Edit)
This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA
Overview
Download & View Edit) as PDF for free.
More details
- Words: 1,192
- Pages: 13
“Saya akui laporan ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali ringkasan dan petikan yang tiap-tiap satunya saya telah jelaskan sumbernya”
Tandatangan
: ……………………………………………………………
Nama Penulis
: …………………………………………………………….
Tarikh
: ……………………………………………………………
ii
DEDIKASI
Untuk ayah dan ibu yang tersayang yang berkorban segalanya demi kecermelangan anak tersayang. Untuk pensyarah yang berkorban masa dan tenaga untuk membimbing anak bangsa. Untuk rakan-rakan yang sama-sama berjuang demi kejayaan bersama.
iii
PENGHARGAAN
Penulis ingin merakamkan penghargaan ikhlas kepada penyelia Projek Sarjana Muda, En. Kamarul Ariffin B. Zakaria atas bimbingan dan dorongan yang diberi sepanjang menjalani Projek Sarjana Muda ini. Kerjasama daripada pihak pegurusan makmal, pihak pengurusan pejabat pembangunan dan pihak pejabat bendahari (unit rekod aset & stor bekalan pejabat) amatlah diucapkan terima kasih. Sokongan, dan dorongan daripada rakan-rakan juga amatlah dihargai dan akan dikenang. Penghargaan juga ditujukan kepada semua yang terlibat sama ada secara langsung atau tidak langsung dalam membantu menjayakan projek penyelidikan ini. Semoga segala yang dikaji di dalam laporan ini mendatangkan manfaat kepada semua dan menjadi sumber rujukan yang baik kepada pelajar lain kelak. Semoga Tuhan merahmati kita semua dan UTeM akan terus cemerlang dan terbilang.
iv
ABSTRAK
Kerusi mempunyai kegunaannya yang tersendiri mengikut kesesuaian yang ditetapkan. Kerusi merupakan perabot untuk duduk, menyandarkan belakang, meletakkan tangan dan secara amnya digunakan oleh seorang sahaja. Kajian ini bertujuan untuk menyiasat kegagalan yang berlaku pada struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM dan mencadangkan penambahbaikan. Kajian meliputi struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM dengan mengenalpasti bahagian yang kritikal pada kerusi apabila dikenakan beban, melakukan analisis kegagalan statik secara teori dan rangka kerusi dilukis menggunakan perisian SolidWorks 2007 serta melakukan analisis kegagalan statik dengan menggunakan perisian MSC NASTRAN/PATRAN. Ujikaji tegangan dan ujikaji lesu dijalankan bagi menganalisis kegagalan statik dan hayat lesu pada komponen kerusi yang berkaitan. Kajian mendapati dengan melakukan pengiraan statik secara teori, komponen yang paling kritikal adalah pada bahagian penyokong tengah kerusi.
v
ABSTRACT
Chair has its own uses depends on its suitability. Chair is a type of furniture to seat, lean on our back, rest our hand and generally used for a person only. The purpose of this project is to analyze failure upon student chair structure at UTeM and propose an improvement. This project focuses on student chair structure at UTeM by ensuring the critical point at the chair component after load is applied, analyze the static failure theoretically and the student chair frame is drawn by using SolidWorks 2007 Software and also analyze the static failure by using MSC NASTRAN/PATRAN. Tensile and fatigue test are done to interpret the static and fatigue life at the chair komponen. The analysis of static theory carried out mostly the critical point is at the centre support of the chair.
vi
KANDUNGAN
BAB
PERKARA
MUKA SURAT
PENGAKUAN DEDIKASI PENGHARGAAN ABSTRAK ABSRACT KANDUNGAN SENARAI JADUAL SENARAI RAJAH SENARAI SIMBOL BAB I
PENGENALAN 1.1 Latar Belakang Projek 1.2 Pernyataan Masalah 1.3 Objektif Kajian 1.4 Skop Kajian 1.5 Kepentingan Kajian
BAB
PERKARA
ii iii iv v vi vii xi xii xiv 1 1 2 2 2 3
MUKA SURAT
BAB II
KAJIAN ILMIAH – STRUKTUR KERUSI 2.1 Pengenalan 2.2 Definasi kerusi 2.3 Jenis-jenis Kerusi 2.4 Statistik Kerosakan 2.5 Struktur dan Komponen Kerusi
4 4 5 5 8 12
vii
BAB III
2.6 Ciri-ciri Bahan yang Dikaji 2.6.1 Termoplastik 2.6.2 Besi lembut 2.6.3 Papan serpihan
13 13 14 14
KAJIAN ILMIAH - ANALISIS KEGAGALAN 3.1 Pengenalan 3.2 Kegagalan Statik 3.2.1 Teori Kegagalan Statik 3.2.2 Contoh-contoh Kegagalan Statik 3.3 Kelesuan 3.3.1 Gambar Rajah S-N 3.3.2 Tegasan Berkitar 3.3.3 Contoh-contoh Kegagalan Lesu 3.3.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi
15 15 15 16 17 18 19 21 23 27
Kegagalan lesu 3.4 Kajian Terdahulu 3.4.1 Beban momen pada sambungan paip 3.4.2 Kelakuan lesu bagi sambungan T:
32 32 33
Perentas Segiempat dan Rembat Bulatan BAB
PERKARA
MUKA SURAT
3.4.3 Permodelan FEM untuk pengoptimisasian
34
kerusi 3.4.4 Perkembangan Retak Lesu Bagi Beban
34
Amplitud Tetap 3.4.5 Laluan Retak Lesu Dalam Cu-Ni-Mo
35
Keluli Aloi PM 3.4.6 Pergantungan Membina Dalam Model
36
Unsur Terhingga Bagi Penutupan Retak Semasa Lesu BAB IV
KAEDAH UNSUR TERHINGGA 4.1 Pengenalan 4.2 Asas Analisis Kaedah Unsur Terhingga 4.3 Proses dalam FEA 4.4 MSC Nastran 4.5 MSC Patran
37 37 39 41 42 42
BAB V
KAEDAH KAJIAN
44 viii
5.1 Pengenalan 5.1.1 Peringkat Pertama 5.1.2 Peringkat Kedua 5.1.3 Peringkat Ketiga 5.1.4 Peringkat Keempat 5.1.5 Peringkat Kelima 5.1.6 Peringkat Keenam 5.1.7 Peringkat Ketujuh 5.1.8 Peringkat Kelapan BAB
PERKARA
44 45 46 46 48 49 49 50 50 MUKA SURAT
BAB VI
ANALISIS STATIK SECARA TEORI 6.1 Analisis 6.2 Bahan yang Digunakan 6.3 Pengiraan Tegasan Lentur Maksimum Pada
51 51 52 53
Sokongan Tengah 6.4 Pengiraan Tegasan Maksimum Pada Bahagian
61
Kaki Kerusi BAB VII
KESIMPULAN
65
RUJUKAN
66
ix
SENARAI JADUAL
BIL.
TAJUK
MUKA SURAT
2.1
Statistik Kerosakan Kerusi di UTeM
8
x
SENARAI RAJAH
BIL.
TAJUK
MUKA SURAT
2.1 3.1
3.2
Spesifikasi Kerusi yang Dikaji Gambarajah Tegasan-Terikan Bagi Keluli Struktur
12
Biasa Dalam Tegangan Tidak Mengikut Skala
16
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997) Amplitud Tegasan (S) Melawan Logaritma Bilangan ke Gagal Lesu (N)
3.3
20
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S., 1999) Perubahan Tegasan dengan Masa yang Menyebabkan Kegagalan Patah
22
3.4
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S., 1999) Kemalangan Keretapi Hatfield
23
3.5
(Sumber: BBC NEWS, Oktober 2000) Dandang Bagi Keretapi Stim Bersendi Merddin Emrys
3.6
24
(Sumber: Ashby, M. F. dan Jones, D. R., 1980) Aloha Airlines Flight 243, a Boeing 737-200 (Sumber: Steven Minkowski dan Gamma Liaison,
26
1988) BIL.
TAJUK
MUKA SURAT
xi
3.7
Kegagalan Lesu Bagi Bar yang Dibebaskan Secara Kitaran Dalam Tegangan
27
3.8
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997) Garisan Beban Pada Beberapa Jenis Plat yang
30
4.1 4.2
Dikenakan Beban Paksi Unsur yang Bersambung dengan Nod (a) Dua dimensi domain umum pada pembolehubah
39
lapang Φ(x,y) (b) Tiga nod unsur terhingga dikenali sebagai domain
40
(c) Pertambahan unsur-unsur menunjukkan separuh unsur mesh bagi domain 4.3 5.1 5.2
(Sumber: Hutton D. V., 2004) Rasuk Jalur Carta Alir Kajian Mesin yang Digunakan untuk Ujikaji Tegangan
5.3
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997) Perlakuan Tegasan-Terikan untuk Spesimen Loyang
6.1
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S., 1999) Rangka Kerusi
41 45 47
48 52
SENARAI SIMBOL
xii
UTeM
=
Universiti Teknikal Malaysia Melaka
PSM
=
Projek Sarjana Muda
FEA
=
Analisis Unsur Terhingga (Finite Element Analysis)
FEM
=
Kaedah Unsur Terhingga (Finite element Method)
m
=
Unit meter
%
=
Peratus
o
C
=
Unit Darjah Celsius
E
=
Modulus Young
σy
=
Tegasan Alah
σa
=
Tegasan yang Dibenarkan
τy
=
Tegangan Ricih
τmaks
=
Tegasan Maksimum Ricih
σvon-Mises=
Tegasan Von Mises
S
=
Amplitud Tegasan
N
=
Skala Logaritma
Kf
=
Penumpuan Tegasan
ΔT
=
Perubahan Suhu
P
=
Beban yang Dikenakan, N
R
=
Daya Tindakbalas, N
M
=
Momen, Nm
FS
=
Faktor Keselamatan
o
=
Unit Darjah
mm
=
Unit Sukatan millimeter
Pa
=
Unit Sukatan Pascal
D
=
Unit Sukatan Diameter
d
=
Unit Sukatan Diameter
β
=
Nisbah Diameter
γ
=
Kekerasan Perentas
г
=
Nisbah Ketebalan
A
=
Luas Keratan Rentas, m2
xiii
π
=
Unit Pi
kg
=
Unit Berat Kilogram
N
=
Unit Newton
J
=
Pemalar Kilasan, m4
I
=
Momen Inersia, m4
xiv
Tandatangan
: ……………………………………………………………
Nama Penulis
: …………………………………………………………….
Tarikh
: ……………………………………………………………
ii
DEDIKASI
Untuk ayah dan ibu yang tersayang yang berkorban segalanya demi kecermelangan anak tersayang. Untuk pensyarah yang berkorban masa dan tenaga untuk membimbing anak bangsa. Untuk rakan-rakan yang sama-sama berjuang demi kejayaan bersama.
iii
PENGHARGAAN
Penulis ingin merakamkan penghargaan ikhlas kepada penyelia Projek Sarjana Muda, En. Kamarul Ariffin B. Zakaria atas bimbingan dan dorongan yang diberi sepanjang menjalani Projek Sarjana Muda ini. Kerjasama daripada pihak pegurusan makmal, pihak pengurusan pejabat pembangunan dan pihak pejabat bendahari (unit rekod aset & stor bekalan pejabat) amatlah diucapkan terima kasih. Sokongan, dan dorongan daripada rakan-rakan juga amatlah dihargai dan akan dikenang. Penghargaan juga ditujukan kepada semua yang terlibat sama ada secara langsung atau tidak langsung dalam membantu menjayakan projek penyelidikan ini. Semoga segala yang dikaji di dalam laporan ini mendatangkan manfaat kepada semua dan menjadi sumber rujukan yang baik kepada pelajar lain kelak. Semoga Tuhan merahmati kita semua dan UTeM akan terus cemerlang dan terbilang.
iv
ABSTRAK
Kerusi mempunyai kegunaannya yang tersendiri mengikut kesesuaian yang ditetapkan. Kerusi merupakan perabot untuk duduk, menyandarkan belakang, meletakkan tangan dan secara amnya digunakan oleh seorang sahaja. Kajian ini bertujuan untuk menyiasat kegagalan yang berlaku pada struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM dan mencadangkan penambahbaikan. Kajian meliputi struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM dengan mengenalpasti bahagian yang kritikal pada kerusi apabila dikenakan beban, melakukan analisis kegagalan statik secara teori dan rangka kerusi dilukis menggunakan perisian SolidWorks 2007 serta melakukan analisis kegagalan statik dengan menggunakan perisian MSC NASTRAN/PATRAN. Ujikaji tegangan dan ujikaji lesu dijalankan bagi menganalisis kegagalan statik dan hayat lesu pada komponen kerusi yang berkaitan. Kajian mendapati dengan melakukan pengiraan statik secara teori, komponen yang paling kritikal adalah pada bahagian penyokong tengah kerusi.
v
ABSTRACT
Chair has its own uses depends on its suitability. Chair is a type of furniture to seat, lean on our back, rest our hand and generally used for a person only. The purpose of this project is to analyze failure upon student chair structure at UTeM and propose an improvement. This project focuses on student chair structure at UTeM by ensuring the critical point at the chair component after load is applied, analyze the static failure theoretically and the student chair frame is drawn by using SolidWorks 2007 Software and also analyze the static failure by using MSC NASTRAN/PATRAN. Tensile and fatigue test are done to interpret the static and fatigue life at the chair komponen. The analysis of static theory carried out mostly the critical point is at the centre support of the chair.
vi
KANDUNGAN
BAB
PERKARA
MUKA SURAT
PENGAKUAN DEDIKASI PENGHARGAAN ABSTRAK ABSRACT KANDUNGAN SENARAI JADUAL SENARAI RAJAH SENARAI SIMBOL BAB I
PENGENALAN 1.1 Latar Belakang Projek 1.2 Pernyataan Masalah 1.3 Objektif Kajian 1.4 Skop Kajian 1.5 Kepentingan Kajian
BAB
PERKARA
ii iii iv v vi vii xi xii xiv 1 1 2 2 2 3
MUKA SURAT
BAB II
KAJIAN ILMIAH – STRUKTUR KERUSI 2.1 Pengenalan 2.2 Definasi kerusi 2.3 Jenis-jenis Kerusi 2.4 Statistik Kerosakan 2.5 Struktur dan Komponen Kerusi
4 4 5 5 8 12
vii
BAB III
2.6 Ciri-ciri Bahan yang Dikaji 2.6.1 Termoplastik 2.6.2 Besi lembut 2.6.3 Papan serpihan
13 13 14 14
KAJIAN ILMIAH - ANALISIS KEGAGALAN 3.1 Pengenalan 3.2 Kegagalan Statik 3.2.1 Teori Kegagalan Statik 3.2.2 Contoh-contoh Kegagalan Statik 3.3 Kelesuan 3.3.1 Gambar Rajah S-N 3.3.2 Tegasan Berkitar 3.3.3 Contoh-contoh Kegagalan Lesu 3.3.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi
15 15 15 16 17 18 19 21 23 27
Kegagalan lesu 3.4 Kajian Terdahulu 3.4.1 Beban momen pada sambungan paip 3.4.2 Kelakuan lesu bagi sambungan T:
32 32 33
Perentas Segiempat dan Rembat Bulatan BAB
PERKARA
MUKA SURAT
3.4.3 Permodelan FEM untuk pengoptimisasian
34
kerusi 3.4.4 Perkembangan Retak Lesu Bagi Beban
34
Amplitud Tetap 3.4.5 Laluan Retak Lesu Dalam Cu-Ni-Mo
35
Keluli Aloi PM 3.4.6 Pergantungan Membina Dalam Model
36
Unsur Terhingga Bagi Penutupan Retak Semasa Lesu BAB IV
KAEDAH UNSUR TERHINGGA 4.1 Pengenalan 4.2 Asas Analisis Kaedah Unsur Terhingga 4.3 Proses dalam FEA 4.4 MSC Nastran 4.5 MSC Patran
37 37 39 41 42 42
BAB V
KAEDAH KAJIAN
44 viii
5.1 Pengenalan 5.1.1 Peringkat Pertama 5.1.2 Peringkat Kedua 5.1.3 Peringkat Ketiga 5.1.4 Peringkat Keempat 5.1.5 Peringkat Kelima 5.1.6 Peringkat Keenam 5.1.7 Peringkat Ketujuh 5.1.8 Peringkat Kelapan BAB
PERKARA
44 45 46 46 48 49 49 50 50 MUKA SURAT
BAB VI
ANALISIS STATIK SECARA TEORI 6.1 Analisis 6.2 Bahan yang Digunakan 6.3 Pengiraan Tegasan Lentur Maksimum Pada
51 51 52 53
Sokongan Tengah 6.4 Pengiraan Tegasan Maksimum Pada Bahagian
61
Kaki Kerusi BAB VII
KESIMPULAN
65
RUJUKAN
66
ix
SENARAI JADUAL
BIL.
TAJUK
MUKA SURAT
2.1
Statistik Kerosakan Kerusi di UTeM
8
x
SENARAI RAJAH
BIL.
TAJUK
MUKA SURAT
2.1 3.1
3.2
Spesifikasi Kerusi yang Dikaji Gambarajah Tegasan-Terikan Bagi Keluli Struktur
12
Biasa Dalam Tegangan Tidak Mengikut Skala
16
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997) Amplitud Tegasan (S) Melawan Logaritma Bilangan ke Gagal Lesu (N)
3.3
20
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S., 1999) Perubahan Tegasan dengan Masa yang Menyebabkan Kegagalan Patah
22
3.4
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S., 1999) Kemalangan Keretapi Hatfield
23
3.5
(Sumber: BBC NEWS, Oktober 2000) Dandang Bagi Keretapi Stim Bersendi Merddin Emrys
3.6
24
(Sumber: Ashby, M. F. dan Jones, D. R., 1980) Aloha Airlines Flight 243, a Boeing 737-200 (Sumber: Steven Minkowski dan Gamma Liaison,
26
1988) BIL.
TAJUK
MUKA SURAT
xi
3.7
Kegagalan Lesu Bagi Bar yang Dibebaskan Secara Kitaran Dalam Tegangan
27
3.8
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997) Garisan Beban Pada Beberapa Jenis Plat yang
30
4.1 4.2
Dikenakan Beban Paksi Unsur yang Bersambung dengan Nod (a) Dua dimensi domain umum pada pembolehubah
39
lapang Φ(x,y) (b) Tiga nod unsur terhingga dikenali sebagai domain
40
(c) Pertambahan unsur-unsur menunjukkan separuh unsur mesh bagi domain 4.3 5.1 5.2
(Sumber: Hutton D. V., 2004) Rasuk Jalur Carta Alir Kajian Mesin yang Digunakan untuk Ujikaji Tegangan
5.3
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997) Perlakuan Tegasan-Terikan untuk Spesimen Loyang
6.1
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S., 1999) Rangka Kerusi
41 45 47
48 52
SENARAI SIMBOL
xii
UTeM
=
Universiti Teknikal Malaysia Melaka
PSM
=
Projek Sarjana Muda
FEA
=
Analisis Unsur Terhingga (Finite Element Analysis)
FEM
=
Kaedah Unsur Terhingga (Finite element Method)
m
=
Unit meter
%
=
Peratus
o
C
=
Unit Darjah Celsius
E
=
Modulus Young
σy
=
Tegasan Alah
σa
=
Tegasan yang Dibenarkan
τy
=
Tegangan Ricih
τmaks
=
Tegasan Maksimum Ricih
σvon-Mises=
Tegasan Von Mises
S
=
Amplitud Tegasan
N
=
Skala Logaritma
Kf
=
Penumpuan Tegasan
ΔT
=
Perubahan Suhu
P
=
Beban yang Dikenakan, N
R
=
Daya Tindakbalas, N
M
=
Momen, Nm
FS
=
Faktor Keselamatan
o
=
Unit Darjah
mm
=
Unit Sukatan millimeter
Pa
=
Unit Sukatan Pascal
D
=
Unit Sukatan Diameter
d
=
Unit Sukatan Diameter
β
=
Nisbah Diameter
γ
=
Kekerasan Perentas
г
=
Nisbah Ketebalan
A
=
Luas Keratan Rentas, m2
xiii
π
=
Unit Pi
kg
=
Unit Berat Kilogram
N
=
Unit Newton
J
=
Pemalar Kilasan, m4
I
=
Momen Inersia, m4
xiv
