Simulasi Dinamik Stik Golf Redesain Menggunakan Software Ansys 14.0

SIMULASI DINAMIK STIK GOLF REDESAIN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.0

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ZULFRIEND IRWANTO MANRU 070401033

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara..

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua orang tua saya tercinta, abang, kakak dan adik-adik saya yang tersayang, yang telah banyak berperan memberikan bantuan moril maupun materil selama perkuliahan sampai penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Prof.Dr.Ir Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya tugas akhir ini.

3. Departemen Teknik Mesin FT USU serta seluruh staf pengajar, tempat saya menimba ilmu.

4. Bapak/ibu mahasiswa s2 MTM FT USU yang sudah banyak membantu dalam penyelesain tugas akhir ini.

5. Rekan-rekan mahasiswa DTM FT USU khususnya, Ahmad Faiz Hasibuan, Christofel Tobing, Andika Tampubolon, dan seluruh stambuk 2007, serta adik-adik stambuk yang selalu memberikan dukungan kepada penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini. Penulis menerima kritik dan saran untuk kesempurnaan ke depannya. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Februari 2013

ABSTRAK

Stik golf standar (Wilson) selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Setelah disimulasikan menggunakan ansys 14.0, ternyata terjadi tegangan yang besar pada batang stik. Untuk mengurangi tegangan besar pada batang stik, peneliti meredesain bentuk permukaan kepala stik menjadi rata menggunakan autodesk inventor. Penelitian ini bertujuan mensimulasikan stik golf redesain dengan menggunakan software ansys 14.0. Simulai dinamik dilakukan untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain berdasarkan hasil simulasi. Metode yang dilakukan adalah setelah dilakukan simulasi dengan ansys 14.0, dilakukan pengambilan beberapa sampel elemen pada stik golf, kemudian dibandingkan dengan stik golf wilson pada daerah sampel elemen yang sama. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa tegangan terbesar terjadi pada bagian permukaan pemukul. sebesar 1.5579 GPa. Pada elemen yang sama nilai tegangan stik golf standar wilson, sebesar 1,5866 GPa, lebih besar daripada nilai tegangan stik golf redesain.

Kata kunci: stik golf redesain,simulasi dinamik, tegangan, dan ansys 14,0.

ABSTRACT

Standard golf clubs (Wilson) always suffered damage to the stem sticks. After simulated using ansys 14.0, there was a large voltage on the rod sticks. To reduce stress on the shaft of the stick, researchers redesign the form of a flat surface of the club head using Autodesk inventor. This research aims to simulate a golf club redesign using ansys 14.0 software. Dynamic simulations performed to determine the stress distribution (response) at a golf club after the impact and comparing the stress values wilson golf clubs with a golf club redesign based on simulation results. The method is performed after the simulation with ansys 14.0, was taking some samples of the elements on the golf club, and then compared with a golf club wilson on the same sample area elements. The simulation result shows that the greatest stress occurs on the surface of the batter. at 1.5579 GPa. At the same element voltage standard golf clubs wilson, amounting to 1.5866 GPa, the stress is greater than the value of redesigning the golf club.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ……….i

ABSTRAK ………... ii

DAFTAR ISI ………iii

DAFTAR TABEL ………v

DAFTAR GAMBAR ………...vi

DAFTAR NOTASI ………viii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ………..1

1.2 Batasan Masalah ……… 2

1.3 Tujuan Penelitian ………..3

1.4 Manfaat Penelitian ………3

1.5 Sistematika Penelitian ……….. 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stik Golf ………. 5

2.1.1 Istilah-istilah Dalam Permainan Golf ………... 5

2.1.2 Komponen Stik Golf ………. 7

2.1.3 Jenis-jenis Stik Golf ………. 8

2.1.3.1 Wood ………. 8

2.1.3.2 Iron ……….. 8

2.1.3.3 Putter ……… 9

2.1.4 Mekanika Ayunan Stik Golf ………. 10

2.1.5. Pendulum Model Ganda ………... 11

2.1.6 Data primer permainan golf ……….. 13

2.2 Material Stik Golf ……….. 14

2.2.1 Grafit ………. 14

2.2.2 Titanium ……… 16

2.4 Teori Uji Tekan Statik ……… 19

2.5 Elastisitas ……… 20

2.5.1. Tekanan ……… 21

2.5.2. Regangan ……….. 22

2.5.3. Elastisitas Dan Plastisitas ………. 23

2.5.4. Modulus Elastik ……… 24

2.5.4.1. Modulus Young ……….. 24

2.5.4.2. Modulus Geser ……… 24

2.5.4.3. Modulus Bulk (Balok) ……… 25

2.6 Ayunan Bandul Sederhana ………. 25

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat ……… 29

3.2 Material Yang Digunakan ………. 29

3.3 Metode Penelitian ……….. 29

3.3.1 Pemodelan Stik Golf Redesain……….. 29

3.3.2 Distribusi Tegangan ……….. 32

3.3.2.1 Simulasi ………. 32

3.3.2.2 Mendapatkan Distribusi Tegangan Pada Permukaan Stik Golf ……….. 41

3.3.3Membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain berdasarkan hasil simulasi ……….... 41

3.4 Diagram Alir Penelitian ……….. 41

BAB 4 HASIL DAN ANALISA 4.1 Pemodelan Stik Golf Redesain ………. 43

4.2 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf ………. 44

4.2.1 Perhitungan Nilai Tegangan Pada Permukaan Kepala Stik Golf Redesain Secara Teoritis ……….. 44

4.2.1.1 Perhitungan Gaya Dorong Stik ………. 45

4.2.1.2 Perhitungan Nilai Tegangan Permukaan Pemukul Stik ... 46

4.2.2 Hasil Simulasi ……….. 47

4.2.3 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf ………. 50

4.2.4 Perhitungan Momen Pada Kepala Pemukul ……… 53

4.2.5 Kesetimbangan Momentum ……… 55

4.2.6 Momen Kopel ……….. 55

4.3 Perbandingan Hasil Simulasi Stik Golf Wilson dan Redesain…. 57 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ……… 60

5.2 Saran ……….. 61

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakterisktik Mekanik Grafit ………. 15

Tabel 2.2 Karakterisktik Mekanik Titanium………... 16

Tabel 4.1 Nilai Tegangan Selama Pengimpakan ………. 49

Tabel 4.2 Distribusi tegangan untuk setiap elemen ………. 52

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Stik Golf dan bagian-bagiannya ………. 7

Gambar 2.2 Stik golf wood ……… 8

Gambar 2.3 Stik iron 3-9 ………... 9

Gambar 2.4 Stik putter ……….. 9

Gambar 2.5 Mekanika ayunan ……….. 11

Gambar 2.6 Pemodelan Ayunan Pukulan ……… 12

Gambar 2.7 Model ganda pendulum dari ayunan golf ……… 13

Gambar 2.8 Perubahan benda yang disebabkan oleh tegangan tekan aksial19 Gambar.2.9 batang yang ditarik oleh gaya (F) dari dua sisi ………...21

Gambar.2.10 batang yang mengalami peregangan ………. 22

Gambar.2.11 Pergeseran bidang akibat gaya ………. 22

Gambar 2.12 Grafik antara tegangan dan regangan ……….. 23

Gambar 2.13 Gerakan bandul sederhana ……… 25

Gambar 2.14 . Prinsip ayunan bola bandul ……… 27

Gambar 3.1 kepala stik ( a ), pegangan stik ( b ), batang stik ( c ) ………. 30

Gambar 3.2 stik golf yang sudah di gabungkan ………. 31

Gambar 3.3 kepala stik dengan bentuk permukaan pemukul didesain rata 32 Gambar.3.4 Jendela utama ansys ………... 33

Gambar 3.5 jendela engineering data Ansys 14.0 ……….. 34

Gambar 3.6 geometry yang di input dari inventor ………. 35

Gambar 3.7 Jendela ansys, memasukkan material pada setiap komponen ..36

Gambar 3.8 Pemberian meshing ……… 37

Gambar 3.9 (a) nilai kecepatan, (b) pengaturan analisa, (c) penentuan fixed support ………... 38

Gambar 3.11 Diagram alir penelitian ………. 42 Gambar 4.1 Geometry stik golf redesain setelah dieksport ke ansys 14.0 … 43 Gambar 4.2 Arah vektor v ………. 45 Gambar 4.3 (a)Hasil simulasi tegangan, (b)tegangan maksimum …………. 47 Gambar 4.4 Grafik tegangan terhadap waktu impak ………..………….. 50 Gambar 4.5 Sampel elemen pada (a) pegangan dan tangkai, (b) permukaan

pemukul dan sambungan, (c) bagian bawah kepala stik, (d) bagian atas kepala stik ………51

Gambar 4.6 Grafik distribusi tegangan pada stik golf ………... 53 Gambar 4.7 Perbandingan hasil simulasi pada batang (a)redesain

(b)wilson... 57 Gambar 4.8 Perbandingan hasil simulasi pada permukaan pemukul... 58 Gambar 4.9 Grafik perbandingan distribusi tegangan... 59

DAFTAR NOTASI

θ sudut rilis

σ tegangan pascal

ρ massa jenis kg/m2

A luas penampang m2

a percepatan m/s2

B modulus bulk

Ek energi kinetik Joule

Ep energi potensial Joule

F gaya Newton

g percepatan gravitasi m/s2

L panjang m

m massa kg

M momen kopel Nm

P momentum Kgm/s

r jari-jari m

S modulus geser

t waktu detik

Y modulus young

v kecepatan m/s

ABSTRAK

Stik golf standar (Wilson) selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Setelah disimulasikan menggunakan ansys 14.0, ternyata terjadi tegangan yang besar pada batang stik. Untuk mengurangi tegangan besar pada batang stik, peneliti meredesain bentuk permukaan kepala stik menjadi rata menggunakan autodesk inventor. Penelitian ini bertujuan mensimulasikan stik golf redesain dengan menggunakan software ansys 14.0. Simulai dinamik dilakukan untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain berdasarkan hasil simulasi. Metode yang dilakukan adalah setelah dilakukan simulasi dengan ansys 14.0, dilakukan pengambilan beberapa sampel elemen pada stik golf, kemudian dibandingkan dengan stik golf wilson pada daerah sampel elemen yang sama. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa tegangan terbesar terjadi pada bagian permukaan pemukul. sebesar 1.5579 GPa. Pada elemen yang sama nilai tegangan stik golf standar wilson, sebesar 1,5866 GPa, lebih besar daripada nilai tegangan stik golf redesain.

Kata kunci: stik golf redesain,simulasi dinamik, tegangan, dan ansys 14,0.

ABSTRACT

Standard golf clubs (Wilson) always suffered damage to the stem sticks. After simulated using ansys 14.0, there was a large voltage on the rod sticks. To reduce stress on the shaft of the stick, researchers redesign the form of a flat surface of the club head using Autodesk inventor. This research aims to simulate a golf club redesign using ansys 14.0 software. Dynamic simulations performed to determine the stress distribution (response) at a golf club after the impact and comparing the stress values wilson golf clubs with a golf club redesign based on simulation results. The method is performed after the simulation with ansys 14.0, was taking some samples of the elements on the golf club, and then compared with a golf club wilson on the same sample area elements. The simulation result shows that the greatest stress occurs on the surface of the batter. at 1.5579 GPa. At the same element voltage standard golf clubs wilson, amounting to 1.5866 GPa, the stress is greater than the value of redesigning the golf club.

BAB 1 PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas gambaran menyeluruh dari penelitian yang akan dilakukan. Mulai dari latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat, dan sistematika penulisan.

1.1Latar Belakang

Peralatan golf terus berkembang sesuai dengan kemajuan teknologi. Pada awalnya, kayu

Pada akhir membuat tangkai stik dari Wales menggunakannya di St Andrews pada tahun 1929. Setelah memenangi sebagai pegolf pertama yang memenangi turnamen utama dengan stik bertangkai baja (Wikipedia, 2012).

Pada awal 1970-an, tangkai baja digantikan dengan tangkai dariwood pertama dari logam dibuat pada awal 1980-an, dan perlahan-lahan logam dipakai untuk menggantikan kayu karena logam lebih tahan lama. Stik golf, yang merupakan produk teknologi mutakhir sudah menggunakan tangkai dari grafit dan kepala stik dari dan sangat kuat. Dengan memakai titanium, kepala stik dapat dibuat cukup besar tapi tidak menjadi berat (Wikipedia, 2012).

Umumnya, pemain golf hanya mengetahui teknik-teknik yang digunakan dalam permainan, tanpa mengetahui respon stik golf yang terjadi pada saat memukul bola. Respon yang dimaksud adalah tegangan dan regangan. Kuat dan lemahnya pukulan stik sangat mempengaruhi respon stik golf. Tetapi respon yang terjadi tidak terlihat pada saat permainan, karena keadaan stik golf saat sebelum dan sesudah terjadi pukulan hampir tidak berbeda. Namun, sebenarnya stik golf menerima respon yang dapat mempengaruhi kekuatan stik golf.

Pada penelitan ini, peneliti akan mensimulasikan stik golf saat memukul bola. Simulasi ini bertujuan untuk menganalisa respon stik golf saat terjadi pukulan. Simulasi akan dilakukan dengan menggunakan software ansys 14.0. Dengan menggunakan ansys 14.0, dapat diketahui respon stik golf saat terjadi pukulan.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah penelitian ini adalah stik golf standar (Wilson) selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk) dan patah. Setelah disimulasikan menggunakan ansys 14.0, ternyata terjadi tegangan yang besar pada batang stik. Untuk mengurangi tegangan besar pada batang stik, peneliti meredesain bentuk permukaan kepala stik menjadi rata.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini dibagi menjadi 2, yaitu tujuan umum dan tujuan khusus.

1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah mensimulasikan stik golf redesain dengan menggunakan software ansys 14.0.

1.3.2. Tujuan Khusus

Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:

1. Membuat pemodelan redesain stik golf, untuk mendapatkan tegangan yang lebih kecil.

2. Mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan.

3. Membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain berdasarkan hasil simulasi.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah:

1. Menambah wawasan bagi mahasiswa dalam penggunaan software ansys 14.0.

2. Memberikan informasi kepada industri dalam pembuatan produk.

3. Memberikan informasi kepada pengguna olahraga golf.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari lima bab dengan rincian, sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Memberikan gambaran menyeluruh mengenai penelitian ini.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan landasan teori dan literatur yang berkaitan.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Menjelaskan metode penelitian yang dilakukan.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Penyajian hasil redesain, simulasi dan analisis yang diperoleh.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Jawaban dari tujuan penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini akan disajikan landasan teori dan literatur berkaitan, yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini.

2.1 Stik Golf

Stik merupakan salah satu alat yang terpenting dalam suatu permainan golf. Stik digunakan untuk memukul bola menuju ke lubang. Dalam setiap pukulan, dibedakan stik yang akan digunakan. Dalam bab ini akan dibahas secara lengkap tentang stik golf.

2.1.1 Istilah-istilah Dalam Permainan Golf

Sebagai awalan untuk mengenal golf, harus mengetahui beberapa istilah yang biasa digunakan dalam permainan golf. Berikut ini akan diterangkan beberapa istilah dalam permainan golf.

1. Golf course adalah lapangan golf

2. Tee shot adalah pukulan pertama dari teeing ground. Tee shot biasanya dilakukan dengan menggunakan driver (misalnya 1-wood) untuk hole yang panjang atau iron pada hole yang lebih pendek.

3. Fairway shot, di mana stik golf jenis iron atau wedge biasa digunakan untuk melakukan pukulan ini.

4. Bunker shot. Pukulan ini dilakukan jika bola mendarat di atas bunker. Pukulan ini biasanya menggunakan sand wedge.

5. Punch atau knockdown adalah pukulan rendah yang dilakukan untuk menghindari cabang pohon atau angin yang kuat di atas.

6. Putting adalah pukulan yang dilakukan di atas green dan menggunakan putter dan bagi sebagian besar pegolf merupakan pukulan tersulit.

7. Approach shot adalah pukulan yang dilakukan untuk mendekatkan bola ke green. Pukulan ini biasanya dilakukan pada jarak yang sedang atau dekat. Tipe approach shot terdiri dari 3 jenis:

a. Pitch adalah approach shot yang menerbangkan bola ke atas green atau dekat green. Pitch shot biasa dilakukan dengan menggunakan iron 6 hingga lob wedge.

b. Flop adalah approach shot yang lebih tinggi lagi dan langsung berhenti sesaat setelah menghantam tanah. Pukulan ini dilakukan ketika pemain harus menghadapi rintangan untuk mencapai green. Flop biasa dilakukan dengan menggunakan stik golf sand wedge atau lob wedge.

c. Chip adalah approach shot yang rendah ketika bola terbang rendah dan kemudian bergulir mengarah ke green.

8. Teeing ground adalah tempai mulai pukulan pertama.

9. Fairway adalah rumput tempat mendarat, dipotong pendek sehingga bola mudah untuk dipukul.

10. Rough adalah daerah yang rumputnya lebih panjang daripada di fairway sehingga bola sulit untuk dipukul.

11.Hazards adalah rintangan, water hazards seperti sungai, danau dan bunkers yang merupakan suatu cekungan berisi pasir.

12.Club adalah stik golf.

13. Grass adalah daerah sekitar lubang tempat bola masuk.

14.Hole atau cup adalah lubang tempat bola masuk, selalu berada di grass dan harus berdiameter 108 mm (4.25 in.)

15.Par adalah jumlah pukulan maksimum yang harus dipenuhi para golfer di setiap hole, dalam golf biasanya suatu hole memiliki par 3, 4 atau 5.

(sumber: Wikipedia, 2013)

2.1.2 Komponen Stik Golf

Pada umumnya stik golf terdiri dari pegangan stik, tangkai stik, dan kepala stik. Pada saat ini, bahan yang digunakan dalam stik golf adalah, karet untuk pegangan, grafit untuk tangkai, dan titanium untuk kepala stik. Pada gambar 2.1 ditampilkan stik golf dan bagian-bagiannya.

2.1.3 Jenis-jenis Stik Golf

Pada dasarnya ada tiga jenis stik golf, yaitu wood, iron, dan putter. Beberapa dirancang dengan loft , akurasi dan jarak yang lebih besar. Pada bagian ini, akan dibahas karakteristik dari wood, iron, dan putter.

2.1.3.1 Wood

Wood adalah stik golf panjang dengan tiang kecil yang digunakan untuk jarak yang lebih besar. Saat ini, produsen menggunakan titanium atau baja untuk membuat stik ini. Untuk lebih jelas stik wood dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 stik golf wood berbahan titanium dan grafit dengan loft 10,5 dan panjang 105 cm

2.1.3.2 Iron

Stik iron biasanya digunakan untuk pukulan jarak pendek. Stik iron biasanya terdiri dari 3-9 iron yang wedge pasir dan wedge pitching. Stik iron

dirancang untuk pukulan jarak pendek dan shot golf akurat. Untuk lebih jelasnya stik iron dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 stik irons 3-9, panjang 91 cm dan sudut 560 2.1.3.3 Putter

Stik putter digunakan untuk menempatkan bola pada finishing hole. Stik iron, pada dasarnya digunakan untuk pukulan penyelesaian, untuk memasukkan bola ke dalam lubang. Stik putter dapat dilihat pada gambar 2.4.

2.1.4 Mekanika Ayunan Stik Golf

Sebuah ayunan stik golf yang tepat, memiliki dampak yang besar pada permainan golf. Ayunan stik golf memiliki mekanika fisika tertulis dan merupakan contoh yang bagus dari sudut gerak. Ayunan memutar menghasilkan torsi pada klub. Hal ini memaksa perubahan torsi kecepatan sudut klub, menyebabkan rotasi, sehingga kunci untuk dapat memukul bola yang jauh terletak pada kecepatan kepala klub dan bola akan mengalami impak geser.

Semakin cepat kepala klub diayunkan, maka semakin besar jumlah energi kinetik yang akan ditransfer dari kepala klub ke bola karena energi kinetik sebanding dengan massa dari kepala klub dan kuadrat kecepatannya. Dan pada gambar 2.5 (a) kita dapat melihat lintasan pukulan stik golf driver. Gambar 2.5(b). lintasan pukulan stik golf iron 6 (pitching). Gambar 2.5 (c) lintasan pukulan stik golf putter.

(b)

(c)

Gambar 2.5 (b) lintasan pukulan stik golf iron 6 (pitching), (c) lintasan pukulan stik golf putter (sambungan)

2.1.5. Pendulum Model Ganda

Pada gambar 2.6, ditunjukkan gerakan dalam permainan golf, dimulai dari backswing sampai pada downswing oleh pegolf professional.

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.6 pemodelan ayunan pukulan (a) pada awal downswing, (b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan club dan (d) pada saat terjadi impak

Untuk lebih dapat dipahami, gambar 2.6 dimodelkan seperti pada gambar 2.7. Gambar 2.7 menunjukkan gerakan lengan dan stik selama ayunan. Pemodelan yang digunakan untuk menganalisis gerakan ini didasarkan pada pendulum ganda. Dasar untuk model pendulum ganda berasal dari praktek modern, yaitu menjaga lengan kiri (untuk pegolf tangan kanan) lurus selama ayunan ke bawah.

Gambar 2.7. Model ganda pendulum dari ayunan golf, (a) pada awal downswing, (b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan klub dan (d) pada saat terjadi impak.

Dengan asumsi, di mana batang dan gagang pada massa tertentu diabaikan, nilai massa dari kepala stik akan menjadi acuan pehitungan gaya dorong.

m = ρ x V (2.1)

Nilai gaya dorong (F) stik dapat diperoleh dari perhitungan massa (m) dikali dengan percepatan (a). Dapat dihitung dengan persamaan:

F = m x a (2.2)

2.1.6 Data primer permainan golf

Kecepatan bola golf lebih tinggi dari pada kecepatan kepala stik pada saat impak. Cochran dan Stobbs (1968) melaporkan bahwa pegolf dunia mempunyai kecepatan club 272,2 m/s. Kecepatan ini sama dengan 160,9 km/h. Kecepatan bola selanjutnya adalah 362 m/s. Perbedaan kecepatan ini diakibatkan karena massa

bola yang lebih kecil. Fakta menunjukkan bahwa bola menjadi rata permukaannya pada saat impak, dan selama waktu 0,0005 detik kontak dengan bola elastis yang lepas dari kepala stik. Waktu kontak hampir sama untuk seluruh pukulan, bahkan untuk putting.

2.2 Material Stik Golf

Pada saat ini, material yang sedang dikembangkan untuk membuat stik golf adalah karet untuk pegangan, grafit untuk tangkai, dan titanium untuk kepala stik.

2.2.1 Grafit

Grafit adalah suatu modifikasi dari karbon dengan sifat yang mirip logam (penghantar panas dan listrik yang baik). Selain tidak cukup padat, grafit juga tidak terdapat dalam jumlah banyak di alam. Oleh karena itu, untuk keperluan peralatan teknik serta pembuatan elektroda, grafit harus dibuat secara sintetik. Pembuatan grafit alam atau grafit yang dibuat dari kokas diperkecil ukurannya, dicampur dengan ter atau resin sintetik, kemudian dipanaskan sehingga membentuk padatan (sintering) dalam 105 cetakan. Pada proses tersebut, bahan-bahan aditif terbakar menjadi arang. Pemanasan yang dilakukan sekali lagi sampai temperatur 3000°C akan menghasilkan lebih banyak grafit (grafit elektro). Untuk alat-alat seperti penukar panas, setelah pemanasan, grafit perlu diberi bahan aditif impregnasi (misalnya dempul dan serbuk grafit). Setelah proses impregnasi, ketahanan temperaturnya turun menjadi 165°C.

Sifat grafit adalah penghantar listrik dan panas yang cukup baik tetapi bersifat rapuh. Grafit merupakan konduktur listrik yang bisa digunakan sebagai

material elektroda pada sebuah lampu istrik (Rukihati, 1986). Pada temperatur yang lebih tinggi, grafit teroksidasi oleh asam nitrat berasap, khlor atau oksigen. Grafit hanya dapat dilarutkan dalam besi leleh. Ditinjau dari segi ketahanan terhadap korosi, grafit merupakan bahan yang bidang penggunaannya sangat luas.Bahan tersebut tahan terhadap semua asam dan sebagian besar basa hingga di atas 100°C.

Dalam udara, grafit dapat digunakan sampai kira-kira 1650C.Apabila tidak diimpregnasi, grafit dapat digunakan sampai 5000C. Pengolahan dan penggunaan: gumpalan-gumpalan grafit dipotong menjadi pelat atau dibuat langsung menjadi barang..

Grafit digunakan sebagai elektroda, bantalan luncur, ring penyekat, dan aditif untuk bahan pelumas. Grafit juga mempertinggi kemampuan lumas teflon. Barang yang seluruhnya dibuat dari grafit adalah alat penukar panas, cawan lebur, batu filter, pompa, dan pelat pecah. Grafit juga digunakan sebagai bahan pengisi.

Pada alat penyekat dan penghitung volume, sebagian peralatannya dibuat dari grafit (misalnya torak). Serat grafit dimanfaatkan untuk pelepasan muatan elektrostatik pada selubung ventilasi (Wikipedia, 2012). Data mekanik dari grafit bisa dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Karakteristik mekanik grafit

Sifat mekanik Besaran Satuan

Kekuatan tarik 2 Kgf/mm2

Massa Jenis 2,2 Kg/dm3

Kekerasan 1 HB

2.2.2 Titanium

Titanium adalah sebuah simbol Ti dan kuat, berkilau, tahan warna putih-metalik-keperakan. Titanium digunakan dalam (terutama dengan terbanyaknya, dihargai lebih mahal daripada

Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah bent Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Sifat titanium mirip dengan dapat di lihat dari table 2.2.

Table 2.2 karakteristik mekanik titanium

Sifat Mekanik Besaran Satuan

Modulus Young 116 GPa

Massa Jenis 4620 Kg/m3

Kekuatan tarik 44 GPa

Sumber: Wikipedia, 2012

Keuntungan titanium, sebagai berikut:

1. Salah satu karakteristik Titanium yang paling terkenal adalah sama kuat dengan

2. Kekuatan lelah (fatigue strength) yang lebih tinggi daripada paduan aluminium.

3. Tahan suhu tinggi. Ketika temperatur pemakaian melebihi 150 C maka dibutuhkan titanium karena aluminium akan kehilangan kekuatannya seacara nyata.

4. Tahan korosi. Ketahanan korosi titanium lebih tinggi daripada aluminium dan baja.

5. Dengan rasio berat-kekuatan yang lebih rendah daripada aluminium, maka komponen-komponen yang terbuat dari titanium membutuhkan ruang yang lebih sedikit dibanding aluminium.

6. Militer. Oleh karena kekuatannya, unsur ini digunakan untuk membuat peralatan perang (tank) dan untuk membuat pesawat ruang angkasa.

(Campbell, 2006)

2.3 Pengujian Stik Golf

Pengujian klub dianjurkan untuk menjaga kualitas terhadap pesaing di pasar yang sama dengan produk anda. Panjang dan berat ayunan juga harus dipertimbangkan. Pengujian terdiri dari membandingkan klub dengan menekan masing-masing pada kaki, pusat dan tumit klub. Off Data hit center memberikan informasi mengenai hilangnya jarak dan akurasi. Selain itu, data ini dapat memberikan informasi tentang bobot dari klub dan efek gigi nya. Pengujian poros merupakan bagian penting dari pengujian bobot. Melalui pengujian poros, dapat membandingkan manfaat dari berbagai jenis bahan. Berikut ini adalah daftar program untuk pengujian poros:

a. Tip Prosedur Untuk Lintasan Optimal

Bentuk pengujian ini digunakan untuk menentukan dengan tepat bagaimana poros harus berujung untuk mengoptimalkan lintasan, membawa, dan roll total bola golf.

b.Jarak Karakteristik

Dengan pengujian klub pada kecepatan yang berbeda dapat melihat hubungan antara karakteristik lentur dari poros dan pola jarak pada kecepatan yang ditetapkan. Ini akan memungkinkan anda untuk menentukan panjang dari sebuah klub didasarkan pada poros.

c.Karakteristik Dispersi

Dengan pengujian klub pada kecepatan yang berbeda klien akan dapat melihat hubungan antara karakteristik torsi poros dan pola dispersi pada kecepatan yang ditetapkan. Ini akan memungkinkan anda untuk menentukan akurasi dari klub didasarkan pada poros.

d.Jarak vs Kecepatan

Poros baja memiliki rentang kecepatan di mana mereka mencapai jarak optimal dan dispersi dalam kaitannya dengan kepala klub. Kecepatan pengujian akan mengevaluasi kinerja poros ini pada berbagai kecepatan untuk mengoptimalkan klub untuk berbagai kecepatan.

Untuk menguji poros dianjurkan bahwa kepala yang sama dapat digunakan pada semua klub diuji. Kepala dan klub, harus diperiksa untuk loft, lie, panjang,

berat, tonjolan, dan roll. Dengan cara itu anda telah mengisolasi poros sebagai variabel yang anda periksa. Setelah ini dicapai, kita dapat mengevaluasi poros berdasarkan jarak (panjang), dispersi (akurasi), lintasan, dan kecepatan kepala klub.

2.4 Teori Uji Tekan Statik

Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah kedua gaya menjauhi ujung benda (kedua gaya saling berjauhan), maka pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda tidak ditarik tetapi ditekan (gaya-gaya bekerja di dalam benda). Kekuatan tekan material adalah nilai tegangan tekan aksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian. Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan tekan dinamakan mampatan. Misalnya pada tiang-tiang yang menopang beban, seperti tiang bangunan mengalami tegangan tekan. Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen (biasanya silinder) akan menjadi lebih mengecil seperti menyebar lateral. (Ismoyo,1999). Perubahan benda yang disebabkan tegangan tekan dapat dilihat pada gambar 2.8.

Keterangan :

A = Luas penampang

F = Gaya yang bekerja sebagai penekanan L0 = Panjang awal

ΔL = Perubahan panjang, dimana : ΔL = L0 – L1

Dalam perancangan teknik yang sebenarnya sebagian besar kita bertumpu pada tegangan teknik. Pada kenyataannya, tegangan sebenarnya berbeda dengan tegangan teknik. Oleh sebab itu, material akibat beban tekan dapat dihitung dari penjelasan persamaan yang diberikan. Hal ini tentu saja karena perubahan luas penampang (A0) dan fungsi dari luas penampang A = φ (F) (Callister:2003). 1. Perbedaan nilai deviasi tegangan dapat disimpulkan sebagai berikut:

Pada kompresi, spesimen akan mengecil atau memendek. Material akan cenderung menyebar kearah lateral dan meningkatnya luas penampang.

2. Pada uji tekan, spesimen dijepit pada ujung – ujungnya. Untuk alasan ini, timbul gaya gesekan yang akan menentang penyebaran lateral ini. Berarti yang harus dilakukan untuk menghindari gaya gesekan ini harus dengan meningkatkan energi selama proses penekanan (Ismoyo,1999).

2.5. Elastisitas

Benda yang mendapatkan gaya diidealkan sebagai benda tegar, tidak mengalami perubahan bentuk bila mendapat gaya. Sesungguhnya benda mengalami perubahan bentuk saat mendapatkan gaya. Pada bagian ini akan dibahas tentang hubungan perubahan bentuk tersebut dengan gaya yang menyebabkannya.

2.5.1. Tekanan

Gambar 2.9 melukiskan suatu batang yang mempunyai penampang serba sama ditarik dengan gaya F pada kedua sisinya. Batang dalam keadaan tertarik. Bila dibuat irisan di batang (gambar b) yang tidak dekat ujung batang, maka pada irisan tadi terdapat tarikan dengan gaya F yang merata di penampang batang (sistem dalam keadaan seimbang).

Gambar.2.9 Batang yang ditarik oleh gaya (F) dari dua sisi

Dari sini dapat didefinisikan tegangan di irisan tersebut sebagai perbandingan antara gaya F dengan luas penampang A.

Tegangan : S = F/A ( N/m2 = Pascal) (2.3)

Tegangan tersebut disebut tegangan tarik.

Bila irisan tadi dibuat sembarang (membentuk sudut), maka luasannya menjadi A’ dan dan gaya F tadi bisa diurakan menjadi dua komponen, yaitu F⊥ (tegak lurus/normal terhadap A’ dan F⁄ ⁄ (sejajar/tangensial terhadap A’). Maka tegangan dapat diurakan menjadi :

Tegangan tangensial (geser) = F⁄⁄/A’ (2.5)

Demikian juga sebaliknya, bila gaya pada balok mengarah ke balok. Tegangannya disebut tegangan tekan.

2.5.2. Regangan

Bila gaya diberikan pada balok tersebut memberikan tegangan tarik, maka balok tersebut juga mengalami perubahan bentuk yang disebut regangan. Pada gambar 2.10 ditunjukkan batang yang mengalami peregangan.

Lo

ΔL

F L F

Gambar.2.10 Batang yang mengalami peregangan

Regangan tarik = (L – Lo)/Lo = ∆L/Lo (2.6) Regangan tekan dapat didefinisikan dengan cara sama, dengan ∆L sebagai pengurangan panjang

Bila gaya yang diberikan memberikan tegangan geser maka perubahan bentuk pada balok menjadi seperti pada gambar 2.11.

Gambar.2.11 Pergeseran bidang akibat gaya

Regangan dikarenakan tekanan hidrostatis disebit regangan volume : Regangan volume = ∆V/V (2.8)

2.5.3. Elastisitas Dan Plastisitas

Hubungan antara tegangan dan regangan menyatakan elstisitas bahan tersebut. Grafik tegangan sebagai fungsi regangan suatu logam dapat digambarkan seperti pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Grafik antara tegangan dan regangan

Bagian pertama (O - a) tegangan sebanding dengan regangan, a adalah batas proporsional tersebut. Dari a sampai b tidak sebanding lagi, tetapi bila beban diambil, kurva akan kembali ke titik a lagi. Titik a sampai b masih bersifat elastik dan b adalah batas elastik. Bila beban di ambil setelah melewati b, misal di c, kurva tidak kembali ke b tetepi kembali melellui garis tipis. Sehingga panjang tanpa tegangan menjadi lebih besar dari semula. Bila beban ditambah terus sampai

patah di d, d disebut titik patah. Bila b sampai d cukup besar, bahan tersebut bersifat ulet, tetapi kalau sangat pendek disebut rapuh (Haliday,1985).

2.5.4. Modulus Elastik

Perbandingan antara tegangan dan regangan disebut modulus elastik bahan.

2.5.4.1. Modulus Young

Bila kita perhatikan tegangan dan regangan tarik/tekan, sampai batas proporsional, perbandingan tegangan dan regangan disebut : modulus Young, Y :

Tegangan tarik Tegangan tekan

Y = =

Regangan tarik Regangan tekan

F⊥ / A’

Y = (2.9)

∆L / Lo

2.5.4.2. Modulus Geser

Modulus geser didefinisikan sebagi perbandingan tegangan geser dan regangan geser.

Tegangan geser

S = (2.10)

Regangan geser

F⁄⁄/A’ h F⁄⁄/ F⁄⁄/A

S = = = (2.11)

Modulus geser disebut juga modulus puntir, dan hanya terjadi pada zat padat.

2.5.4.3. Modulus Bulk (Balok)

Modulus ini menghubungkan tekanan hidrostatik dengan perubahan volumenya.

dp dp

B = - = - Vo (2.12) dV/Vo dV

Kebalikan dari modulus Bulk adalah kompresibilitas.

k = 1/ B (2.13)

2.6 Ayunan Bandul Sederhana

Pada gambar 2.13 ditunjukkan gerakan yang terjadi pada bandul sederhana.

Gambar 2.13 Gerakan bandul sederhana

Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan maka benda akan dian dititik keseimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A.

Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana. Bandul adalah

benda yang terikat pada sebuah tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan. Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan pada tahun 1602 oleh Galileo Galilei, bahwa perioda (lama gerak osilasi satu ayunan, T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatan gravitasi. Gerak osilasi (getaran) yang populer adalah gerak osilasi pendulum (bandul). Pendulumsederhana terdiri dari seutas tali ringan dan sebuah bola kecil (bola pendulum) bermassa m yangdigantungkan pada ujung tali, gaya gesekan udara kita abaikan dan massa tali sangat kecil sehingga dapat diabaikan relatif terhadap bola. Dengan bandul pun kita dapat mengetahui grafitasi di tempat bandul tersebut diuji. Bandul sederhana adalah sebuah benda kecil, biasanya benda berupa bola pejal, digantungkan pada seutas tali yang massanya dapat diabaikan dibandingkan dengan massa bola dan panjang bandul sangat besar. Ujung tali lain digantungkan pada suatu penggantung yang tetap, jika bandul diberi simpangan kecil, dan kemudian dilepaskan, bandul akan berosilasi (bergetar) di antara dua titik, misalnya titik A danB, dengan periode T yang tetap. Seperti sudah dipelajari pada percobaan mengenai, getaran, satugetaran (1 osilasi) didefinisikan sebagai gerak bola dari A ke B dan kembali ke A, atau dari B ke A dan kembali ke B, atau gerak dari titik A ke B dan kembali ke titik O. Ada beberapa parameter (atau variabel) pada bandul, yaitu periodenya (T), ), massa bandul (m),dan simpangan sudut (O) panjangnya (l).

Dengan pendekatan empiris dengan asumsi sebuah bandul, dengan massa m diikatkan pada sebuah tali dengan panjang L. Kemudian masssa ini ditarik kesamping sehingga tali membentuk sudut θ₀ dengan sudut vertikal dan dilepas dari keadaan diam. Prinsip kerjanya dapat dilihat

pada gambar 2.14.

Gambar 2.14. 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 bernilai nol dan energi potensial sistem bernilai mgh. Jadi energi total awal dari sistem adalah :

Ei= Ki + Ui = 0 + mgh (2.14)

Di mana:

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 (2.15) Di mana :

Ef = energy total akhir system Kf = energy kinetik akhir (William, 1986)

BAB 3

METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas metode penelitian yang dilakukan, mulai dari waktu penelitian, tempat penelitian, material yang digunakan, metode penelitian dan diagram alir penelitian.

3.1 Waktu Dan Tempat

Waktu penelitian, melingkupi waktu survei, desain, dan simulasi, dimulai pada akhir Februari 2012 sampai akhir Februari 2013.

Penelitian ini dilakukan di laboratorium Impact and Freacture Research Center (IFRC) unit I dan II program Magister dan Doktor Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.2 Material Yang Digunakan

Dalam penelitian ini, material yang digunakan adalah titanium untuk kepala dan grafit untuk tangkai stik. Alasannya, karena material tersebut adalah material standar yang digunakan pada stik golf pada umumnya.

3.3 Metode Penelitian

3.3.1 Pemodelan Stik Golf Redesain

Redesain stik golf dibuat menggunakan autodesk inventor. Autodesk inventor adalah software cad yang dapat digunakan untuk mendesain benda 2D atau 3D yang lebih kompleks (Curtis, 2010). Dimulai dari pembuatan sket redesain stik golf yang akan dibuat. Setelah itu, program secara otomatis akan

menggabungkan sket dan membuatnya menjadi solid. Pada gambar 3.1 ditunjukkan desain stik golf yang dibuat di autodesk inventor.

(a)

(b)

(c)

Setelah ketiga komponen dari stik didesain, langkah selanjutnya adalah menggabungkan setiap komponen. Gambar 3.2 menunjukkan stik golf yang sudah digabungkan.

Gambar 3.2 Desain stik golf yang sudah digabungkan

Bentuk permukaan pemukul yang didesain dibuat rata, sebagai variasi dari stik standar, dimana bentuk permukaannya cembung. Pada gambar 3.3 ditunjukkan bentuk permukaan pemukul yang rata.

Gambar 3.3 Kepala stik dengan bentuk permukaan pemukul didesain rata

Redesain stik golf yang dibuat adalah hanya pada variasi dari bentuk permukaan pemukul. Pada stik golf standar bentuk permukaan pemukul sedikit cembung, sedangkan pada redesain ini bentuk permukaan pemukul dibuat rata. Alasannya adalah untuk melihat perbedaan kekuatan pukulan dan distribusi tegangan yang terjadi.

3.3.2 Distribusi Tegangan

Untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) yang terjadi pada stik golf setelah terjadi pengimpakan, terlebih dahulu harus mengetahui dan membuat simulasi menggunakan software ansys 14.0. Ansys 14.0 adalah software analisa yang dapat menyelesaikan problem mechanical (Ifrc, 2012).

3.3.2.1 Simulasi

Setelah selesai didesain di autodesk inventor, hasil redesain di import ke ansys 14.0 untuk disimulasikan. Berikut langkah-langkah untuk simulasi yang dilakukan .

1.Buka program ansys14.0, dan pilih explicit dynamic, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4. Explicit dynamic digunakan untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan dinamik.

Gambar.3.4 Jendela utama ansys14.0

2. Pilih engineering data, kemudian isi data engineering yang akan digunakan, seperti ditunjukkan pada gambar 3.5. Data yang dipilih adalah data yang sudah ada pada software yaitu, titanium alloy,rubber, dan polyethylene. Pada simulasi ini juga menggunakan jenis material graphite, yang tidak terdapat pada software, sehingga harus ditambahkan.

Gambar 3.5 Jendela engineering data ansys 14.0

3. Return to project kemudian pilih geometri untuk mendesain geometri yang akan didesain. Karena desain gambar sudah dikerjakan terlebih dahulu pada cad inventor, maka gambar langsung di input ke ansys 14.0, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6. Dengan langkah, klik file, klik import external geometri file, pilih file yang dimaksu, dan klik generarte.

Gambar 3.6 geometri yang di input dari inventor

4. Pada model, pilih material untuk masing-masing komponen gambar sesuai material yang digunakan, seperti pada gambar 3.7, dengan langkah, klik part 1, kemudian pada kolom assignment, pilih titanium alloy. Ikuti langkah yang sama untuk part berikutnya. Part 2 pilih graphite, part 3 pilih rubber, dan solid pilih polyethylene.

Gambar 3.7 Jendela ansys, memasukkan material pada setiap komponen

5. Langkah berikutnya pemberian meshing pada benda, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8. Langkah-langkahnya adalah klik mesh, klik kanan pada body sizing, klik insert dan klik sizing. Ulangi langkah sampai body sizing 3. Kemudian klik kanan pada mesh dan pilih generate mesh.

Gambar 3.8 Pemberian meshing

6. Masukkan parameter simulasi, yaitu, nilai kecepatan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.9 (a), dengan langkah, klik Explicit dynamics, klik velocity, dan pada kolom total isi nilai kecepatann. Untuk waktu impak, seperti ditunjukkan pada gambar 3.9 (b), dengan langkah klik analysis settings dan pada kolom end time isi waktu impak. Dan untuk fixed support, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.9(c), dengan langkah klik kanan pada analysis settings, klik insert, klik fixed support, kemudian tentukan letak fixed support menggunakan face, dan klik apply.

(a)

(c)

Gambar 3.9 (c) penentuan fixed support (sambungan)

7. Langkah berikutnya adalah menentukan variabel yang akan disimulasi, dalam simulasi ini adalah tegangan dan regangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.10. Kemudian simulasi siap dijalankan. Dengan langkah klik kanan solution, klik insert, klik stress, klik equivalent (von-mises). Kemudian klik kanan solution lagi dan pilih solve.

Gambar 3.10 Menentukan variabel yang akan disimulasikan

Setelah langkah-langkah, secara garis besar di atas selesai, kita dapat memperoleh hasil simulasi yang diminta.

3.3.2.2 Mendapatkan Distribusi Tegangan Pada Permukaan Stik Golf

Untuk mendapatkan distribusi tegangan yang terjadi pada permukaan stik golf dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:

1. Dari hasil simulasi yang sudah didapatkan, ambil beberapa sampel elemen dari permukaan stik golf, yaitu pada daerah pegangan, batang dan kepala stik.

2. Kemudian, bandingkan tegangan yang terjadi pada setiap sampel elemen yang sudah diambil.

3. Dari data sampel elemen tersebut, dibuat grafik distribusi tegangan yang terjadi.

Dari analisa respon yang dilakukanini kita dapat menentukan nilai tegangan tertinggi dan terendah yang terjadi.

3.3.3 Membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain

berdasarkan hasil simulasi

Nilai tegangan yang sudah didapat dari stik golf Wilson dan stik golf redesain dibandingkan, mana yang mengalami nilai tegangan yang terbesar. Nilai tegangan yang didapat, diambil dari hasil simulasi yang sudah dilakukan menggunakan software ansys 14.0.

3.4 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir penelitian dibuat sebagai pedoman dalam melakukan penelitian ini. Diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.11.

tidak

Ya

Gambar 3.11 Diagram alir penelitian Mulai

Pengambilan data material peralatan dan data primer permainan golf (kecepatan dan waktu

impak)

Mendesain Geometri stik golf redesain

Input geometri ke ansys 14.0

Memasukkan data material dan data primer permainan golf serta pemberian mesh

Menentukan variabel yang akan dicari (tegangan)

Menjalankan program simulasi

Pengujian Hasil simulasi

Selesai Studi literatur

Kesimpulan dan saran hasil dan pembahasan

BAB 4

HASIL DAN ANALISA

Pada bab ini akan dibahas hasil dan analisa simulasi menggunakan ansys 14.0.

4.1 Pemodelan Stik Golf Redesain

Model stik golf yang didesain di inventor autodesk ditunjukkan pada gambar 4.1 (a), dan pada gambar 4.1 (b) ditunjukkan bentuk pemukul yang diredesain rata.

Gambar 4.1 (b) bentuk pemukul rata (sambungan) 4.2 Distribusi Tegangan Pada stik Golf

4.2.1 Perhitungan Nilai Tegangan Pada Permukaan Kepala Stik Golf Redesain Secara Teoritis

Tegangan yaitu perbandingan antara gaya dorong yang bersentuhan antara stik golf dan bola. Dengan demikian gaya (F) yang diberikan oleh stik golf berupa gaya dorong yang diperoleh melalui nilai tegangan ayunan stik, dengan bobot massa yang bergerak. Untuk itu perlu diketahui gaya dorong yang dihasilkan stik untuk memukul bola.

4.2.1.1 Perhitungan Gaya Dorong Stik

Dengan asumsi, di mana batang dan gagang pada massa tertentu diabaikan, dengan demikian nilai massa dari kepala stik yang akan menjadi acuan pehitungan gaya dorong.

Massa (m) stik diperoleh dari perhitungan massa jenis (ρ) dikali dengan

volume (V) = 96727 mm3 dari kepala stik.

m = 4620 kg/m3 x 96727 mm3

m = 4620 kg/m3 x 0,000096727 m3

m = 0,4468 kg

Nilai gaya dorong (F) stik dapat diperoleh dari perhitungan massa (m) dikali dengan percepatan (a). Vektor v ditunjukkan oleh tanda panah seperti pada gambar 4.2.

F = m x a di mana ;

= 244980 N

4.2.1.2 Perhitungan Nilai Tegangan Permukaan Pemukul Stik

Dengan asumsi, bahwa luas permukaan stik diperoleh dari area titik kontak. Tegangan yang bekerja pada kepala stik merupakan nilai tegangan yang terjadi pada massa (m) dan kecepatan yang sama.

Nilai tegangan (σ) diperoleh dari perhitungan gaya dorong (F) yang

dikenakan per satuan luas (A) permukaan. Luas permukaan yang dimaksud adalah area titik kontak antara bola dengan permukaan pemukul stik. Diasumsikan diameter titik kontak tersebut adalah 10 mm. Sehingga diperoleh luas permukaan:

A=

π

r2 A= 3,14 x 52

A= 78,5 mm2 = 0,0000785 m2

Sehingga,

σ

= F/A

= 244980 / 0,0000785

4.2.2 Hasil Simulasi

Hasil simulasi yang ditampilkan adalah untuk simulasi tegangan. Dengan menggunakan ansys 14.0 ini, kita dapat melihat distribusi tegangan pada stik golf.

Pada gambar 4.3 (a) ditunjukkan hasil simulasi tegangan dengan menggunakan ansys 14.0. Pada gambar 4.3 (b) ditunjukkan konsentrasi tegangan terbesar.

(a)

(b)

Gambar 4.3 (b) konsentrasi tegangan terbesar terjadi pada pemukul (sambungan) Bola yang dipukul menggunakan stik tepat mengenai permukaan pemukul pada titik di atas center dari permukaan pemukul. Dari hasil simulasi, terlihat distribusi tegangan pada permukaan pemukul. Saat stik diayunkan, dengan kecepatan 272,2 m/s, dan mengenai bola, distribusi tegangan mulai terjadi sampai 0,0005 s. Saat permukaan pemukul mengenai bola, akan mulai terjadi impak, yang akan menyebabkan stress (tegangan) pada stik golf.

Dari hasil simulasi dapat diketahui tegangan maksimum yang dihasilkan adalah 1.5579e9 Pa. Tegangan maksimum terjadi pada bagian sekitar kepala stik dan sambungan antara batang stik dengan kepala stik. Bila tegangan maksimum

ini terjadi pada bagian yang sama, saat bola dipukul mengenai titik yang sama, secara berulang-ulang akan menyebabkan perubahan bentuk (deformasi) bahkan terjadi kerusakan.

Pada tabel 4.1 ditunjukkan tegangan yang terjadi selama pengimpakan.

Tabel 4.1 tegangan selama pengimpakan.

Time [s] Minimum [Pa] Maximum [Pa] 1.1755e-038

0.

0. 2.5e-005 1.8987e+006

5.e-005 3.6901e+008 7.5e-005 1.8169e+009 1.e-004 3.1229e+009 1.25e-004 2.9697e+009 1.5e-004 1.0626e+009 1.75e-004 2.038e+009

2.e-004 1.9e+009 2.25e-004 1.609e+009

2.5e-004 2.0891e+009 2.75e-004 9.2049e+008 3.e-004 2.1189e+009 3.25e-004 8.1679e+008 3.5e-004 1.7043e+009 3.75e-004 1.8204e+009 4.e-004 1.0447e+009 4.25e-004 1.9716e+009 4.5e-004 1.0811e+009 4.75e-004 1.9744e+009 5.e-004 1.5579e+009

Dari tabel 4.1 kita dapat melihat perbedaan nilai tegangan yang terjadi pada pengimpakan untuk setiap waktunya, mulai dari sebelum pengimpakan sampai pada setelah pengimpakan, Pada gambar 4.4 ditunjukkan grafik antara kecepatan terhadap waktu impak.

Gambar 4.4 Grafik tegangan terhadap waktu impact

Pada grafik kita bisa melihat tegangan maksimum yang terjadi setelah pengimpakan. Patah terjadi pada tegangan maksimum 3.1229e+9 Pa.

4.2.3 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf

Untuk melihat distribusi tegangan pada stik golf, dapat diambil sampel elemen pada setiap bagian stik golf. Sampel yang di ambil sebanyak 10 sampel yang mewakili setiap bagian. Berikut 10 sampel yang di ambil dari bagian stik golf, seperti ditunjukkan pada gambar 4.5.

(a)

(b)

Gambar 4.5 Sampel elemen pada (a) pegangan dan tangkai, (b) permukaan pemukul dan sambungan

(c)

(d)

Gambar 4.5 (c) bagian bawah kepala stik, (d) bagian atas kepala sti (sambungan) Pada tabel 4.2 akan ditunjukkan distribusi tegangan untuk setiap sampel elemen yang ada pada komponen stik golf redesain ini.

Tabel 4.2 Distribusi tegangan untuk setiap elemen

Elemen tegangan maksimum (GPa)

1 0

2 0

4 0.1731

5 0.3462

6 1.3848

7 1.5579

8 0.6924

9 0.86549

10 0.3462

Dari tabel 4.2 diperoleh grafik distribusi tegangan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik distribusi tegangan pada stik golf

4.2.4 Perhitungan Momen Pada Kepala Pemukul

Pemukul yang begerak rotasi pada kecepatan tertentu, yang dikonversikan ke dalam kecepatan translasi, maka akan menghasilkan gaya dorong tertentu.

Tegangan

Di mana: m(kepala pemukul) = 0,4468 kg

v(kepala pemukul) = 272,2 m/s

t (impak) = 0,0005 s

F = 244980N

m(bola) = 5,434e-004kg

v(bola) = 0 (dalam keadaan diam)

Sehingga dapat ditentukan momentum yang terjadi pada kepala pemukul dan bola, yaitu:

Momentum pada kepala pemukul :

P = m x v

P = (0,4468 kg) x (272,2 m/s)

P = 121,61896 kg m/s

Momentum bola:

P = m x v

P = (5,434e-004 kg) x (0)

P = 0

Dengan asumsi, bahwa kecepatan pemukul tidak sama pada saat setelah memukul maupun pada saat sebelum memukul bola, v1 = v11 (untuk kecepatan kepala pemukul). Di mana v11 = 0.

4.2.5 Kesetimbangan Momentum

P = P1

m1 v1 + m2 v2 = (m1 + m2)v21

P1 + P2 = P11+ P21

121,61896 kg m/s +0= (0,4468 + 5,434e-004 kg) x v21

v21 = (121,61896 kg m/s) : (0,4473434 kg)

sehingga diperoleh v21 = 271,8693514 m/s

4.2.6 Momen Kopel

Momen kopel adalah momen yang terdapat pada permukaan kepala pemukul di mana terdapat 2 gaya yang sama besar bergerak berlawanan arah.

F l 1

-

l 2 F

sehingga persamaan umum untuk momen kopel :

M = F x l

Sehingga M1 = M2

Dengan asumsi, bola yang dipukul berada pada 3 titik pada permukaan pemukul, yaitu:

1. Senter (c) = ½ l ,

di mana l(panjang permukaan pemukul dari atas kebawah) = 67 mm, sehingga c = 33,5 mm.

2. Terletak pada l1 di atas titik center c, sehingga diperoleh:

l1= c – 14 mm

= 19,5 mm

3. Terletak pada l2 di bawah titik center, l1 = l2

Sehingga persamaan momen kopel, adalah:

1. Untuk titik senter:

M = F x 0

M = 0

2. Untuk titik di atas titik senter:

M = F x l1

M = 244980x 0,0195

M = 4777,11 N.m

Karena l1 = l2,

M = 4777,11 N.m

4.3 Perbandingan Hasil Simulasi Stik Golf Wilson dan Redesain

Untuk melihat perbandingan antara stik golf wilson dan redesain,pada gambar 4.7 ditunjukkan perbandingan hasil simulasi pada batang.

(a) (b)

Gambar 4.8, menunjukkan perbandingan hasil simulasi pada permukaan pemukul pada kepala stik.

(a) (b)

Gambar 4.8 Perbandingan hasil simulasi pada permukaan pemukul (a) redesain (b)wilson.

Dari data yang diperoleh, dapat dibuat tabel perbandingan hasil simulasi untuk distribusi tegangan yang terjadi, ditunjukkan pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Perbandingan distribusi tegangan antara redesain dan wilson. Elemen Nilai tegangan redesain (GPa) Nilai tegangan Wilson(GPa)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 1.3848 0.3462 0 0.70514 0.70514 0.88143 0 1.5866 0.17629 0 0

10 1.5579 0

Dapat dilihat perbandingan distribusi tegangan yang terjadi pada stik redesain dan stik wilson. Dari tabel di atas, dapat dibuat grafik perbandingan distribusi tegangan yang terjadi, seperti pada gambar 4.9.

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan distribusi tegangan tegangan

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini disajikan jawaban dari tujuan khusus penelitian ini dan saran.

5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa:

1. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan autodesk inventor. Redesain yang dilakukan hanya pada variasi bentuk permukaan stik golf, sedangkan untuk stik dan pegangannya dibuat sama seperti stik standar. Redesain dilakukan untuk mengurangi tegangan yang besar yang terjadi pada stik golf wilson. Dengan pemodelan redesain ini, diperoleh nilai tegangan maksimumnya, 1,5579 GPa, lebih kecil dari stik golf wilson.

2. Distribusi tegangan yang terjadi pada stik golf berbeda untuk setiap elemen. Dari 10 sampel yang diambil, terlihat bahwa tegangan terbesar terjadi pada bagian permukaan pemukul. Nilai tegangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 1.5579 GPa.

3. Dari hasil simulasi, diperoleh perbandingan antara stik standar wilson dengan stik redesain. Dimana nilai tegangan stik golf standar wilson lebih besar daripada nilai tegangan stik golf redesain. Terlihat perbandingan antara batang stik golf wilson dan redesain, di mana tegangan yang lebih rendah terjadi pada stik redesain. Pada stik Wilson, pada elemen 6

mengalami tegangan sebesar 1,5886 GPa, sedangkan pada stik redesain, pada elemen 6, 0 GPa.

5.2 Saran

1. Departemen Teknin Mesin menyediakan sarana (perangkat komputer) khusus untuk simulasi agar mahasiswa dapat terbantu bila akan melakukan penelitian seperti ini lagi.

2. Penelitian ini harus menggunakan perangkat komputer yang memiliki spesifikasi tinggi untuk mempermudah simulasi.

3. Mahasiswa yang ingin melanjutkan penelitian ini, dapat mengembangkan simulasi dengan memvariasikan material stik

DAFTAR PUSTAKA

Callister, William D Jr, 2003. Materials Science and Enginering. Utah: University of Utah.

Campbell, FC, 2006. Manufacturing Technology for Aerospace Stuctural Materials.

Cochran and Stobbs, 1968.The Search for My Perfect Swing.

Curtis,Waguespack and Loren Jaharus, 2010. Mastering Autodesk Inventor 2010. Indiana: Willey Publishing.

Halliday, Resnick, 1985. Fisika.Jakarta: Erlangga.

Ifrc, Team, 2012. Modul Workshop on The Application of Ansys for Engineering Problems. Medan: IFRC.

Ismoyo dan Smith M.J, 1999, Bahan Konstruksi dan Struktur Teknik (eds.2). Jakarta.

Kenneth, G. Budinski, 1996. Engineering Material. NewJersey: Upper Saddle River.

Purnomo, Edy, 2007. Pedoman Mengajar Dasar Gerak Atletik. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.

hysics of a golf swing

Robert, E. Krebs, 1998. The History and Use of our Earth Chemical Element. Westport, CT: Greenwood Press.

Rukihati, 1968. Diklat Keahlian Dasar Bidang Tenaga Atom Spektrografi Emisi. Jakarta: PUSDIKLAT-BATAN.

Sears, Zemansky. 1962. Fisika untuk Universitas (terjemahan). Jakarta: Binacipta. Stwertka, Albert, 1998. Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. Sumanto, 1994. Pengetahuan Bahan Untuk Mesin dan Listrik. Yogyakarta: Andi

Offset.

Wikipedia, 2012. Grafit Wikipedia, 2012. Sejarah Golf.

Maret 2012].

Wikipedia, 2012. Titanium.

2012].

Gambar 4.8, menunjukkan perbandingan hasil simulasi pada permukaan

pemukul pada kepala stik.

(a) (b)

Gambar 4.8 Perbandingan hasil simulasi pada permukaan pemukul

(a) redesain (b)wilson.

Dari data yang diperoleh, dapat dibuat tabel perbandingan hasil simulasi

untuk distribusi tegangan yang terjadi, ditunjukkan pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Perbandingan distribusi tegangan antara redesain dan wilson. Elemen Nilai tegangan redesain (GPa) Nilai tegangan Wilson(GPa)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 1.3848 0.3462 0 0.70514 0.70514 0.88143 0 1.5866 0.17629 0 0

10 1.5579 0

Dapat dilihat perbandingan distribusi tegangan yang terjadi pada stik

redesain dan stik wilson. Dari tabel di atas, dapat dibuat grafik perbandingan

distribusi tegangan yang terjadi, seperti pada gambar 4.9.

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan distribusi tegangan tegangan

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini disajikan jawaban dari tujuan khusus penelitian ini dan saran.

5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa:

1. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan autodesk inventor. Redesain

yang dilakukan hanya pada variasi bentuk permukaan stik golf, sedangkan

untuk stik dan pegangannya dibuat sama seperti stik standar. Redesain

dilakukan untuk mengurangi tegangan yang besar yang terjadi pada stik

golf wilson. Dengan pemodelan redesain ini, diperoleh nilai tegangan

maksimumnya, 1,5579 GPa, lebih kecil dari stik golf wilson.

2. Distribusi tegangan yang terjadi pada stik golf berbeda untuk setiap

elemen. Dari 10 sampel yang diambil, terlihat bahwa tegangan terbesar

terjadi pada bagian permukaan pemukul. Nilai tegangan maksimum yang

terjadi adalah sebesar 1.5579 GPa.

3. Dari hasil simulasi, diperoleh perbandingan antara stik standar wilson dengan stik redesain. Dimana nilai tegangan stik golf standar wilson lebih

besar daripada nilai tegangan stik golf redesain. Terlihat perbandingan

antara batang stik golf wilson dan redesain, di mana tegangan yang lebih

rendah terjadi pada stik redesain. Pada stik Wilson, pada elemen 6

mengalami tegangan sebesar 1,5886 GPa, sedangkan pada stik redesain,

pada elemen 6, 0 GPa.

5.2 Saran

1. Departemen Teknin Mesin menyediakan sarana (perangkat komputer)

khusus untuk simulasi agar mahasiswa dapat terbantu bila akan melakukan

penelitian seperti ini lagi.

2. Penelitian ini harus menggunakan perangkat komputer yang memiliki

spesifikasi tinggi untuk mempermudah simulasi.

3. Mahasiswa yang ingin melanjutkan penelitian ini, dapat mengembangkan

DAFTAR PUSTAKA

Callister, William D Jr, 2003. Materials Science and Enginering. Utah: University of Utah.

Campbell, FC, 2006. Manufacturing Technology for Aerospace Stuctural Materials.

Cochran and Stobbs, 1968.The Search for My Perfect Swing.

Curtis,Waguespack and Loren Jaharus, 2010. Mastering Autodesk Inventor 2010. Indiana: Willey Publishing.

Halliday, Resnick, 1985. Fisika.Jakarta: Erlangga.

Ifrc, Team, 2012. Modul Workshop on The Application of Ansys for Engineering Problems. Medan: IFRC.

Ismoyo dan Smith M.J, 1999, Bahan Konstruksi dan Struktur Teknik (eds.2). Jakarta.

Kenneth, G. Budinski, 1996. Engineering Material. NewJersey: Upper Saddle River.

Purnomo, Edy, 2007. Pedoman Mengajar Dasar Gerak Atletik. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.

hysics of a golf swing

Robert, E. Krebs, 1998. The History and Use of our Earth Chemical Element. Westport, CT: Greenwood Press.

Rukihati, 1968. Diklat Keahlian Dasar Bidang Tenaga Atom Spektrografi Emisi. Jakarta: PUSDIKLAT-BATAN.

Sears, Zemansky. 1962. Fisika untuk Universitas (terjemahan). Jakarta: Binacipta.

Stwertka, Albert, 1998. Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press.

Sumanto, 1994. Pengetahuan Bahan Untuk Mesin dan Listrik. Yogyakarta: Andi Offset.

Wikipedia, 2013. Golf

Wikipedia, 2012. Grafit

Wikipedia, 2012. Sejarah Golf. Maret 2012].

Wikipedia, 2012. Titanium.

2012].