Analisa Struktur Kerucut Lalu Lintas Polymericfoam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan MSC-Nastran

(1)

ANALISA STRUKTUR KERUCUT LALU LINTAS

POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN

KOSONG KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN

MSC.NASTRAN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD FAHRUL ROZI NIM. 060401007

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah “Analisa Struktur Kerucut Lalu Lintas Polymericfoam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan MSC-Nastran”.

Selama penulisaan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Kedua Orang tua saya yang telah memberikan segala dukungan moril dan

materil, juga kepada ketiga adik saya yang telah memberi semangat untuk dapat menyelesaikan tulisan ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME. selaku dosen pembimbing

yang telah banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga hingga Skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Ir. Alfian Hamsi,M.Sc dan Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri

sebagai dosen pembanding yang telah memberikan bimbingan dan nasehat sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.

4. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin, ST.

MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin.

5. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin.

6. Bapak Siswo Pranoto selaku mahasiswa S2 yang menjadi partner saya

dalam menjalankan penelitian skripsi ini.

7. Bapak Zulfikar dan bapak Muftil Badri selaku mahasiswa S2 yang

membantu dalam penelitian ini.

8. Seluruh Asisten Laboratorium pada Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara khususnya kepada asisten laboratorium gambar yaitu zul, alfian dan wendy.

9. Teman-teman mahasiswa Mesin USU khususnya untuk stambuk 2006

yaitu Fahri, Fahrul, Danu, Jo, Ade, Jamil, Wendy, Fajar, Fian, Fachriza, Arif, Munte, Boy, Iwan Furqan, Apat dan semuanya.

Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa lain.

(10)

ABSTRAK

Marka jalan adalah alat yang sangat dibutuhkan dalam pengaturan jalan raya. Banyak kerucut lalu lintas yang dipakai mempunyai ketahanan yang kurang. Pada penelitian ini, marka jalan yang diteliti adalah marka jalan yang terbuat dari polymericfoam yang diperkuat tandan kosong kelapa sawit. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis struktur kerucut jalan yang dikenai beban impak dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu: Pengujian impak dengan metode uji bandul, melakukan permodelan dengan software AutoCad 2002 dan simulasi dengan metode elemen hingga menggunakan software Msc. Nastran 4.5. Setelah melakukan pengamatan di beberapa lokasi pada pengimpakan 550 mm dari base tegangan terbesar terjadi pada arah y sekitar -8,382 MPa tepatnya dititik 1, pada pengimpakan 420 mm dari base kerucut tegangan terbesar terjadi pada arah y sekitar -9,975MPa tepatnya dititik 2, pada pengimpakan 290 mm dari base tegangan terbesar terjadi pada arah y sekitar -15,61 MPa tepatnya dititik 3, dan pada pengimpakan 160 mm dari base tegangan terbesar terjadi pada arah z sekitar -2,293 MPa tepatnya dititik 4 sehingga disimpulkan bahwa titik 3 yaitu berada 290 dari base berpotensial mengalami kerusakan struktur terbesar akibat pengimpakan pada lokasi yang sama berulang.

Kata kunci : Marka kerucut, struktur, stabilitas, teknik uji bandul, Msc. Nastran 4.5.

(11)

DAFTAR ISI

Halaman LEMBAR PENGESAHAN DARI PEMBIMBING

SPESIFIKASI TUGAS SPESIFIKASI TUGAS

LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI

KATA PENGANTAR i

ABSTRAK ii

DAFTAR ISI iii

DAFTAR TABEL v

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR NOTASI ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Tujuan Penelitian 2

1.4 Manfaat Penelitian 2

1.5 Sistematika Penulisan 2

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4

2.1 Tinjauan Umum 4

2.2 Teori ayunan bola bandul 7

2.3 Impuls dan Momentum 8

2.3.1. Impuls 8

2.3.2. Momentum 9

2.4 Kesetimbangan 10

2.5 MSC/Nastran 13

2.6 Kerangka Konsep Penelitian 15

BAB 3 METODE PENELITIAN 16

3.1 Tempat dan waktu 16

(12)

3.1.2 Waktu 16

3.2 Pengujian Impak menggunakan teknik uji bandul 16

3.3 Penentuan sifat fisik dan mekanik dari material polymericfoam22

3.4 Prosedur simulasi 22

3.4.1. Permodelan Marka Kerucut Polymericfoam 22

3.4.2. Proses import ke Msc Nastran 24

3.4.3. Mendefenisikan Material Properties 25

3.4.4. Mendefinisikan Element/Property Type 26

3.4.5. Proses Meshing 26

3.4.6. Penerapan Constraint 27

3.4.7. Penerapan Load 28

3.4.8. Function Definition 28

3.4.9. Proses Analyzing 29

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 32

4.1 Teknik uji bandul pada marka kerucut polymericfoam 32

4.2 Analisa stabilitas marka kerucut Polymericfoam dan perbandingan

dengan marka kerucut re-desain. 36

4.3 Simulasi marka kerucut polymericfoam 37

4.3.1 Impak pada 550 mm dari base marka kerucut 40

4.3.2 Impak pada 420 mm dari base marka kerucut 54

4.3.3 Impak pada 290 mm dari base marka kerucut 59

4.3.4 Impak pada 160 mm dari base marka kerucut 65

4.4 Perbandingan Tegangan Terbesar Marka Kerucut Polymericfoam Dan Marka Kerucut Re-desain Menggunakan Msc.

Nastran 4.5. 71

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 74

5.1 Kesimpulan 74

5.2 Saran 74

DAFTAR PUSTAKA 76

(13)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1. Karakteristik Mekanik Poliester Resin Tak Jenuh

Tabel 3.1 Hasil Uji Bandul 21

Tabel 3.2. Sifat Fisis dan Mekanis Material Polymericfoam. 22

Tabel 4.1. Perbandingan hasil energi impak marka jalan

polymericfoam dan marka jalan re-desain

Tabel 4.2. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 550 mm dari base 53

Tabel 4.3. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 420 mm dari base. 59

Tabel 4.4. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 290 mm dari base 65

Tabel 4.5. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 160 mm dari base 71

Tabel 4.6. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 550 mm dari base 71

Tabel 4.7. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 420 mm dari base 72

Tabel 4.8. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 290 mm dari base 72

Tabel 4.9. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 160 mm dari base 73

(14)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Klasifikasi / Skema Struktur Komposit 4

Gambar 2.2 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit 4

Gambar 2.3. Jenis Material Berongga 5

Gambar 2.4. Prinsip ayunan bola bandul 7

Gambar 2.5. Grafik Gaya vs Waktu 9

Gambar 2.6. Contoh dari kesimbangan stabil 11

Gambar 2.7. Contoh dari kesimbangan labil 12

Gambar 2.8. Contoh dari keseimbangan netral 12

Gambar 2.9. Kerangka Konsep Penelitian 15

Gambar 3.1 Ayunan bandul 17

Gambar 3.2 Guiden 18

Gambar 3.3. Meteran 18

Gambar 3.4. Marka jalan polymericfoam 19

Gambar 3.5. Ukuran marka kerucut polymericfoam 19

Gambar 3.6. Posisi marka kerucut polymericfoam ketika

dikenai beban impak 20

Gambar 3.7. Skema posisi marka kerucut polymericfoam

di tengah bola semen 20

Gambar 3.8. Prinsip teknik uji bandul. 21

Gambar 3.9. Diagram Alir Permodelan Dengan Autocad 2002 23

Gambar 3.10. Tampilan pembuka Msc. Nastran 4.5 24

Gambar 3.11. Tampilan proses import. 25

Gambar 3.12. Tampilan material properties. 25

Gambar 3.13. Tampilan element type. 26

Gambar 3.14. Tampilan penerapan meshing 27

Gambar 3.15. Tampilan constraint 27

Gambar 3.16. Tampilan penerapan load. 28

Gambar 3.17. Kotak dialog model fungsi. 28

Gambar 3.18. Tampilan analyze. 29

Gambar 3.19. Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 4.5 30

Gambar 3.20. Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 4.5 (Lanjutan) 31

Gambar 4.1. Pengujian Teknik Uji Bandul. 32

Gambar 4.2. Titik impak yang akan di uji coba. 34

Gambar 4.3. Prinsip uji impak. 36

Gambar 4.4. Ukuran marka kerucut polymericfoam 37

Gambar 4.5. Marka kerucut polymericfoam 38

Gambar 4.6. Lokasi impak pada marka kerucut. 40

Gambar 4.7. Model marka kerucut di Nastran Setelah

di import dari AutoCAD. 41

Gambar 4.8. Kotak dialog jenis material. 41

Gambar 4.9. Kotak dialog material dan sifat mekaniknya 42

Gambar 4.10. Kotak dialog mesh. 42

Gambar 4.11. Marka kerucut yang sudah di mesh. 43

(15)

Gambar 4.13. Kotak dialog beban dinamis. 46

Gambar 4.14. Kotak dialog model fungsi. 47

Gambar 4.15. Kurva Tegangan Insiden vs Waktu Impak. 47

Gambar 4.16. Nastran analysis control. 48

Gambar 4.17. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress. 48

Gambar 4.18. Distribusi Tegangan Normal Arah-X. 49

Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Normal Arah-Y. 50

Gambar 4.20. Distribusi Tegangan Normal Arah-Z. 50

Gambar 4.21. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 51

Gambar 4.22. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 47

Gambar 4.23. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 52

Gambar 4.24. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 53

Gambar 4.25. Distribusi tegangan Solid VonMises stress. 54

Gambar 4.26. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X. 55

Gambar 4.27. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y. 55

Gambar 4.28. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z. 56

Gambar 4.29. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 57

Gambar 4.30. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 57

Gambar 4.31. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1 titik 2,

titik 3,dan titik 4. 58

Gambar 4.32. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 58

Gambar 4.33. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress 60

Gambar 4.34. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X. 60

Gambar 4.35. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y 61

Gambar 4.36. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z 62

Gambar 4.37. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 63

Gambar 4.38. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 63

Gambar 4.39. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 64

Gambar 4.40. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 65

Gambar 4.41. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress 66

Gambar 4.42. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-X 66

Gambar 4.43. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Y 67

Gambar 4.44. Distribusi Tegangan Normal Sumbu-Z 68

Gambar 4.45. Grafik Solid Von Mises Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 69

Gambar 4.46. Grafik Solid-X Normal Stress pada titik 1,titik 2,

(16)

Gambar 4.47. Grafik Solid-Y Normal Stress pada titik 1,titik 2,

titik 3,dan titik 4. 70

Gambar 4.48. Grafik Solid-Z Normal Stress pada titik 1,titik 2,

(17)

DAFTAR NOTASI

Simbol Arti Satuan

A = Luas permukaan mm2

D = Diameter mm

E = Young’s Modulus Pa

F = Gaya N

I = Impuls N.s

K = energy kinetic joule

L = Tinggi mm

M = Massa kg

υ = Poisson’s ratio

ρ = Massa jenis kg/mm3

σ = Tegangan MPa

θo = Sudut 0

g = Gravitasi m/s2

v = Kecepatan m/s

C0 = Kecepatan penjalaran tegangan m/s

t = waktu s

P = momentum N.s

(18)

ABSTRAK

Kata kunci : Marka kerucut, struktur, stabilitas, teknik uji bandul, Msc. Nastran 4.5.

(19)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada abad ke 21 ini, kebutuhan akan trasportasi dalam suatu masyarakat meningkat. Untuk itu diperlukan alat-alat angkut, dan pergerakan alat-alat angkut tersebut secara keseluruhan menimbulkan lalu lintas. Tingkat kebutuhan akan angkutan menunjukan aktifitas masyarakat. Dengan demikian perkembangan lalu lintas mengikuti perkembangan masyarakat yang bersangkutan.

Pertumbuhan volume lalu lintas yang cepat menyebabkan jalan-jalan menjadi macet dan angka rata-rata kecelakaan di kota menjadi tinggi. Untuk mengantisipasi kemacetan dan kecelakaan yang terjadi diperlukan marka kerucut. Marka kerucut yang sering dijumpai adalah marka kerucut polyvinylchloride.

Seiring dengan itu perkembangan pabrik menghasilkan limbah, sebagai contoh pabrik kelapa sawit yang menghasilkan limbah padat berupa tandan kosong kelapa sawit Hal ini menjadi alasan menarik bagi penulis dalam melakukan riset suatu marka kerucut (traffic cone) yang terbuat dari

polymericfoam yang diperkuat dari tandan kosong kelapa sawit.

Fungsi dari marka kerucut itu sendiri adalah sebagai marka jalan yang dirancang sebagai usaha penertiban lalu lintas. Sebagai marka jalan yang tidak permanen, marka kerucut harus bisa dipindah-pindahkan dengan mudah dengan tetap mempertimbangkan berat total dari suatu marka kerucut.

Marka kerucut yang biasa digunakan di jalan raya menggunakan material polimer Polypropylene dan polimer polyvinylchloride. Pada penelitian ini marka kerucut yang digunakan mengunakan material polimer polymeric foam dicamur dengan serat tandan kosong kelapa sawit.

Pada penelitian ini terdapat persamaan dan perbedaan dari marka kerucut yang dijual di pasaran. Persamaanya yaitu pada kerucut ini memiliki berat yang hampir sama dengan marka kerucut yang ada di jual secara komersial. Marka kerucut ini dicetak seperti marka kerucut yang ada di pasaran. Sedangkan

(20)

perbedaannya yaitu kerucut yang akan di cetak ulang memiliki bahan dasar

polymericfoam dan serat tandan kosong kelapa sawit.

1.2. Perumusan Masalah

Kekuatan struktur yang masih rendah dari suatu marka kerucut menjadi alasan menarik dan perlu diteliti oleh peneliti. Permasalahan yang ingin diteliti adalah mengetahui stabilitas dari marka kerucut polymericfoam yang menggunakan uji bandul. Dengan dilandasi pada latar belakang diatas peneliti memandang perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengetahui respon pada marka kerucut polymericfoam terhadap beban impak dengan menggunakan simulasi Msc. Nastran.

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian ini mencakup dua tujuan yaitu tujuan umum dan tujuan khusus. 1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisa struktur marka kerucut yang terbuat dari polymericfoam dan serat tandan kosong kelapa sawit yang dilakukan dengan uji bandul dan impak.

1.3.2.Tujuan Khusus

1. Membandingkan stabilitas marka kerucut polymericfoam dan marka

kerucut re-desain.

2. Mengetahui distribusi tegangan secara menyeluruh pada kerucut jalan

dengan menggunakan software Msc Nastran 4.5.

3. Membandingkan distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut

polymericfoam dan re-desain menggunakan software Msc Nastran 4.5.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana stabilitas sebuah marka kerucut yang menggunakan bahan polymericfoam dan serat tandan kosong kelapa sawit. Dengan demikian diperoleh data marka kerucut yang telah di desain ulang. Selain itu penelitian ini juga diharapkan bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan industri maupun instansi pemerintah, juga kepada para

(21)

peneliti-peneliti lain dalam mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama di bidang material dan kekuatan bahan.

1.5. Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini terbagi dua tahap yaitu penganalisaan dengan hasil uji dan penganalisaan secara simulasi.

Kemudian hasil akan disajikan kedalam tulisan yang terdiri dari 5 bab.

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai Tugas Akhir yang meliputi, pembahasan tentang latar belakang, batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan.

BAB 3 : METODOLOGI PENELITIAN

Berisikan metode dari uji bandul. Berisi juga spesifikasi marka jalan yang dijadikan studi kasus dan juga mengenai langkah permodelan dari kerucut jalan dengan menggunakan software autocad 2002 serta pembuatan simulasi dengan menggunakan MscNastran 4.5 for windows.

BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisikan penyajian hasil yang diperoleh dari uji badul dan uji simulasi.

BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN

Berisikan jawaban dari tujuan dari penelitian. DAFTAR PUSTAKA

(22)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Umum

Bahan komposit merupakan bahan teknologi yang mempunyai potensi yang tinggi. Komposit dapat memberikan gabungan sifat-sifat yang berbeda - beda pada penggunaan yang tidak akan diperoleh melalui penggunaan logam, polimer dan seramiks ,khususnya tentang sifat kekuatan spesifik serta kekakuan spesifik .

Gambar 2.1. Klasifikasi / Skema Struktur Komposit (Calliester, 1994) Secara umum bahan komposit terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1) matriks yang mengisolasi fasa, dan (2) penguat (reinforcement) atau fasa sebaran.

Gambar 2.2 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit

Foam didefenisikan sebagai penyebaran gelembung gelembung gas yang

terjadi pada material cair dan padat. Foam berkembang menjadi rongga rongga mikro yang memiliki diameter 10µ m. Foam yang tersebar dalam polymer dapat

mencapai 108/cm3 (Kumar,2005).

Matriks Penguat Komposit

Composite

Fiber - Reinforced Particle -

Reinforced

Structural

Continous (Aligned)

Disontinous (Short) Large -

Particle

Disper sion-Streng thened

Laminates Sanwidch

Panel

(23)

Pada saat ini, perkembangan penelitian ini telah menghasilkan karakteristik fisik dan mekanik material foam (Klemper dan Sendijarevic,2004). Karakteristik fisik tersebut meliputi factor geometri, separti ukuran rongga dan ketebalan dinding rongga. Selain karakteristik fisik juga terdapat karakteristik mekanik. Karakteristik mekanik terdiri atas densitas dan modulus elastisitas.

Material foam memiliki susunan rongga yang bervariasi. Susunan rongga tersebut dapat diketahui melalui pengamatan strutur mikro material foam. Susunan rongga dibagi atas dua jenis, yaitu susunan rongga terbuka (open cell) dan tertutup (closed cell). Pada material foam dengan susunan rongga terbuka terdapat pemutusan dinding rongga yang fleksibel. Material foam dengan susunan rongga tertutup tidak terdapat pemutusan dinding rongga dan bersifat kaku. Perbedaan kedua jenis ini susunan rongga tersebut ditunjukan oleh gambar.

a.rongga terbuka b.rongga tertutup

Gambar 2.3 Jenis Material Berongga

Rongga rongga pada polimer terbentuk akibat adanya campuran fase padat dan gas. Dua fase tersebut terjadi dengan cepat dan membentuk permuakaan material yang berongga. Foam yang dihasilkan dari polimer merupakan gelembung udara atau rongga udara yang bergabung di dalam polimer tersebut.

Gas yang digunakan untuk membentuk foam disebut blowing agent. Pemberian blowing agent dilakukan secara kimia dan fisika. Blowing agent secara kimia menimbulkan dekomposisi unsur unsur material dalam suatu reaksi kimia.

Blowing agent secara fisika terjadi akibat adanya gas yang diberikan pada

(24)

Polymericfoam yang flexible dihasilkan dari reaksi polyuretene.

Polyuretene dalam pembentukan polymericfoam juga berfungsi sebagai blowing

agent. Proses pembentukan rongga dari hasil reaksi polyuretene flexible berlangsung relative cepat. Pada saat reaksi pembentukan polyuretene terjadi

pengeluaran panas (eksoterm) dengan kenaikan temperature mencapai 75-1600C.

Peningkatan volume polyuretene sekitar 20- 50 kali volume mula mula.

Sifat – sifat dari komposit sangat tergantung kepada sifat – sifat dari fasa – fasa pembentuknya, jumlah relative masing – masing fasa, bentuk dari fasa, ukuran fasa dan distribusi ukuran dari fasa – fasa dan sebarannya. Bila komposit tersusun dari dua material yaitu : (1) M Sebagai Matriks dan (2) P sebagai penguat maka secara teoritis sifat – sifat hasil pencampuran kedua material tersebut memiliki sifat diantara sifat dari masing – masing material yang bercampur.

Matriks berfungsi sebagai pelindung dan pengikat fasa pengikat. Biasanya matriks mempunyai kerapatan / densitas , kekukuhan dan kekuatan yang jauh lebih rendah daripada serat. Namun gabungan matriks dengan serat bisa mempunyai kekuatan dan ketegaran yang tinggi, tetapi masih mempunyai kerapatan yang rendah. Matriks jenis ini tergolong polimer thermoset, dan memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki bahan ini ialah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan yang lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan. Data mekanik bahan matriks diperlihatkan pada table 2.1

Tabel 2.1. Karakteristik Mekanik Poliester Resin Tak Jenuh.

Sifat Mekanik Satuan Besaran

Berat jenis (ρ) Mg.m-3 1,2 s/d 1,5

Modulus Young (E) GPa 2 s/d 4,5

(25)

Seperti telah disebutkan sebelumnya, bahwa penguat komposit yang digunakan ialah dari bahan TKKS yang kemudian dibentuk menjadi ukuran halus dan dicampurkan dalam matriks. Berdasarkan Penelitian Subiyanto B,dkk : tiap kandungan serat TKKS secara fisik mengandung bahan-bahan serat seperti lignin (16,19%), selulosa(44,14%) dan hemiselulosa (19,28%) yang mirip dengan bahan kimia penyusun kayu. Ukuran serat TKKS yang belum dicacah adalah 13-18 cm dan serat ini dihaluskan lagi hingga mencapai ukuran 0,1 -0,8 mm.

2.2. Teori Ayunan bola bandul

Dengan pendekatan empiris dengan asumsi sebuah bandul, dengan massa m diikiatkan pada sebuah tali dengan panjang L. Kemudian masssa ini ditarik

kesamping sehingga tali membentuk sudut θ0 dengan sudut vertikal dan dilepas

dari keadaan diam.

Gambar 2.4. Prinsip ayunan bola bandul.

Kedua gaya yang bekerja pada beban (dengan mengabaikan hambatan udara) adalah gaya gravitasi mg, yang bersifat konservatif, dan tegangan T, yang tegak lurus terhadap gerakan dan karena itu tidak melakukan kerja. Oleh karena itu, dalam persoalan ini energi mekanik sistem beban-bumi adalah kekal.

Kita pilih energi potensial gravitasi bernilai nol didasar ayunan. Semula beban berada pada ketinggian h didasar ayunan dan diam. Energi kinetiknya

(26)

bernilai nol dan energi potensial sistem bernilai mgh. Jadi energi total awal dari sistem adalah :

Ei= Ki + Ui = 0 + mgh (2.1)

Dimana:

Ei = energy total awal system

Ki = energy kinetic awal

Ui = energy potensial awal

Ketika bandul berayun turun, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Maka energi akhir dari dasar ayunan menjadi :

Ef= Kf + Uf = ½ mv2 + 0 = ½ mv2 (2.2)

Dimana :

Ef = energy total akhir system

Kf = energy kinetic akhir

Uf = energy potensial akhir

Selanjutnya kekekalan energi memberikan :

Ef =Ei

mgh mv2 =

2 1

(2.3)

Untuk mendapatkan kelajuan yang dinyatakan dalam sudut awal θ0, harus

dihubungkan h dengan θ0. Jarak h berhubungan dengan θ0 dan panjang bandul L

melalui :

) cos 1 (

cosθ₀ = − θ₀

−

=L L L

h _(2.4)

Sehingga kelajuan didasar bandul didapat dari : ) cos 1 ( 2 2 ₀

2 = = − θ

gL gh

v _(2.5)

2.3. Impuls dan Momentum 2.3.1 Impuls

Impuls didefinisikan sebagai gaya yang bekerja dalam waktu singkat.

Secara matematis ditulis : I = F.Δt = F (t2-t1) _(2.6)

Dimana : I = Impuls (Ns) F = Gaya (N)

(27)

p I =∆

− =

= =

1 2 m.v

v . m I Δv . m Δt . F Δt Δv . m F

Δt = selang waktu (s)

Ketika terjadi tumbukan, gaya biasanya melonjak dari nol pada saat kontak menjadi nilai yang sangat besar dalam waktu yang sangat singkat, dan kemudian

dengan drastis kembali ke nol lagi. Selang waktu Δt biasanya cukup nyata dan

sangat singkat.

Gambar 2.5. Grafik Gaya vs Waktu 2.3.2 Momentum

Momentum adalah ukuran kecenderungan benda untuk terus bergerak. Momentum merupakan ukuran mudah atau sukarnya suatu benda mengubah keadaan geraknya (mengubah kecepatannya, diperlambat atau dipercepat)

Secara matematis ditulis :

P = m.v (2.7)

Dimana : P = Momentum benda (kgms-1)

m = massa benda yang bergerak (kg)

v = kelajuan benda ( ms-1)

Sesuai dengan Hukum II Newton :

1 2 1 2 . m F a . m F t t v v − − = = (2.8)

(28)

Sehingga Impuls merupakan perubahan momentum.

2.4 Kesetimbangan

Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.

Ditinjau dari keadaannya, kesetimbangan terbagi dua, yaitu: 1. Kesetimbangan Translasi (a = 0)

v = 0 (statis) ; v = konstan (dinamis)

Untuk setiap bidang acuan,disini perlu bahwa jumlah vektor dari gaya gaya yang bekerja adalah nol.

∑_{F = 0} _(2.9)

∑ Fx = 0 ; ∑_{Fy = 0} _(2.10)

Persamaan persamaan ini adalah persamaan persamaan Newton untuk kasus khusus benda dalam keadaan diam,atau bergerak dengan suatu kecepatan konstan yang membatasi keseimbangan. Komponen komponen gaya yang saling tegak lurus dalam arah arah x dan y dipandang telah menggantikan gaya gaya resultan.

2. Kesetimbangan Rotasi (alpha = 0) w = 0 (statis) ; w = konstan (dinamis)

∑ τ = 0 → pilih pada suatu titik dimana gaya-gaya yang bekerja terbanyak

∑ WR cos θ = 0 (keseimbangan gaya gaya horizontal)

∑ WR sin θ = 0 (keseimbangan gaya gaya vertikal)

Keterangan :

W = Gaya berat (N)

R = jari jari (m)

θ = simpangan sudut (0)

Macam Kesetimbangan Statis :

1. Kesetimbangan Stabil : setelah gangguan (dikenakan gaya), benda berada

pada posisi semula.

Contoh :Mula-mula benda berada dalam keseimbangan statis / benda diam (gambar 2.5). Seperti yang tampak pada gambar 2.5, jumlah gaya total yang bekerja pada benda = 0. Pada benda hanya bekerja gaya berat (w)

(29)

dan gaya normal (N), di mana besar gaya normal = besar gaya berat. Karena arahnya berlawanan, maka kedua gaya ini saling melenyapkan.

Gambar 2.6. Contoh dari keseimbangan stabil

∑ Fx = 0

Pada arah x tidak ada gaya yang bekerja sehingga tidak ada pengaruh terhadap gaya pada arah x.

∑ Fy = 0

Pada arah y terdapat dua gaya yaitu gaya normal dan gaya berat dari benda tersebut dan dapat dikembangkan menjadi:

N – W = 0 N = W N= m.g

Pada gambar nomor 1 saat N = W maka benda tersebut berada dalam keadaan stabil. Ketika pada gambar 2 dan gambar 3 titik tumpuh menjadi berbeda sehingga gaya normal dan gaya berat menjadi berbeda. Pada saat perbedaan ini tidak telalu besar maka benda akan kembali pada posisi seperti gambar 1 dan apabila perbedaan ini terlalu besar benda akan menggelinding dan merubah titik tumpuhnya.

2. Kesetimbangan Labil : setelah gangguan, benda tidak kembali ke posisi

(30)

Contoh : Sebuah bola, mula-mula sedang diam di atas pantat wajan yang dibalik (gambar 2.6). Setelah ditiup angin, bola bergerak ke kanan . Amati gaya-gaya yang bekerja pada bola tersebut. Komponen gaya berat yang

tegak lurus permukaan wajan (w cos θ) dan gaya normal (N) saling

melenyapkan karena kedua gaya ini mempunyai besar yang sama tapi arahnya berlawanan. Pada bola bekerja juga komponen gaya berat yang

sejajar permukaan wajan (w sin θ). w sin θ merupakan gaya total yang

menyebabkan bola terus berguling ria ke bawah menjahui posisinya semula.

Gambar 2.7. Contoh dari keseimbangan labil

∑ Fy = 0

N – W cos θ = 0

N = W cos θ

Pada saat bola menggelinding maka berlaku N= W cos θ . Bola akan terus

menggelinding sampai permukaan benda menjadi datar.

3. Kesetimbangan Indiferen (netral) : setelah gangguan, titik berat tetap benda tetap pada satu garis lurus seperti semula.

Contoh : Bola berada di atas permukaan horisontal (bidang datar). Jika bola didorong, bola akan bergerak. Setelah bergerak, bola tetap diam di posisinya yang baru. Dengan kata lain, bola sudah malas balik ke

(31)

posisinya semula; bola juga malas bergerak lebih jauh lagi dari posisinya semula.

Gambar 2.8. Contoh dari keseimbangan netral 2.5. MSC/NASTRAN 4.5

Metode Elemen Hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur diselesaikan dengan bantuan NASTRAN, suatu paket program yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space

Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalah program

analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan MSC/NASTRAN, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided

Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan MSC/NASTRAN.

Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual sampai

automatis. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN’s libraries. Demikian juga banyak tipe kondisi batas dan kondisi pembebanan dapat diterapkan.

Analisa tegangan dengan metode elemen hingga dapat memecahkan beberapa kasus banyak menggunakan pendekatan prosedur dua dimensi. Prosedur dua dimensi digunakan karena praktis lebih mendekati, dan modelnya lebih sederhana. Pada kasus yang sebenarnya analisa tiga dimensi yang banyak digunakan karena analisa tegangan tiga dimensi dengan metode elemen hingga mendekati masalah yang sebenarnya.

Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan

(32)

dengan mendiskretisasi persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemahan utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat susah dipenuhi. Kelemahan yang lain adalah akurasi hasil perhitungan yang relatif rendah. Kajian elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya.

Mesh dapat dibuat dengan berbagai metode yaitu Generate Between,

Generate Region, On Geometry, Boundary Mesh, dan Transition. Material dan

sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN libraries. MSC/NASTRAN juga dapat menampilkan secara grafik setiap langkah proses

(33)

2.6. Kerangka Konsep Penelitian 2.7

Gambar 2.9. Kerangka Konsep Penelitian Permasalahan:

Stabilitas marka kerucut masih rendah.

Melakukan pengujian stabilitas marka kerucut polymericfoam menggunakan teknik uji bandul.

Beban impak yang diperoleh dengan menggunakan teknik uji bandul dengan variasi jarak l0 dan x0.

Peneliti melihat, membandingkan dan menghitung hasil akhir.

Variabel yang dibutuhkan :

1. ∆h dengan variasi jarak l0 dan

x0.

2. ∆Ep dengan variasi jarak l0

dan x0.

Hasilnya :

a. Mengetahui stabilitas kerucut

polymericfoam yang dikenai

beban impak dengan metode uji bandul.

b. Mendapatkan energi impak untuk

menjatuhkan marka kerucut

c. Mengetahui distribusi tegangan

yang terjadi pada marka kerucut dengan menggunakan software MSc. NASTRAN 4.5.

(34)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Umum

Gambar 2.2 Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit

Foam didefenisikan sebagai penyebaran gelembung gelembung gas yang

terjadi pada material cair dan padat. Foam berkembang menjadi rongga rongga mikro yang memiliki diameter 10µ m. Foam yang tersebar dalam polymer dapat

mencapai 108/cm3 (Kumar,2005).

Matriks Penguat Komposit

Composite

Fiber - Reinforced Particle -

Reinforced

Structural

Continous (Aligned)

Disontinous (Short) Large -

Particle

Disper sion-Streng thened

Laminates Sanwidch

Panel

(35)

a.rongga terbuka b.rongga tertutup

Gambar 2.3 Jenis Material Berongga

Blowing agent secara fisika terjadi akibat adanya gas yang diberikan pada

(36)

Polymericfoam yang flexible dihasilkan dari reaksi polyuretene.

Polyuretene dalam pembentukan polymericfoam juga berfungsi sebagai blowing

agent. Proses pembentukan rongga dari hasil reaksi polyuretene flexible berlangsung relative cepat. Pada saat reaksi pembentukan polyuretene terjadi

pengeluaran panas (eksoterm) dengan kenaikan temperature mencapai 75-1600C.

Peningkatan volume polyuretene sekitar 20- 50 kali volume mula mula.

Tabel 2.1. Karakteristik Mekanik Poliester Resin Tak Jenuh.

Sifat Mekanik Satuan Besaran

Berat jenis (ρ) Mg.m-3 1,2 s/d 1,5

Modulus Young (E) GPa 2 s/d 4,5

(37)

2.2. Teori Ayunan bola bandul

Dengan pendekatan empiris dengan asumsi sebuah bandul, dengan massa m diikiatkan pada sebuah tali dengan panjang L. Kemudian masssa ini ditarik

kesamping sehingga tali membentuk sudut θ0 dengan sudut vertikal dan dilepas

dari keadaan diam.

Gambar 2.4. Prinsip ayunan bola bandul.

Kita pilih energi potensial gravitasi bernilai nol didasar ayunan. Semula beban berada pada ketinggian h didasar ayunan dan diam. Energi kinetiknya

(38)

bernilai nol dan energi potensial sistem bernilai mgh. Jadi energi total awal dari sistem adalah :

Ei= Ki + Ui = 0 + mgh (2.1)

Dimana:

Ei = energy total awal system

Ki = energy kinetic awal

Ui = energy potensial awal

Ketika bandul berayun turun, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Maka energi akhir dari dasar ayunan menjadi :

Ef= Kf + Uf = ½ mv2 + 0 = ½ mv2 (2.2)

Dimana :

Ef = energy total akhir system

Kf = energy kinetic akhir

Uf = energy potensial akhir

Selanjutnya kekekalan energi memberikan :

Ef =Ei

mgh mv2 =

2 1

(2.3)

Untuk mendapatkan kelajuan yang dinyatakan dalam sudut awal θ0, harus

dihubungkan h dengan θ0. Jarak h berhubungan dengan θ0 dan panjang bandul L

melalui :

) cos 1 (

cosθ₀ = − θ₀

−

=L L L

h _(2.4)

Sehingga kelajuan didasar bandul didapat dari : ) cos 1 ( 2 2 ₀

2 = = − θ

gL gh

v _(2.5)

2.3. Impuls dan Momentum 2.3.1 Impuls

Impuls didefinisikan sebagai gaya yang bekerja dalam waktu singkat.

Secara matematis ditulis : I = F.Δt = F (t2-t1) _(2.6)

Dimana : I = Impuls (Ns) F = Gaya (N)

(39)

p I =∆

− =

= =

1 2 m.v

v . m I Δv . m Δt . F Δt Δv . m F

Δt = selang waktu (s)

Ketika terjadi tumbukan, gaya biasanya melonjak dari nol pada saat kontak menjadi nilai yang sangat besar dalam waktu yang sangat singkat, dan kemudian

dengan drastis kembali ke nol lagi. Selang waktu Δt biasanya cukup nyata dan

sangat singkat.

Gambar 2.5. Grafik Gaya vs Waktu 2.3.2 Momentum

Secara matematis ditulis :

P = m.v (2.7)

Dimana : P = Momentum benda (kgms-1)

m = massa benda yang bergerak (kg)

v = kelajuan benda ( ms-1)

Sesuai dengan Hukum II Newton :

1 2 1 2 . m F a . m F t t v v − − = = (2.8)

(40)

Sehingga Impuls merupakan perubahan momentum.

2.4 Kesetimbangan

Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.

Ditinjau dari keadaannya, kesetimbangan terbagi dua, yaitu: 1. Kesetimbangan Translasi (a = 0)

v = 0 (statis) ; v = konstan (dinamis)

Untuk setiap bidang acuan,disini perlu bahwa jumlah vektor dari gaya gaya yang bekerja adalah nol.

∑_{F = 0} _(2.9)

∑ Fx = 0 ; ∑_{Fy = 0} _(2.10)

2. Kesetimbangan Rotasi (alpha = 0) w = 0 (statis) ; w = konstan (dinamis)

∑ τ = 0 → pilih pada suatu titik dimana gaya-gaya yang bekerja terbanyak

∑ WR cos θ = 0 (keseimbangan gaya gaya horizontal)

∑ WR sin θ = 0 (keseimbangan gaya gaya vertikal)

Keterangan :

W = Gaya berat (N)

R = jari jari (m)

θ = simpangan sudut (0)

Macam Kesetimbangan Statis :

1. Kesetimbangan Stabil : setelah gangguan (dikenakan gaya), benda berada

pada posisi semula.

(41)

dan gaya normal (N), di mana besar gaya normal = besar gaya berat. Karena arahnya berlawanan, maka kedua gaya ini saling melenyapkan.

Gambar 2.6. Contoh dari keseimbangan stabil

∑ Fx = 0

Pada arah x tidak ada gaya yang bekerja sehingga tidak ada pengaruh terhadap gaya pada arah x.

∑ Fy = 0

Pada arah y terdapat dua gaya yaitu gaya normal dan gaya berat dari benda tersebut dan dapat dikembangkan menjadi:

N – W = 0 N = W N= m.g

2. Kesetimbangan Labil : setelah gangguan, benda tidak kembali ke posisi

(42)

tegak lurus permukaan wajan (w cos θ) dan gaya normal (N) saling

melenyapkan karena kedua gaya ini mempunyai besar yang sama tapi arahnya berlawanan. Pada bola bekerja juga komponen gaya berat yang

sejajar permukaan wajan (w sin θ). w sin θ merupakan gaya total yang

menyebabkan bola terus berguling ria ke bawah menjahui posisinya semula.

Gambar 2.7. Contoh dari keseimbangan labil

∑ Fy = 0

N – W cos θ = 0

N = W cos θ

Pada saat bola menggelinding maka berlaku N= W cos θ . Bola akan terus

menggelinding sampai permukaan benda menjadi datar.

3. Kesetimbangan Indiferen (netral) : setelah gangguan, titik berat tetap benda tetap pada satu garis lurus seperti semula.

(43)

posisinya semula; bola juga malas bergerak lebih jauh lagi dari posisinya semula.

Gambar 2.8. Contoh dari keseimbangan netral 2.5. MSC/NASTRAN 4.5

Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalah program

Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan MSC/NASTRAN.

Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual sampai

automatis. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN’s libraries. Demikian juga banyak tipe kondisi batas dan kondisi pembebanan dapat diterapkan.

Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan

(44)

Mesh dapat dibuat dengan berbagai metode yaitu Generate Between,

Generate Region, On Geometry, Boundary Mesh, dan Transition. Material dan

sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN libraries. MSC/NASTRAN juga dapat menampilkan secara grafik setiap langkah proses

(45)

2.6. Kerangka Konsep Penelitian 2.7

Gambar 2.9. Kerangka Konsep Penelitian Permasalahan:

Stabilitas marka kerucut masih rendah.

Melakukan pengujian stabilitas marka kerucut polymericfoam menggunakan teknik uji bandul.

Beban impak yang diperoleh dengan menggunakan teknik uji bandul dengan variasi jarak l0 dan x0.

Peneliti melihat, membandingkan dan menghitung hasil akhir.

Variabel yang dibutuhkan :

1. ∆h dengan variasi jarak l0 dan

x0.

2. ∆Ep dengan variasi jarak l0

dan x0.

Hasilnya :

a. Mengetahui stabilitas kerucut

polymericfoam yang dikenai

beban impak dengan metode uji bandul.

b. Mendapatkan energi impak untuk

menjatuhkan marka kerucut

c. Mengetahui distribusi tegangan

yang terjadi pada marka kerucut dengan menggunakan software MSc. NASTRAN 4.5.

(46)

BAB 3

METODE PENELITIAN

Bab ini berisikan metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yaitu : melakukan pembuatan marka kerucut dengan menggunakan polymericfoam, pengujian stabilitas dengan menggunakan teknik uji bandul.

3.1. Tempat dan Waktu 3.1.1. Tempat

Laboratorium Impact Fracture Research Center (IFRC) unit I di Departemen Teknik Mesin dan IFRC unit II Di Program Magister Dan Doctor Teknik Mesin Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara dengan menggunakan teknik uji bandul menggunakan bola semen dengan berat 8,5 kg. 3.1.2. Waktu

Waktu penelitian dilaksanakan dari Februari 2010 sampai Juni 2010. 3.2. Pengujian Impak Menggunakan Teknik Uji Bandul

Tujuan eksperimen ini adalah menguji marka jalan polymericfoam dengan suatu variasi gaya sehingga marka jalan tersebut jatuh atau tidak. Bola semen (berat total 8,5 kg) dipakai untuk menjatuhkan marka kerucut polymericfoam dan jarak ayun bola semen dicatat.

Alat yang digunakan dalam uji bandul ini adalah sebagai berikut:

1. Ayunan Bandul

Ayunan bandul adalah alat yang digunakan untuk menguji spesiment dengan prinsip impak.

(47)

Gambar 3.1 Ayunan bandul Keterangan gambar :

1. Tonggak penyangga berfungsi sebagai tempat diikatkan bandul.

2. Guiden berfungsi sebagai membuat arah ayunan bandul menjadi

lurus.

3. Tali baja berfungsi sebagai tempat mengikatkan beban impak yaitu

bola semen.

4. Bola semen berfungsi sebagai beban dalam percobaan uji bandul.

5. Kaki ayunan berfungsi sebagai fondasi ayunan yang terbuat dari

besi.

5 2 1

(48)

Gambar 3.2 Guiden

2. Meteran

Meteran berfungsi untuk mengukur panjang dari tali bandul, jarak impak, dan pergeseran dari marka kerucut setelah kena impak.

Gambar 3.3. Meteran Spesifikasi :

• Merek : Daiyu

• Panjang maximum : 2,5 meter

3. Marka jalan Polymericfoam

Marka jalan adalah spesiment yang akan di uji bandul. Letak dari spesimen diletakkan di tengah tengah yang sejajar dengan bola bandul. Marka kerucut polymericfoam mempunyai berat 2,4 kg.

(49)

Gambar 3.4. Marka jalan polymericfoam

(50)

Metode kerja :

1. Satu tali baja di fixed 2200 mm diatas lantai.

2. Bola semen diikat ke ujung tali sehingga bola tergantung di udara. Tinggi

vertikal dari lantai ke pusat bola dikontrol dan dicatat.

3. Bola semen digantung dalam keadaan statis. Marka kerucut yang dibuat

ulang ditempatkan di tengah dari bola semen.

Gambar 3.6. Posisi marka kerucut polymericfoam ketika dikenai beban impak

(51)

4. Sisi kiri dan kanan tali dibuat alur (guiden), sehingga diusahakan tidak terjadi swing atau pembelokan pada saat bola semen menyentuh marka kerucut re-desain.

5. Panjang tali diset pada 1650 mm, 1780 mm, 1910 mm dan 2040 mm.

6. Bola semen diayun dengan jarak horizontal dari pusat bola ke titik impak

bervariasi.

7. h1 dan h2 dicatat sehingga didapat Δh.

8. Pergeseran dicatat apabila marka kerucut polymericfoam tidak jatuh.

Gambar 3.8. Prinsip teknik uji bandul.

Dari data eksperimen didapat energi impak yang diperlukan untuk menjatuhkan marka kerucut polymericfoam dengan ketinggian vertikal dan jarak horizontal ke pusat bola semen bervariasi. Data

Tabel 3.1 Hasil Uji Bandul

L = 2200 mm Jatuh

Pergeseran (mm)

Berat bola semen = 8,5 kg Unit=mm

ya tidak

Lo Xo θ h1 h2 Δh=h2–h1 ΔEp (joule) θ

(52)

Keterangan :

L = panjang tali sampai base

Lo = panjang tali dari puncak sampai titik impak

Xo = jarah horizontal titik impak dengan titik awal pelepasan bola. h1= jarak titik impak ke base

h2 = jarak bola dilepaskan ke base Ep = energi potensial

3.3. Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik Dari Material Polymericfoam

Polymericfoam adalah bahan yang digunakan dalam riseet pembuatan

marka kerucut ini. Adapun sifat fisis dan mekanis dari bahan polymericfoam dilihat pada tabel 3.2. adalah sebagai berikut:

Tabel 3.2. Sifat Fisis dan Mekanis Material Polymericfoam.

No. Sifat Fisis Nilai

1 Density 1096 kg/m3

2 Young’s modulus 288.876 MPa

3.4. Prosedur Simulasi

3.4.1. Permodelan Marka Kerucut Polymericfoam.

Karena keterbatasan software Msc. Nastran 4.5 dalam hal permodelan, maka proses permodelan akan menggunakan bantuan software Autocad 2002. Dengan menggunakan autocad 2002 pemodelan dibuat 3 dimensi dalam bentuk solid sehingga diexport dalam format *.sat. Format tersebut mampu dibaca secara baik oleh Msc. Nastran 4.5 baik dimensi maupun goemetri objeknya.

(53)

Gambar 3.9. Diagram Alir Permodelan Dengan Autocad 2002 Berhasil ?

berhasil

Tidak Membuat produk jadi satu

bagian solid

Membuat Geometry marka kerucut 3D

Di eksport dalam format *.sat

Periksa kesolidan produk dan pastikan menggunakan

autocad 2002 kebawah

SELESAI Mulai

(54)

3.4.2. Proses import ke Msc Nastran.

Hasil asembling dari autocad kemudian di export ke Software simulasi. Simulasi dilakukan dengan menggunakan software komputer Msc. Nastran 4.5, dimana software program ini mampu melakukan analisa pembebanan statis dan dinamis, analisa temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya. Pada gambar 3.10. merupakan tampilan awal Msc.Nastran 4.5.

Gambar 3.10. Tampilan pembuka Msc. Nastran 4.5

Adapun proses import dari autocad dilakukan langsung dari program Msc. Nastran yaitu dari menu file pilih import geometri. Pada gambar 3.11. akan tampak tampilan proses import seperti dibawah ini, lalu klik OK.

(55)

Gambar 3.11. Tampilan proses import. 3.4.3. Mendefenisikan Material Properties

Langkah selanjutnya adalah menentukan sifat material marka kerucut. Jenis material adalah polymericfoam dengan nilai material properties seperti tabel 3.1. Langkah mendefenisikan material properties adalah: pilih model > Material. Lalu masukan nilai modulus elastisitas, masa jenis dan poisson ratio sesuai dengan tabel 3.1. ke dalam kotak dialog material (Gambar 3.12).

(56)

3.4.4. Mendefinisikan Element/Property Type

Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya adalah: pilih menu Model >Property. Lalu pilih jenis materialnya dan jenis

element yang akan dianalisa, dipilih elemen solid seperti gambar 3.13.

Gambar 3.13. Tampilan element type. 3.4.5. Proses Meshing

Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Namun dalam skripsi ini tidak dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran tersebut. Hal ini dikarenakan keterbatasan sistem komputer yang digunakan, di sini proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampuan komputer yaitu dengan langkah sebagai berikut: pilih menu mesh > geometry > solid. Tampilan penerapan mesh tampak pada gambar 3.14.

(57)

Gambar 3.14. Tampilan penerapan meshing 3.4.6. Penerapan Constraint

Pada penerapan constraint langkah perintahnya adalah pilih menu model >

constraint > set. Masukan nama pada constraint lalu klik OK. Kemudian pilih

menu model > constraint > on surface, lalu pilih bagian bawah kerucut sebagai

constraint dan pilih jenis constraint pinned. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat

seperti terlihat pada Gambar 3.15.

(58)

3.4.7. Penerapan Load

Untuk memasukkan nilai pembebanan dilakukan dengan cara: pilih menu

model> load > elemental seperti terlihat pada gambar 3.16.

Gambar 3.16. Tampilan penerapan load. 3.4.8. Function Definition

Untuk melihat kurva tegangan vs waktu maka dapat dilakukan dengan memasukkan data pada kotak dialog Function Definition seperti terlihat pada Gambar 3.17.

(59)

3.4.9. Proses Analyzing.

Untuk menganalisa dilakukan dengan cara: pilih menu file > Analyze > OK. Tampilan Analyze seperti tampak pada gambar 3.18.

Gambar 3.18. Tampilan analyze.

Gambar dibawah ini adalah diagram alir dari simulasi menggunakan Nastran 4.5.

(60)

Gambar 3.19. Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 4.5 1

2 Berhasil ?

Tidak

Proses Menetapkan

UKURAN MESH

Mendefenisikan

MATERIAL

Mengimport

GEOMETRY ASSEMBLY

Mendefenisikan

PROPERTIES MULAI

(61)

Gambar 3.20. Diagram Alir Simulasi Dengan Nastran 4.5 (Lanjutan) Tidak

Ya 1

Proses

Berhasil ? Menetapkan

CONSTRAIN

Menetapkan

BEBAN

Proses Penampilan Hasil

• Distribusi Tegangan (FEA)

• Titik konsentrasi tegangan

SELESAI

(62)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian dengan menggunakan teknik uji bandul bertujuan untuk mengetahui energi impak minimum yang diperlukan untuk menjatuhkan marka kerucut polymericfoam.

4.1. Teknik Uji Bandul Pada Marka Kerucut Polymericfoam

Metode yang digunakan adalah teknik uji bandul yang terdapat di Laboratorium Impact Fracture Research Center Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pengujian dilakukan dengan menggunakan pipa yang dikaitkan dengan besi sedemikian rupa. Pipa guide digunakan untuk mencegah terjadinya swing pada saat bola menyentuh marka kerucut.

(63)

b. Persiapan uji bandul

Gambar 4.1. Pengujian Teknik Uji Bandul.

Pengujian ini dengan menempatkan marka kerucut di tengah. Bola semen (berat total kira-kira 8,5 kg) digunakan untuk menjatuhkan marka kerucut dan jarak ayun bola semen divariasikan. Titik impak pertama berjarak 550 mm dari base marka kerucut , titik impak kedua berjarak 420 mm dari base marka kerucut, titik impak ketiga berjarak 290 mm dari base marka kerucut dan titik impak keempat berjarak 160 mm dari base marka kerucut.

(64)

Gambar 4.2. Titik impak yang akan di uji coba. Keterangan gambar :

1. Titik impak 1 berjarak 550 mm dari base.

2. Titik impak 2 berjarak 420 mm dari base.

3. Titik impak 3 berjarak 290 mm dari base.

4. Titik impak 4 berjarak 260 mm dari base.

Tabel 4.1. menunjukkan energi impak yang diterima marka kerucut pada titik yang ditentukan dengan jarak horizontal dari pusat bola ke titik impak bervariasi. Masing-masing kerucut jalan, untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan kerucut arah pengimpakan dilakukan pada titik 1 diasumsikan akibat tabrakan mobil, impak titik 2 disumsikan akibat tabrakan motor dan titik 3,4 akibat pengujian bandul. Table dibawah memperlihatkan perbandingan antara marka kerucut polymericfoam dan marka kerucut re-disain.

1

2

3

(65)

Tabel 4.1. Perbandingan hasil energi impak marka jalan polymericfoam dan marka jalan re-desain

L = 2200 mm Polymericfoam Jatuh

Pergeseran (mm)

Re-desain jatuh

Berat bola semen = 8,5 kg Unit=mm

ya tidak

Pergeseran

Lo Xo θ h1 h2 Δh=h2–h1 ΔEp (joule) ya tidak (mm)

1650 900 330 550 816,2 266,2 22,2 √ - √ -

1000 37,30 550 887,2 337,2 28,12 √ - √ -

1200 46,60 550 1066,2 516,2 43,94 √ - √ -

1300 54,30 550 1181,9 633,8 52,69 √ - √ -

1780 900 30,30 420 664,3 243,1 18,7 √ - √ -

1000 34,20 420 727,5 307,5 25,64 √ - √ -

1200 42,40 420 885,2 465,2 38,79 √ - √ -

1300 46,90 420 984 564 47,03 √ - √ -

1910 900 280 290 515,3 223,5 18,78 √ - √ 170

1000 31,60 290 572,3 283,2 23,54 √ - √ 190

1200 38,90 290 714 424 35,36 √ - √ 200

1300 42,90 290 800,6 510,6 42,58 √ - √ 240

2040 900 26,20 160 369,13 203,13 16,94 √ 620 √ 290

1000 29,40 160 421,85 261,85 21,83 √ 770 √ 430

1200 360 160 550,3 390,3 32,55 √ 1130 √ 520

(66)

4.2. Analisa stabilitas marka kerucut Polymericfoam dan perbandingan dengan marka kerucut re-desain.

Dari hasil percobaan diperoleh bahwa kesimpulan :

 Marka kerucut re-desain lebih stabil dibandingakan dengan marka kerucut

polymericfoam. Sehingga dapat diketahui bahwa berat marka kerucut menentukan

kestabilan. Ini terbukti dengan berat kerucut polymericfoam adalah 2400 gram dan berat marka kerucut re-desain adalah 3671 gram. Dan massa jenis kerucut

polymericfoam adalah 1,096. 10-6 kg/mm3 dan massa jenis marka kerucut

re-desain adalah 1,4.10-6 kg/mm3.

 Posisi titik impak menentukan kestabilan. Pada marka kerucut

polymericfoam posisi arah impak 160 mm dari base cukup stabil karena ketika

diberi beban impak cenderung tidak jatuh. Hal ini dapat dilihat pada tabel 4.1. Pada marka kerucut re-desain posisi arah impak 290 mm dan 160 mm dari base cukup stabil karena ketika diberi beban impak cenderung tidak jatuh. Hal ini dapat dilihat pada tabel 4.1.

Dari tabel 4.7. dapat disimpulkan bahwa marka kerucut re-desain lebih unggul daripada marka kerucut polymericfoam. Pada pengimpakan 290 mm dari base dengan energi sebesar 18,78 Joule, 23,54 Joule, 35,36 Joule dan 42,58 Joule marka kerucut polymericfoam jatuh, sedangkan marka kerucut re-desain tidak jatuh.

Gambar 4.3. Prinsip uji impak θ

(67)

4.3. Simulasi Marka Kerucut Polymericfoam

Simulasi menggunakan Msc. Nastran dilakukan bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam. Simulasi komputer berbasis metoda elemen hingga modelnya dipersiapkan dalam dua tahap, yaitu model solid dan model elemen hingga. Sebelum simulasi elemen hingga dilakukan, marka kerucut dimodelkan dengan bantuan software AutoCAD 2002. Marka kerucut digambar sesuai dengan dimensi dan geometri marka kerucut yang sebenarnya (Gambar 4.4).

Gambar 4.4. Ukuran marka kerucut polymericfoam

Pemodelan dengan elemen hingga dikerjakan menggunakan software MSC/NASTRAN 4.5 dengan meng-import dari model AutoCAD (Gambar 4.5.).

(68)

X Y Z

47.0918692.09186 137.0919182.0919

227.0919272.0919 317.0919362.0919

Y 157.7306

202.7306 247.7306

292.7306 337.7306

382.7306 427.7306

472.7306 V1

Gambar 4.5. Marka kerucut polymericfoam

Model elemen hingga dan arah impak pada marka kerucut ditunjukkan pada Gambar 4.6. Pengimpakan ini dilakukan untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan kerucut. Posisi marka kerucut terletak di tengah terhadap arah impak. Bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral 4 node. Penyelesaian metoda elemen hingga diupayakan semaksimal mungkin untuk menyederhanakan kondisi sebenarnya. Penelitian ini hanya simulasi, maka material properties dipilih Polymericfoam.

(69)

b. Impak pada 420 mm dari base marka kerucut

(70)

d. Impak pada 160 mm dari base marka kerucut Gambar 4.6. Lokasi impak pada marka kerucut. 4.3.1. Impak pada 550 mm dari Base Marka Kerucut

Marka kerucut yang sudah dimodel dipindahkan ke MSC/NASTRAN 4.5 dengan meng-import gambar dari AutoCAD 2002, dalam MSC/Nastran 4.5 analisa bisa dilakukan dengan mengambil model yang sebenarnya. Agar marka kerucut sesuai dengan bentuk sebenarnya maka perbandingan skala marka kerucut harus disesuaikan dengan perbandingan 1:1. Hasil dapat dilihat pada Gambar 4.7. Dalam simulasi bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral empat node. Jumlah elemen yang akan terbentuk pada model marka kerucut tergantung pada ukuran marka kerucut (element size) yang terdapat pada kotak dialog (Gambar 4.8).

(71)

X Y Z

X 47.0918692.09186Y 137.0919182.0919227.0919272.0919317.0919362.0919 157.7306

202.7306 247.7306 292.7306 337.7306 382.7306 427.7306 472.7306 V1

Gambar 4.7. Model marka kerucut di Nastran Setelah di import dari AutoCAD. Setelah itu pemilihan material marka kerucut yang disimulasikan adalah

Polymericfoam. Di dalam kotak dialog (Gambar 4.8.) telah tersedia berbagai jenis

material beserta sifat-sifat mekaniknya.

Gambar 4.8. Kotak dialog jenis material.

Bila dipilih salah satu dari material-material tersebut maka kotak dialog untuk material otomatis akan terisi. Karena material marka kerucut yang diinginkan tidak terdapat pada daftar, maka sifat-sifat mekanik material

polymericfoam dapat kita tulis di kotak dialog secara manual. Data yang

dibutuhkan untuk simulasi seperti modulus elastisitas, massa jenis, dan poisson ratio harus diisikan ke dalam kotak dialog (Gambar 4.9). Ukuran marka kerucut

(72)

ketika dimodelkan dengan software AutoCAD dibuat dalam satuan milimeter, sehingga data yang dimasukkan dalam satuan milimeter: (sumber: penelitian

Zulfikar)

•Young’s Modulus, E = 288,876 MPa •Mass density, ρ = 1,096. 10-6 kg/mm3

Gambar 4.9. Kotak dialog material dan sifat mekaniknya.

Element size dipilih 14 mm, dari hasil mesh diketahui jumlah elemen

marka kerucut adalah 15863 dan jumlah node 32073 (Gambar 4.10).

(73)

X Y Z

X 47.0918692.09186Y 137.0919182.0919227.0919272.0919317.0919362.0919 157.7306

202.7306 247.7306 292.7306 337.7306 382.7306 427.7306 472.7306 V1

X Y Z V1 L1 C1

Gambar 4.11. Marka kerucut yang sudah di mesh.

Karena beban impak diberikan dari sebelah atas marka kerucut maka pada MSC/Nastran artinya beban impak diberikan dalam arah sumbu y, sehingga gerakan translasi marka kerucut harus di constraint pada permukaan bawahnya dalam bentuk pinned karena pada arah sumbu ini marka kerucut akan bertranslasi setelah kena beban impak.

Di dalam software Nastran tersedia berbagai bentuk pembebanan, diantaranya adalah dalam bentuk gaya (Force) dan dalam bentuk tekanan atau

tegangan (pressure). Pemberian beban diasumsikan pada X0 = 1300 mm, dimana

Δh = 631.9 mm.

Kelajuan bandul adalah v = 2∗g∗∆h

6219 , 0 * 81 , 9 * 2

v (m/s)

(74)

maka waktu tempuh adalah : v s t = ∆ _, s m m t / 493 , 3 3 , 1 = ∆ _,

Δt = 0,372 s

Gaya yang terjadi pada saat bola bandul menyentuh marka kerucut adalah : I = Δp

F. Δt = m (v2-v1)

F = 8,5 kg ( 3,493 m/s -0 ) / 0,372 s F = 79,8 N

A = Luas daerah pembebanan,

A = 2

dimana d = diameter permukaan kerucut yang terkena impak (2,4 mm)

A = 2

4d π = 2 ) 4 , 2 ( 4 14 , 3

mm2 = 4,5 mm2

Maka tegangan adalah: A F = σ = 5 , 4 8 , 79

=17,73 MPa≈18 MPa

Beban yang dimasukkan ke simulasi adalah dalam bentuk tegangan maka dipilih pembebanan dalam bentuk tegangan = 18 MPa arah face = 1 di elemen 18377 untuk impak pada 550 mm dari base marka kerucut. Hasil tampilan marka kerucut yang diberikan beban seperti gambar 4.12. Beban yang diberikan adalah beban dinamis maka dalam simulasi ini diperlukan pembebanan dalam bentuk dinamis dan pembagian waktu pembebanan untuk time perstep seperti gambar 4.13.

(75)

X Y Z

X 47.0918692.09186137.0919182.0919227.0919272.0919317.0919362.0919

Y 157.7306202.7306247.7306292.7306337.7306_382.7306_427.7306

472.7306

T T

T 18.

T V1

L1 C1

X Y Z

18. V1

L1 C1

Gambar 4.12. Marka kerucut yang diberikan beban

Nilai masukan untuk jumlah langkah dan waktu per langkah dapat diketahui dengan mengikuti langkah seperti dibawah ini.

C0 =

ρ Ε

C0 =

Kg/m 1096

Pa 10 * 288.876

3 6

C0= 513,39 m/s

Maka : ttotal = jarak / kecepatan

= 2 * 0,69 m / 513,39 m/s

= 0,0027 s

Sehingga : ∆t = ttotal / 2n

(76)

= 0.00003 s

•Number of Steps = 44

•Time per Step = 0,00003 s

Gambar 4.13. Kotak dialog beban dinamis.

Tegangan fungsi waktu diamati pada lokasi permukaan kerucut, yaitu pada lokasi diberinya beban impak. Hal ini untuk melihat tegangan fungsi waktu pada lokasi beban impak untuk bentuk marka kerucut. Respon tegangan yang terjadi pada lokasi ini terlihat adanya perbedaan baik besarnya respon maupun bentuk gelombang penjalarannya. Maka untuk waktu impak tegangan insiden adalah (Gambar 4.14) dan kurva tegangan Insiden vs waktu impak (Gambar 4.15).

(77)

Gambar 4.14. Kotak dialog model fungsi.

-0.105 0.0293 0.0462 0.122 0.197 0.273 0.348 0.424 0.499 0.574 0.65 0.725 0.801 0.876 0.952 1.027 1.103

-0.0000315-0.00001010.00001120.00003260.00005390.00007530.00009660.000118 0.000139 0.000161 0.000182 0.000203 0.000225 0.000246 0.000267 0.000289 0.00031 0.000332

Gambar 4.15. Kurva Tegangan Insiden vs Waktu Impak.

Langkah terakhir untuk menganalisa marka kerucut dapat dilihat di kotak dialog Nastran pada gambar 4.16. analysis control pilih:

Analysis Type = 3..Transient Dynamic/Time

(78)

Gambar 4.16. Nastran analysis control.

Sebagaimana diketahui bahwa efek pembebanan secara impak pada suatu struktur berbeda dengan beban statik. Pada beban impak berlaku fenomena penjalaran tegangan, gelombang tegangan dapat berpropagasi dan terefleksi pada batas bebas menuju lokasi impak. Gelombang dapat bertubrukan sesamanya dan membentuk daerah pemusatan tegangan yang mampu merusak struktur. Perlu dicatat bahwa pada kasus ini tegangan yang dilihat dari hasil pengimpakan adalah tegangan pada arah depan dari marka kerucut (Frontal).

Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 18 Mpa arah face = 1, di elemen 18377 maka distribusi tegangan Von Mises marka kerucut 3D dapat dilihat pada Gambar 4.17.

X Y

X 47.0918692.09186137.0919182.0919227.0919272.0919317.0919362.0919 Y 157.7306 202.7306 247.7306 292.7306 337.7306 382.7306 427.7306 472.7306 T T 18. T T 14.02 13.15 12.27 11.39 10.52 9.64 8.764 7.887 7.011 6.135 5.258 4.382 3.505 2.629 1.753 0.876 0. V1 L1 C1

Output Set: Case 45 Time 0.00132 Contour: Solid Von Mises Stress

Gambar 4.17. Distribusi Tegangan Solid Von Mises Stress.

(79)

Dari Gambar 4.17. diketahui batas tegangan maksimum Solid Von Mises

Stress adalah 14,02 MPa pada waktu 0,00132 s menyebabkan marka kerucut

mengalami perubahan letak.

Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 18 Mpa arah

face = 1, di elemen 18377 maka distribusi tegangan normal arah-Xmarka kerucut

3D dapat dilihat pada Gambar 4.18.

X Y

X 47.0918692.09186137.0919182.0919227.0919272.0919317.0919362.0919 Y 157.7306 202.7306 247.7306 292.7306 337.7306 382.7306 427.7306 472.7306 T T 18. T T 12.6 11.27 9.936 8.604 7.273 5.941 4.609 3.278 1.946 0.615 -0.717 -2.048 -3.38 -4.712 -6.043 -7.375 -8.706 V1 L1 C1

Output Set: Case 45 Time 0.00132 Contour: Solid X Normal Stress

Gambar 4.18. Distribusi Tegangan Normal Arah-X.

Dari Gambar 4.18. diketahui batas tegangan maksimum normal arah-X adalah 12,6 MPa pada waktu 0,00132 s menyebabkan marka kerucut mengalami perubahan letak.

Pengimpakan pada posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 18 Mpa arah

face = 1, di elemen 18377 maka distribusi tegangan normal arah-Ymarka kerucut

3D dapat dilihat pada Gambar 4.19.

(1)

pada titik 4, Normal sumbu-X pada titik 4, Normal sumbu-Y pada titik 4, normal sumbu-Z pada titik 4.

Tabel 4.5. Tegangan setiap elemen pada pengimpakan 160 mm dari base

Elemen

Tegangan Maksimum (MPa)

Von Mises Sumbu-X Sumbu-Y Sumbu-Z 25016

0 0 0 0

(titik 1) 18947

0 0 0 0

(titik 2) 25686

0 0 0 0

(tittik 3) 11381

2,387 -1,081 -1,775 -2,293

(titik 4)

Dari data Tabel 4.5. diketahui tegangan terbesar pengimpakan pada posisi marka kerucut diagonal terhadap arah impak pada arah-X sebesar -1,081 Mpa dengan waktu 0,00132 s di titik 4 elemen 11381, arah-Y sebesar -1,775 Mpa dengan waktu 0,00132 s di titik 4 elemen 11381, dan arah-Z sebesar -2,293 MPa pada titik 4 elemen 11381 dengan waktu 0,00132 s. Dari bentuk grafik yang terjadi terlihat bahwa pengimpakan pada titik 160 mm dari base dengan posisi marka kerucut ditengah terhadap arah impak, marka kerucut mengalami konsentrasi tegangan terbesar tepatnya pada elemen 11381 (titik 4).

4.4 Perbandingan Tegangan Terbesar Marka Kerucut Polymericfoam Dan Marka Kerucut Re-desain Menggunakan Msc. Nastran 4.5.

Tabel 4.6. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 550 mm dari base

Titik Impak Marka Kerucut Polymericfoam Marka Kerucut re-desain

Sumbu Y (MPa) Sumbu Y (MPa)

Titik 1 -8,382 50,82

Titik 2 0 5,293

Titik 3 0 2,118

(2)

Dari tabel 4.6 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam di titik 1 arah Y sebesar -8,382 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 1 arah Y sebesar 50,82 MPa. Tegangan yang terjadi pada marka kerucut re-desain lebih besar daripada marka kerucut polymericfoam. Distribusi tegangan pada marka kerucut polymericfoam tidak menyebar ke titik yang lain sedangkan marka kerucut re-desain tegangan menyebar ke semua titik yang diamati.

Tabel 4.7. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 420 mm dari base

Titik Impak Marka Kerucut Polymericfoam Marka Kerucut re-desain

sumbu-Y (MPa) Sumbu-X (MPa)

Titik 1 0 -2,287

Titik 2 -9,975 -6,591

Titik 3 3,3 E-7 1,739

Titik 4 0 5,278

Dari tabel 4.7. diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam di titik 2 arah Y sebesar -9,975 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 2 arah X sebesar -6,591 MPa. . Tegangan yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam lebih besar daripada marka kerucut re-desain . Distribusi tegangan pada marka kerucut polymericfoam hanya menyebar ke titik 3 sedangkan marka kerucut re-desain tegangan menyebar ke semua titik yang diamati.

Tabel 4.8. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 290 mm

Titik Impak Marka Kerucut Polymericfoam Marka Kerucut re-desain

Sumbu Y (MPa) Sumbu Y (MPa)

Titik 1 0 4,659

Titik 2 4,63E-7 7,525

Titik 3 -15,61 11,77

Titik 4 0 3,728

Dari tabel 4.8 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam di titik 3 arah Y sebesar -15,61 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 3 arah Y sebesar 11,77 MPa. Tegangan yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam lebih besar daripada marka kerucut re-desain . Distribusi tegangan pada marka kerucut polymericfoam hanya menyebar ke titik 2

(3)

sedangkan marka kerucut re-desain tegangan menyebar ke semua titik yang diamati.

Tabel 4.9. Perbandingan tegangan terbesar pada pengimpakan 160 mm dari base

Titik Impak Marka Kerucut Polymericfoam Marka Kerucut re-desain

Sumbu Z (MPa) Sumbu Y (MPa)

Titik 1 0 2,334

Titik 2 0 3,525

Titik 3 0 5,901

Titik 4 -2,293 -57,6

Dari tabel 4.9 diketahui tegangan terbesar yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam di titik 4 arah Z sebesar -2,293 MPa, sedangkan pada marka kerucut re-desain di titik 4 arah Y sebesar -57,6 MPa. Tegangan yang terjadi pada marka kerucut re-desain lebih besar daripada marka kerucut polymericfoam. Distribusi tegangan pada marka kerucut polymericfoam tidak menyebar ke titik yang lain sedangkan marka kerucut re-desain tegangan menyebar ke semua titik yang diamati.

(4)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dari hasil perbandingan uji bandul,maka marka kerucut re-desain lebih stabil daripada marka kerucut polymericfoam. Karena kestabilan marka kerucut dipengaruhi oleh berat marka kerucut itu sendiri. Terbukti dari uji bandul pada posisi 290 dari base marka kerucut polymericfoam jatuh dan marka kerucut re-desain tidak jatuh.

2. Dari hasil simulasi juga memungkinkan dilakukan pengamatan di beberapa lokasi. Pada pengimpakan 550 mm dari base tegangan terbesar terjadi pada arah y sekitar -8,382 MPa tepatnya dititik 1, pada pengimpakan 420 mm dari base kerucut tegangan terbesar terjadi pada arah y sekitar -9,975MPa tepatnya dititik 2, pada pengimpakan 290 mm dari base tegangan terbesar terjadi pada arah y sekitar -15,61 Mpa tepatnya dititik 3, dan pada pengimpakan 160 mm dari base tegangan terbesar terjadi pada arah z sekitar -2,293 MPa tepatnya dititik 4 sehingga disimpulkan bahwa titik 3 yaitu berada 290 mm dari base berpotensial mengalami kerusakan struktur terbesar akibat pengimpakan pada lokasi yang sama berulang.

3. Dari perbandingan hasil simulasi marka jalan polymericfoam dan marka jalan re-desain maka tegangan yang terjadi pada marka kerucut re-desain lebih lebih besar daripada marka kerucut polymericfoam khususnya pada arah impak 550 mm, 290 mm, 160 mm dari base. Dan juga tegangan yang terjadi pada marka kerucut polymericfoam cenderung terpusat pada titik impak saja, sedangkan tegangan pada marka kerucut re-desain terdistribusi keseluruh permukaan kerucut.

5.2 Saran

1. Diharapkan simulasi komputer dengan menggunakan software Msc.Nastran 4,5 dan permodelan dengan AutoCad dapat dikembangkan lebih lanjut di Departemen Teknik Mesin FT-USU.

2. Hasil skripsi ini dapat dijadikan rujukan dalam penelitian berikutnya. Dari

(5)

hasil analisa disarankan kepada pengguna jalan agar pengguna jalan sadar akan pentingnya suatu alat pembatas jalan seperti traffic cone dalam usaha penertiban lalu lintas. Dan penelitian ini diharapkan bisa diteruskan kembali sehingga diperoleh hasil yang lebih baik sesuai dengan yang diharapkan.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

Abidin,Zainal. 2009. Analisa Stabilitas Marka Kerucut Re-Desain Menggunakan Teknik Uji Bandul Dan Msc. Nastran. Teknik Mesin USU: Medan

Burnett, David S.,(1987). Finite Element Analysis. Addison-Wesley Publishing Company, England.

Gupta,Rakesh K dan Anil Kumar.1998.Fundamentals of Polymers.McGraw-Hill Companies,Inc.International Edition.

Hutton, David V. 2004. Finite Element Analysis. 1st ed. Mc Graw-Hill Companies, Inc: New York.

Johnson,W. 1972.Impact Strength of Material.University of Cambridge:London. Thayab,Awaluddin.Hand Out Matrikulasi S-2 Teknik Mesin USU Material

Teknik.USU : Medan

S. Timoshenko. 1986. Dasar-dasar perhitungan kekuatan bahan. Jakarta: Penerbit Restu Agung,

Susatio, Yerri, 2004. Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga. Yogyakarta: Penerbit Andi.

Weriono. 2009. Desain Marka Kerucut Lalu Lintas Jalan Dengan Dasar Karet Dan Menyelidiki Perilaku Mekanik Akibat Beban Impak.Sekolah Pasca Sarjana USU : Medan

Analisa Struktur Kerucut Lalu Lintas Polymericfoam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan MSC-Nastran