Banyak sifat material, seperti kekakuan, kekuatan, ekspansi termal, dan konduktifitas termal yang dihubungkan dengan sebuah arah atau sumbu. Suatu
material katakan isotropik ketika sifat-sifatnya sama ke semua arah atau tidak tergantung pada orientasi sumbu referensi.
2.4.5. AnisotropikOrthotropik
Suatu material dikatakan anisotropik ketika sifat-sifatnya pada tiap titik berbeda dengan arah atau tergantung pada sumbu orientasi referensi. Jika sifat-
sifat material sepanjang arah adalah sama seperti sepanjang sebuah arah simetri dengan sebuah bidang, bidang tersebut didefinisikan sebagai bidang material
simetri plane of material symmetric. Sebuah material boleh memiliki nol, satu, dua, tiga, atau tak terhingga dari bidang simetri material melalui satu titik. Suatu
material tidak memiliki bidang simetri disebut general anisotropic. Pada relevansi khusus dari komposit material adalah orthotropik material,
yakni material-material memiliki lebih kurang tiga bidang simetri yang sama.
2.5. Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga merupakan metode yang digunakan oleh para engineer untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis yang
dihadapinya. Adapun permasalahan teknik dan problem matematis yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode elemen hingga dapat dibagi dalam dua
kelompok, yaitu masalah analisa struktur dan non struktur. Permasalahan dalam bidang stuktur meliputi analisa tegangan, buckling, dan analisa getaran.
Sedangkan dalam bidang non struktur meliputi masalah perpindahan panas, mekanika fluida, dan distribusi potensial listrik dan magnet.
Universitas Sumatera Utara
Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang komplek, pada umumnya sulit
dipecahkan melalui analisa matematika. Hal ini disebabkan karena analisa matematika memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik
pada struktur yang dikaji [ 9].
Penyelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri yang komplek, pembebanan yang rumit, tidaklah mudah diperoleh. Formulasi dari
metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Metode ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak
diketahui setiap titik secara diskrit. Mulai dengan redesain dari suatu benda dengan membagi-bagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih
mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam bagian yang kecil diskrisasi.
2.6. Simulasi Uji Statik
parking bumper.
Simulasi statik adalah simulasi yang meliputi pengujian dengan cara uji tekan. Pada penelitian ini simulasi statik akan dilakukan untuk pengujian uji tekan
terhadap parking bumper. Simulasi statik parking bumper yang akan dilakukan menggunakan Software Ansys 12.0. Simulasi uji statik menggunakan Software
Ansys 12.0 yang akan dilakukan pada penelitian ini adalahuji tekan pada sisi miring redesain parking bumper.
Uji tekan pada sisi miring redesain parking bumper dilakukan dengan cara memberi gaya tekan terhadap sisi miring redesain parking bumper tersebut. Gaya
tekan yang diterima sisi miring redesain parking bumper pada simulasi statik
Universitas Sumatera Utara
menggunakan Software Ansys 12.0 akan memperlihatkan perubahan yang terjadi pada redesain parking bumper tersebut.
Tujuan simulasi statik parking bumper disini untuk mengetahui nilai tegangan maksimum, regangan maksimum, dan nilai total deformasipada parking
bumper. Selain itu pada simulasi statik ini dapat juga mengetahui dimana posisi titik maksimum dari tegangan, regangan, dan total deformasi parking bumper.
2.6.1. Respon Mekanik Akibat Beban Tekan Statik
Pada umumnya material komposit dibentuk dalam dua jenis fasa, yaitu fasa matriks dan fasa penguat. Fasa matriks adalah material dengan fasa kontinu
yang selalu tidak kaku dan lemah. Sedangkan fasa penguat selalu lebih kaku dan kuat, tetapi lebih rapuh. Penggabungan kedua fasa tersebut yang dilakukan secara
makroscopik menghasilkan material yang dapat mendistribusikan beban yang diterima disepanjang penguat, sehingga material menjadi lebih tahan terhadap
pengaruh beban tersebut [ 10].
Penguat pada umumnya dalam bentuk serat-serat, rajutan, serpihan, dan partikel, yang dicampurkan kedalam fasa matriks. Penguat merupakan fasa
diskontinu yang selalu lebih kuat dan kaku daripada matriks dan merupakan kemampuan utama material komposit dalam menahan beban [
10]. Respon dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi yang timbul akibat dari
adanya suatu aksi atau gangguan. Sebagai contoh salah satu gangguan yang diberikan terhadap suatu material adalah gaya, sedangkan respon yang
ditimbulkan akibat gaya yang diberikan tersebut adalah berupa tegangan,
Universitas Sumatera Utara
regangan, retak, patah, dan lain-lainnya. Respon yang dihasilkan dapat memberikan informasi mengenai sifat dan kerakteristik suatu material tersebut.
Penyelidikan respon dinamik suatu material atau struktur merupakan rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk dan kerusakan akibat
pembebanan tertentu. Kegiatan tersebut merupakan tindakan dasar untuk menanggulangi terjadinya kegagalan material dalam aplikasi teknik. Salah satu
kegiatan yang paling dasar adalah melakukan pengujian dengan pembebanan tertentu terhadap sejumlah sampel. Setelah respon material secara kualitatif
diperoleh dari hasil pengujian atau data yang tersedia, maka kesempatan untuk berhasil dalam mendesain suatu struktur tertentu dapat dievaluasi [11]. Respon
dinamik material disebabkan beberapa faktor bukan hanya dibatasi dengan tekanan statik dan dinamik saja melainkan tingkat kapasitas pembebanan segala
arah dan beberapa impuls kondisi pembebanan [12]. Untuk kekakuan dan kegetasan suatu bahan dapat diketahui melalui uji
tekan statik. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Diagram uji tekan statik Δℓ
ℓ
F
Universitas Sumatera Utara
Nilai modulus elastisitas bahan dapat diketahui melalui slope garis elastis linear. Sehingga secara matematis, nilai modulus elastisitas akibat beban statik
dapat ditulis dengan menggunakan persamaan 2.1 [18]. � =
� �
… … … … … . … … … … … … … … 2.1 dimana:
E = Modulus elastisitas Pa. σ = Tegangan normal Pa.
ε = Regangan. Tegangan normal akibat beban tekan aksial dapat ditentukan dengan persamaan
2.2. � =
� �
… … … … … … … … … … … … . … 2.2 dimana:
F = Beban tekan N. A = Luas penampang yang dikenai beban tekan m
2
. Regangan akibat beban statik tekan tersebut diperoleh dengan persamaan 2.3.
� = �ℓ
ℓ … . … … … … … … … … … … … … 2.3
dimana: Δℓ = perubahan panjang yang terjadi m.
ℓ = Panjang awal mula-mula m.
Universitas Sumatera Utara
Dengan mensubsitusi persamaan 2.2 dan 2.3. ke persamaan 2.1, maka diperoleh persamaan 2.4.
� = � . ℓ
� . �ℓ �ℓ =
� . ℓ � . �
… … … … … … … … … … …. 2.4
2.7. Simulasi Uji Dinamik Parking bumper.
Simulasi dinamik adalah simulasi yang menggunakan pengujian impak jatuh bebas. Pada penelitian ini simulasi dinamik akan dilakukan untuk pengujian
uji impak jatuh bebas terhadap parking bumpermenggunakan SoftwareAnsys 12.0.Simulasi uji dinamik parking bumper pada penelitian ini yang akan
dilakukan adalah uji impak jatuh bebas pada sisi miring redesainparking bumper. Dari uji impak akan dilihat perubahan yang terjadi pada redesainparking
bumpertersebut. Tujuan simulasi dinamikparking bumper disini untuk mengetahui nilai
tegangan maksimum, nilai regangan maksimum, dan nilai total deformasi pada parking bumper. Selain itu pada simulasi dinamik ini dapat juga mengetahui
dimana posisi titik maksimum dari tegangan, regangan, dan total deformasi parking bumper.
2.7.1. Respon Mekanik Akibat Beban dinamik.
Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan momentum p = m.v………………………………………….2.5
dengan persamaan impuls I = F.t ……………………………………………2.6
Universitas Sumatera Utara
Jika perubahan momentum sama dengan impuls atau I =p………………………………………………..2.7
Maka besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan � =
� . � �
… … … … … … … … … . … . . … 2.8 Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usahakerja.
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi
potensial. Energi kinetik E
k
adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda
dari kecepatan awal v
o
ke kecepatan perubahan benda v
1
, yang ditentukan dengan persamaan 2.9.
�
�
= 1
2 � . �
2
… … … … … … … … . … … … 2.9 dimana:
E
k
= energi kinetik joule. m = massa benda kg.
v = kecepatan benda ms.
Energi potensial E
p
adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan kedudukan ketinggian. besarnya energi potensial dapat dihitung dengan
persamaan 2.33. �
�
= � . �. � … … … … … … … … . . … … 2.10
Universitas Sumatera Utara
dimana E
p
= energi potensial joule. m = massa benda kg.
g = gaya gravitasi benda ms
2
. H = kedudukanketinggian benda m.
BAB 3
Universitas Sumatera Utara
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1. Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik mesin Fakultas Teknik USU dengan kegiatan seperti diuraikan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Tempat dan aktivitas penelitian
No. Aktifitas
Tempat Penelitian Keterangan
1. Simulasi statik dan
dinamik International Center for
Science, Technology, Art IC STAR.
Software Ansys 12.0 Workbench
3.1.2. Waktu Penelitian
Waktu pelaksanaa penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan September 2012 setelah persetujuan proposal penelitian hingga Februari 2013.
3.2. Geometry.
Struktur parking bumper yang dijadikan sebagai pemodelan dalam simulasi statik dan dinamik seperti yang diilustrasikan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Geometri redesain statik dan dinamik
Universitas Sumatera Utara
Redesain pada Gambar 3.1 digunakan untuk pengujian statik dan dinamik sisi miring parking bamper.Ukuran yang dibuat adalah panjang 250 mm, lebar
200 mm, dan tinggi 130 mm.Desain trapesium padat dimodifikasi menjadi trapesium berongga di mana rongga tersebut diisi dengan material semen beton
concrete. Modifikasi lain adalah pada bentuk sisi miring yang datar dirubah menjadi radius dengan bentuk radius sesuai dengan ban mobil yang akan
mengenainya. Redesain ini selanjutnya disebut trapesium berongga yang diisi concrete dengan sisi miring berbentuk radius, Panjang busurnya 120 mm sehingga
luas daerah yang dikenai gaya pada redesain yang dibuat adalah 0,03 m
2
. Adapun software yang digunakan dalam simulasi adalah ANSYS 12 Workbench dengan
basis Metode Elemen Hingga MEH.
3.3. Simulasi Statik menggunakan Software Ansys 12.0