A. Project Title
Analisis Kekuatan Prop Guard Drone Berbahan PET Plastic sebagai Simulasi Material PETG dengan Kerangka DAI5
B. Author Complete Name
Gregorius Tri Santoso
C. Affiliation
Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia
D. Abstract
Prop guard berfungsi melindungi propeller drone dari kerusakan akibat benturan atau kecelakaan. Dalam penelitian ini, dilakukan analisis kekuatan prop guard berbahan PET Plastic melalui simulasi statis berbasis Finite Element Analysis (FEA) menggunakan Autodesk Inventor. PET Plastic dipilih karena karakteristiknya mendekati PETG, material asli yang direncanakan. Analisis mengacu pada kerangka berpikir DAI5, menekankan kesadaran spiritual, niat yang terarah, pemahaman mendalam atas masalah, penyederhanaan realistik, hingga implementasi langkah sistematis. Hasil simulasi menunjukkan area kritis, distribusi tegangan, deformasi maksimum, serta faktor keamanan prop guard.
E. Author Declaration
Deep Awareness of ‘I’
Sebagai manusia ciptaan Tuhan, saya menyadari bahwa seluruh ilmu, akal, dan hasil karya ini adalah bagian dari amanah yang harus digunakan untuk tujuan kebaikan. Proyek analisis ini saya niatkan bukan sekadar memenuhi tuntutan akademik, melainkan sebagai bentuk rasa syukur atas keteraturan alam ciptaan-Nya. Dengan menjaga kesadaran ini, saya berkomitmen untuk menjalankan setiap tahap analisis dengan integritas, kejujuran intelektual, dan tanggung jawab moral.
Saya menyadari bahwa kemampuan menganalisis tegangan struktural dan memahami perilaku material hanyalah sebagian kecil dari upaya memahami kebesaran ciptaan-Nya, dan analisis ini adalah sarana untuk meningkatkan kesadaran spiritual melalui sains.
Intention of The Project Activity
Saya menetapkan niat untuk melakukan analisis ini demi memahami lebih dalam karakteristik kekuatan prop guard sebagai bagian dari upaya meningkatkan keselamatan operasional drone. Melalui penelitian ini, saya berharap dapat memberikan kontribusi terhadap pengembangan produk yang tidak hanya fungsional, tetapi juga aman dan andal.
Dalam kerangka kesadaran spiritual, saya meniatkan aktivitas ini agar dapat digunakan untuk kebaikan lebih luas: mencegah kerusakan, meningkatkan keselamatan, dan mendukung penggunaan teknologi dengan cara yang bertanggung jawab terhadap sesama manusia dan lingkungan.
F. Introduction
Drone semakin luas penggunaannya, mulai dari fotografi, pemetaan, hingga logistik. Prop guard berfungsi sebagai pelindung propeller, terutama dalam situasi kecelakaan atau benturan mendadak. Dengan adanya prop guard, potensi kerusakan pada propeller dan kerugian akibat kecelakaan dapat diminimalkan.
Namun, prop guard juga harus ringan agar tidak membebani drone dan cukup kuat untuk menahan gaya benturan. Oleh sebab itu, analisis kekuatan prop guard terhadap beban eksternal menjadi penting dalam proses desain.
Initial Thinking of The Problem
Problem Understanding
Drone, saat beroperasi, berisiko menabrak objek di sekitarnya. Propeller adalah komponen vital dan rentan. Prop guard bertugas menyerap energi benturan agar propeller tetap utuh.
Contextual Analysis
Material prop guard harus memiliki kekuatan tinggi dan fleksibilitas cukup untuk menghindari kegagalan rapuh (brittle failure). Pada simulasi ini, material PET Plastic digunakan karena keterbatasan pustaka material pada Autodesk Inventor.
Root Cause Analysis
Kegagalan utama yang harus dicegah adalah fraktur akibat tegangan berlebih saat terjadi benturan.
Relevance of Analysis
Analisis berbasis FEA memungkinkan prediksi titik-titik lemah, optimasi desain, dan penghematan biaya prototipe.
G. Methods & Procedures
Idealization
- Material Assumption: Material homogen, isotropik, elastis linier.
- Boundary Condition: Salah satu sisi prop guard difiksasi (fixed constraint), sisi lain dikenai gaya simulasi tabrakan.
- Load Case: Pembebanan 1000 N sesuai vektor gaya benturan standar ringan hingga sedang.
- Neglecting Dynamic Effects: Simulasi fokus pada respons statis.
Justification: Asumsi ini merujuk pada prinsip mekanika material elastik dan hukum Hooke. Untuk simulasi pertama, fokus pada kondisi steady-state relevan dan cukup akurat.
Instruction Set
- Membuat model 3D prop guard di Autodesk Inventor.
- Menentukan properti material PET Plastic.
- Menyiapkan mesh finite element dengan ukuran elemen 0,1.
- Memberikan fixed constraint pada permukaan dudukan prop guard.
- Menerapkan tiga gaya sebesar 1000 N dari tiga arah berbeda.
- Menjalankan simulasi dan mencatat:
- Von Mises Stress
- Principal Stresses
- Deformasi maksimum
- Faktor keamanan
- Mengevaluasi apakah stress melebihi yield strength material.
Diagram Illustrations:
- Boundary Condition: Salah satu ujung prop guard di-fix, menunjukkan bahwa gerakan translasi dan rotasi dikunci.
- Applied Loads: Tiga vektor gaya 1000 N diberikan dari arah X, Z, dan kombinasi X-Z, menggambarkan skenario benturan dari berbagai arah.
- Meshing: Mesh elemen tetrahedral dengan kepadatan lebih tinggi di area cekungan atau sambungan.
H. Results & Discussion
Interpretasi: Stress melebihi batas yield material secara signifikan, menunjukkan bahwa dalam kondisi benturan 1000 N, prop guard mengalami kegagalan plastis atau bahkan fraktur. Deformasi juga cukup besar.
Critical Reflection: Ini menunjukkan perlunya redesign, misal mempertebal bagian tertentu, mengganti material dengan modulus lebih tinggi, atau menambah struktur pengaku.
I. Conclusion, Closing Remarks, Recommendations
Conclusion
Simulasi menunjukkan bahwa prop guard dari PET Plastic pada konfigurasi desain ini tidak mampu menahan beban benturan 1000 N tanpa mengalami kerusakan signifikan. Diperlukan perbaikan desain atau penggantian material untuk memenuhi kriteria kekuatan.
Closing Remarks
Melalui proses ini, saya belajar bahwa analisis teknis adalah jalan untuk memahami keteraturan hukum fisika ciptaan Tuhan, dan melalui teknologi kita bisa berkontribusi dalam menciptakan alat yang lebih aman dan bermanfaat bagi masyarakat.
Recommendations
- Material Replacement: Gunakan material dengan yield strength lebih tinggi.
- Structural Reinforcement: Tambahkan pengaku atau perkuat desain existing.
- Dynamic Analysis: Simulasikan juga beban dinamis untuk hasil lebih realistis.
J. Acknowledgments
Saya mengucapkan terima kasih kepada:
- Dosen pengampu mata kuliah Metode Numerik.
- Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia.
- Pengembang Autodesk Inventor.
- Semua rekan diskusi dan sahabat yang membantu dalam proses belajar ini.
K. References
- Autodesk Inventor 2025 Stress Analysis Documentation.
- Beer, F.P., Johnston, E.R., Mechanics of Materials, McGraw-Hill.
- Gere, J.M., Timoshenko, S.P., Mechanics of Materials.
L. Appendix:
- Stress Analysis Report Propguard (Autodesk Inventor Output File)
