Simulasi Mekanisme Penguatan Ketangguhan Sambungan Struktur Metamaterial Dengan Variasi Bentuk Interlock Menggunakan Metode Elemen Hingga (FEM): Beban Tarik Dan Tekan

Pratama, Rafa Danu (2026) Simulasi Mekanisme Penguatan Ketangguhan Sambungan Struktur Metamaterial Dengan Variasi Bentuk Interlock Menggunakan Metode Elemen Hingga (FEM): Beban Tarik Dan Tekan. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5011221155-Undergraduate Thesis (Final).pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Sayap depan (elytra) pada kumbang banteng menunjukkan mekanisme interlocking yang berfungsi sebagai sistem pertahanan struktural dengan ketahanan luar biasa terhadap beban tekan dan impak, hingga mencapai 39.000 kali berat tubuhnya. Fenomena biomimetik ini mendorong pengembangan struktur metamaterial berbasis interlocking sebagai alternatif solusi pada permasalahan penyambungan material heterogen, seperti polimer dan logam, yang pada metode konvensional sering mengalami konsentrasi tegangan, degradasi material, dan kegagalan getas dini. Penelitian ini bertujuan mengevaluasi respons mekanik struktur interlocking biomimetik melalui simulasi numerik berbasis Metode Elemen Hingga (FEM) menggunakan perangkat lunak ANSYS. Tiga variasi geometri, yaitu elytra, trapesium, dan bentuk T, dimodelkan dengan variasi jumlah blade. Parameter yang dianalisis meliputi total deformation, von Mises strain, von Mises stress, dan strain energy pada kondisi pembebanan tarik dan tekan. Selain itu, spesimen geometri terpilih diproduksi menggunakan teknologi additive manufacturing berbasis material ABS dan diuji tarik untuk validasi eksperimental. Hasil simulasi menunjukkan bahwa variasi geometri dan jumlah blade berpengaruh signifikan terhadap respons mekanik struktur. Pada pembebanan tarik, geometri elytra dengan satu blade menunjukkan kinerja optimal dalam penyerapan energi elastis, ditunjukkan oleh deformasi sebesar 0,29976 mm dan strain energy 24,306 mJ, dengan tegangan maksimum tetap berada di bawah batas luluh material. Pada pembebanan tekan, konfigurasi yang sama menunjukkan deformasi global yang rendah dan respons struktural yang stabil. Hasil uji tarik spesimen 3D print Elytra 1 menghasilkan tegangan maksimum pada kisaran 4,53–5,83 MPa dengan deformasi yang terkonsentrasi pada area interlocking, sejalan dengan mekanisme deformasi yang diprediksi secara numerik. Secara keseluruhan, struktur interlocking biomimetik berbasis elytra berpotensi dikembangkan sebagai sambungan struktural yang tangguh, adaptif, dan toleran terhadap kerusakan untuk aplikasi sambungan kompositt berkinerja tinggi
=================================================================================================================================
The forewings (elytra) of the diabolical ironclad beetle exhibit an interlocking mechanism that functions as a highly efficient structural defense system, capable of withstanding compressive and impact loads up to 39,000 times the beetle’s body weight. This exceptional biomimetic feature provides strong motivation for the development of interlocking-based metamaterial structures as an alternative solution to the challenges associated with joining heterogeneous materials, such as polymers and metals, where conventional techniques frequently induce stress concentration, material degradation, and premature brittle failure. This study investigates the mechanical response of biomimetic interlocking structures through finite element method (FEM) simulations conducted using ANSYS. Three geometric configurations—elytra, trapezoidal, and T-shaped—were modeled with varying numbers of blades. The evaluated mechanical parameters include total deformation, von Mises strain, von Mises stress, and strain energy under tensile and compressive loading conditions. In addition to numerical analysis, selected geometries were fabricated using ABS-based additive manufacturing and subjected to tensile testing for experimental validation. Simulation results demonstrate that both geometry and blade number significantly influence structural performance. Under tensile loading, the single-blade elytra configuration exhibits the most effective elastic energy absorption, characterized by a deformation of 0.29976 mm and a strain energy of 24.306 mJ, while maintaining stresses below the material yield limit. Under compressive loading, the same configuration shows low global deformation and stable structural behavior. Experimental tensile tests on 3D-printed Elytra 1 specimens yield maximum stresses in the range of 4.53–5.83 MPa, with deformation localized at the interlocking region, consistent with the deformation mechanisms predicted numerically. Overall, elytra-inspired biomimetic interlocking structures show strong potential for the development of tough, damage-tolerant, and high-performance composite joints

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Kumbang Banteng Metamaterial, Penguatan Ketangguhan, Mekanisme Interlocking, Additive Manufacturing.
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ230 Machine design T Technology > TS Manufactures T Technology > TS Manufactures > TS174 Maintainability (Engineering) . Reliability (Engineering)
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Material & Metallurgical Engineering > 28201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Rafa Danu Pratama
Date Deposited:	29 Jan 2026 02:45
Last Modified:	29 Jan 2026 02:45
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/130816

Actions (login required)

View Item