus untuk mengoperasikannya dengan teknik “drag and drop”. Output dari software ini tidak lagi seperti jaman dahulu ketika pertama kali dimanfaatkan untuk analisis struktur pesawat, yaitu berupa ribuan angka-angka yang harus diinterpretasikan dalam arti fisik. Pada saat ini, output akan terlihat dalam nuansa warna-warna yang  yang diinterpretasi melalui intensitas pencampuran warna yang indah dan bahkan sampai dapat menunjukkan nilai safety-factor mengikuti sistem regulasi tertentu. Terlebih lagi bila diinginkan, software ini dapat menuliskan laporan kegiatan penelitian sampai dengan kesimpulan.

Jadi apa yang diperlukan adalah modal gambar CAD dan memijit tombol yang tepat. Sikap seperti ini membuat seorang engineer turun peringkatnya menjadi software operator, lupa bahwa dirinya ditugaskan terutama untuk berpikir secara kritis.

Kita tidak dapat mengingkari kebutuhan akan FEA code, yang sudah mutlak menjadi keharusan. Karena tidak dapat dibayangkan jaman sekarang, seorang engineer tanpa kemampuan dalam metode ini. FEA ditangan seorang engineer akan membuat dirinya mumpuni dibidangnya, tetapi ditangan rekayasawan yang sembrono atau tidak memiliki pengetahuan yang cukup dalam metode FEA, akan membuat dirinya sebagai makhluk yang sangat berbahaya, terutama bagi khalayak yang menggunakan jasanya yang dijamin melalui regulasi kelaikan.

5. PENUTUP

Metode komputasi FEA sudah merupakan keharusan bagi industri, khususnya yang berhubungan dengan desain produk. Belum lagi untuk skala yang lebih luas dalam bidang konstruksi struktur bangunan, perkapalan, lepas pantai dan seterusnya. Perkembangannya ke masa-depan pun sangat menggairahkan seperti contoh yang dibahas diatas dalam bidang bio-medical, ditambah lagi dengan arah perkembangan mutakhir teknik kedirgantaraan, antara lain konsep baru pesawat terbang “morphing-wing”; disamping bidang-bidang lain yang sudah jauh dari jangkauan penulis seperti mekanika benda mikro dan teknologi nano (micro-mechanics and nano technology).

Keikut-sertaan negara kita pada saat ini dalam “advanced technology” barangkali belum memungkinkan mengingat biaya dan resiko yang tinggi, tetapi pasrah sebagai konsumen teknologi juga tidak bijaksana. Berpartisipasi dalam pengembangan ilmu murni dan terpakai khususnya teknik komputasi seharusnya tidak menjadi halangan. Tersedianya bahasa pemrograman serta environment komputasi numerik seperti MATLAB (terhitung mahal untuk industri tetapi terjangkau bagi keperluan pendidikan/universitas) atau Scilab (memiliki kemiripan dengan MATLAB tetapi dapat diperoleh secara percuma karena open-source) adalah peluang untuk tetap eksis didalam perkembangan teknologi.

Metode komputasi FEA bagi industri dan pelaku rekayasa dapat menjadi suatu kutukan atau merupakan rahmat, tergantung kepada kearifan kita untuk memilih.

DAFTAR PUSTAKA

Diambil dari sumber-sumber internal, antara lain:

  1. Osama Ahmad Khan, 2015. Wind-tunnel Flutter Test on a Two-Dimensional Wing. BEng/MM3BPR Final Year Project, University of Nottingham Malaysia Campus, 2014-15.
  2. Zulfahmi Bin Kasman, 2016. FE Modelling of Automotive’s Airbags using ANSYS. BEng/MM3BPR Final Year Project, University of Nottingham Malaysia Campus, 2015-16.
  3. Sew Ker Ching, 2012. Aero-elastic Wind-tunnel Experiments on Suspension Bridge Model. MEng/MM4MPR Individual Research Paper, University of Nottingham Malaysia Campus 2012.
  4. Ammar Khaled Abdel-Aziz, 2016. Dynamic Modelling of Aero-elastic Flutter Vibrations using ANSYS Workbench for Various Lifting Surfaces. MEng/MM4MPR Individual Research Paper, University of Nottingham Malaysia Campus 2016.
  5. Wong Qi Sheng, 2016. Development of 3D Models to Analyze Spot Weld Failures for Different Test Specimens, Test Conditions and Materials. MEng/MM4MPR Individual Research Paper, University of Nottingham Malaysia Campus 2016.
  6. Sami Davtalab Basm, 2015. Nonlinear Dynamics of Long and Continuous Structures. PhD thesis, University of Nottingham Malaysia Campus 2015.
  7. CP Pagwiwoko, T David, E Van Houten, 2005. Flow Induced Vibration of Large Deflection Filament in Viscous Flow, Proceedings of PVP2005-71304, 2005 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, Denver, Colorad USA, July 2005.

 

 

Tags

About The Author

Cosmas Pandit Pagwiwoko 12
Pensil

Cosmas Pandit Pagwiwoko

Lulusan Teknik Penerbangan jurusan Teknik Mesin ITB. Master dalam bidang konstruksi pesawat terbang, Ecole Nationale Superieure Aeronautique, ENSAE Sup’Aero, Toulouse, France. Master dalam bidang engineering mechanics, Ecole Centrale – INSA – l’Universite de Claude Bernard, Lyon, France. Doktor dalam bidang getaran aeroelastik, Laboratoire de Mecanique des Solides, Ecole Centrale de Lyon, Ecully, France. Post-doctoral dalam bidang bio-medical engineering, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand. Pernah bekerja di industry sebagai aero-elastic engineer, PT IPTN Bandung; sebagai aircraft design engineer, NTech Design Organization, Fieldair Engineering, Palmerston North NZ; dan sebagai mechanical design engineer, high-speed/jet-propelled vehicle for land speed record, Turbine Enterprise, Wellington NZ. Pernah mengajar sebagai dosen tetap di ITB dan di University of Science Malaysia (USM) School of Aerospace Engineering. Sekarang adalah associate professor dalam bidang solid mechanics, Department of Mechanical, Materials and Manufacturing Engineering, University of Nottingham Malaysia Campus dan masih aktif mencari tantangan-tantangan baru.
Brain Gain adalah tempat menulis untuk semua orang.
Yuk kirim juga tulisanmu sekarang
Submit Artikel

From Cosmas Pandit Pagwiwoko

Comments

You need to be logged in to be able to post a comment. Click here to login