commit to user
IV-8 spesimen sesuai standar 76 mm x 20 mm x 12 mm menggunakan spesimen
komposit serat alam berupa
medium density fiberboard
MDF. g.
Faktor
maintenance
, alat uji geser perawatannya mudah. Cukup dibersihkan setelah melakukan pengujian, melakukan kalibrasi
load cell
secara berkala dan mengecek
level
oli pada tanki
power
pack. Terdapat lubang di bawah spesimen agar setiap pengujian bekas patahan spesimen langsung dapat terbuang.
h. Faktor meja, meja utama sebagai peletakan
fixture
alat uji geser. Rancangan meja dibuat supaya meja tetap pada peletakannya namun
fixture
alat uji dapat diganti-ganti menyesuaikan proses pengujian yang dikehendaki. Meja
dirancang mudah dipindah-pindah dengan memberi roda pada kaki-kaki meja.
4.1.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser
Konsep perancangan dilakukan untuk memberikan gambaran mengenai kebutuhan pengguna yang kemudian diwujudkan dalam spesifikasi produk hingga
muncul satu konsep perancangan yang akan dijadikan acuan dalam perancangan alat uji geser. Konsep perancangan meliputi bentuk dasar, dimensi utama yang
fungsional, dan mekanisme kerja. Gambaran secara garis besar alat uji geser yang akan dibuat mempermudah perhitungan teknik dalam menentukan konstruksi awal
alat, memberikan bentuk awal dari alat dan penentuan peletakan komponen- komponen penyusun alat. Untuk selanjutnya penjabaran konsep perancangan alat
uji geser lebih jelas lagi disajikan pada tabel 4.5.
commit to user
IV-9
Tabel 4.5 Penjabaran konsep perancangan penyusun utama alat uji
No Fitur
Penjabaran
1. Panjang : 1000 mm
Dimensi panjang meja berukuran 1000 mm berdasarkan pertimbangan bahwa panjang dan lebar meja utama
digunakan sebagai alas dan tempat peletakan silinder hidrolik dan fixture alat uji.
2. Lebar : 600 mm
Dimensi panjang meja berukuran 1000 mm berdasarkan pertimbangan bahwa panjang dan lebar meja utama
digunakan sebagai alas dan tempat peletakan silinder hidrolik dan fixture alat uji.
3. Tinggi : 990 mm
Tinggi keseluruhan meja utama ditambah dengan roda jalan ditiap kaki-kaki meja 900 mm sesuai dengan tinggi siku
berdiri pengguna alat uji.
4. Sistem pembebanan : Hidrolik
power pack
Penggunaan sistem hidrolik
power pack
sebagai sistem penggerak dengan tujuan alat mampu memberikan
pembebanan secara bertahap berkelanjutan dan menghasilkan laju silinder yang halus dengan besar beban
yang dihasilkan dapat diatur melalui
pressure control valve
5. Penggerak : Motor listrik
Media penggerak hidrolik
power pack
berupa motor listrik 3 phase 2 HP 1480 rpm dengan perantara ke gear pump
berupa chain couple yang terletak antara motor listrik dan gear pump
6. Roda dan
handle
Supaya mempermudah pengguna alat uji ketika memindahkan
alat uji
dari atau ke tempat penyimpanan maka dibutuhkan kompenen pendukung berupa roda.
Mekanik hanya perlu menarik atau mendorong seorang diri saja, tidak perlu mengangkat dengan bantuan orang lain.
7. Keakurasian alat :
Load Cell
Penggunaan sensor beban
Load cell
tipe LFB dengan jenis pembebanan langsung mampu memperlihatkan keakurasian
nilai hasil pengujian dan keterulangan alat terhadap spesimen.
8. Sistem pembacaan :
Weighing Incicator
Hasil nilai pembebanan melalui load cell ditiap pengujian diperlihatkan melalui alat pembaca atau weighing indicator
yang mendeteksi nilai tertinggi kepatahan spesimen.
9. Sistem kendali alat uji
Sistem kendali sederhana yang digunakan untuk mengoperasikan alat uji geser. Tombol maju untuk
menjalankan silinder maju, tombol mundur untuk memundurkan silinder, tombol untuk menjalankan dan
memberhentikan motor listrik dan kendali pengatur besar pembebanan yang dikendalikan melalui inverter.
1. Bentuk dasar alat uji geser.
Bentuk dasar alat uji geser disesuaikan dengan desain alat uji geser yang sudah ada, yaitu desain alat uji geser
Iosipescu
. Desain uji geser
Iosipescu
inilah yang kemudian diadopsi sebagai ASTM D5379-98 pada standarisasi internasional
sehingga peneliti menggunakan dasar penelitian uji geser
Iosipescu
sebagai acuan dalam merancang alat uji geser.
commit to user
IV-10
Gambar 4.4 Bentuk dasar alat uji geser
Sumber: ASTM international, 1999
2. Dimensi utama alat uji geser.
Dimensi utama alat uji geser terdapat pada bagian pencekaman spesimen. Sistim pencekaman alat uji geser berusaha untuk tetap mempertahankan spesimen
mengalami deformasi pada bagian tengah.
Gambar 4.5 Gambar bagian dimensi utama alat uji geser
Sumber: ASTM international, 1999
commit to user
IV-11
Gambar 4.6 Gambar 3D rancangan alat uji geser tampak isometri
Gambar 4.7 Gambar 2D rancangan alat uji geser tampak atas
commit to user
IV-12 4.1.4
Bill of Materials Alat Uji Geser
Proses perancangan alat uji geser menyesuaikan dengan spesimen benda uji berbahan dasar komposit serat alam yang telah ditentukan pada ASTM D5379-98.
Spesifikasi alat uji geser dan komponen penyusunnya dijelaskan melalui
bill of material
BOM.
Bill of material
BOM merupakan daftar dari semua material,
parts
, dan
subassemblies
, serta kuantitas dari masing-masing yang dibutuhkan untuk memproduksi satu unit produk atau
parent assembly
. BOM juga didefinisikan sebagai cara komponen-komponen itu bergabung ke dalam suatu
produk selama proses produksi.
Gambar 4.8 Rancangan alat uji geser
Rancangan alat uji geser bekerja secara geser melintang atau horizontal. Sistem penggerak menggunakan tenaga
hidraulic power pack
, pengendalian
Shear tester Panel box
Silinder hidrolik
Meja utama
Pwer pack unit Load cell
commit to user
IV-13 keseluruhan alat pada
panel box
. Gambar 4.9 menjelaskan rancangan alat uji geser tersusun dari beberapa komponen.
Alat uji geser Komponen meja utama
Power pack inc. cylinder hydraulic
Komponen kelistrikan Load cell
Komponen utama Komponen pendukung
R a
n g
k a
p ro
fil C
G e
a r p
u m
p 4
c c
r e
v M
o to
r l is
tr ik
2 H
P 1
4 5
rp m
O n
e w
a y
th ro
ttl e
v a
lv e
4 3
s o
le n
o id
v a
lv e
P u
m p
ta n
k 2
l S
u b
d is
tr ib
u s
io n
p a
n e
l P
e n
d is
tr ib
u s
i d a
y a
P e
n e
rim a
d a
y a
P e
ra la
ta n
k o
n tr
o l
k o
n ta
k to
r 3 p
h a
s e
P u
s h
b u
tto n
P e
n g
a m
a n
u ta
m a
In v
e rte
r 2 h
p 1
to 3
p h
a s
e M
C B
3 p
h a
s e
P e
n g
a m
a n
li s
tr ik
T h
e rm
a l o
v e
rlo a
d r
e la
y K
a b
e l p
e n
g h
a n
ta r
N Y
Y 4
x 6
m m
2 K
a b
e l p
e n
g h
a n
ta r
N Y
Y 4
x 6
m m
2 W
e ig
h in
g in
d ic
a to
r A
d ju
s ta
b le
ja w
m o
v a
b le
g rip
_ fix
A d
ju s
ta b
le ja
w m
o v
a b
le g
rip B
a s
e p
la te
S to
p p
e r
B u
s h
in g
R a
il F
ix g
rip M
o v
a b
le g
rip M
e ja
u ta
m a
C o
n tr
o l p
a n
e l
Gambar 4.9 Bill of material alat uji geser
Gambar 4.9
bill of material
alat uji geser dijelaskan dari setiap komponen penyusun beserta fungsinya, yaitu:
1. Alat uji geser, serangkaian gabungan beberapa komponen penyusun yang
berfungsi sebagai alat uji geser terhadap suatu material. 2.
Komponen meja utama, berfungsi sebagai penyangga komponen-komponen penyusun alat untuk digunakan dalam pengujian.
3.
Power pack unit
, serangkaian gabungan komponen pendukung yang dirangkai menjadi sebuah alat yang berfungsi sebagai sumber penggerak dalam alat uji
geser. 4.
Komponen kelistrikan
panel box
, serangkaian komponen yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik ke peralatan-peralatan proses dari sumber
listrik.
commit to user
IV-14 5.
Load cell
, sebagai media untuk mengetahui besar beban
force
yang dikenakan terhadap alat uji geser sehingga didapatkan nilai batas patah
spesimen yang ditampilkan nilainya melalui
weight indicator.
6. Komponen utama, merupakan komponen atau
part
utama sebagai penyusun alat uji geser.
7. Komponen pendukung, serangkaian gabungan beberapa komponen atau
part
penyusun alat uji geser yang digunakan sebagai pendukung komponen utama.
Alat uji geser
Komponen pendukung
Standa rd part
Komponen utama
Movable grip Main table plate
Fixed grip Panel box
Meja
Hidraulic power pack
Load cell + Weighing indicator
dan
outside dial A. Jaw Movable
Gr ip_Fix
Tangki hidrolik
Motor hidrolik
Pompa hidrolik
Silinder hidrolik
A. Jaw Movable Grip
Rail Bushing
Stopper
Gambar 4.10 Bill of materials parts alat uji geser
BOM alat uji geser meliputi 3 komponen yaitu: komponen utama, komponen pendukung, dan
standard part
. Penjelasan tiap-tiap komponen sebagai berikut:
1. Komponen utama penyusun alat uji geser.
Fixture
uji geser merupakan bagian alat uji geser yang berhubungan langsung dengan spesimen uji geser. Alat uji geser dirancang sesuai dengan
standar ASTM D5379-98 dengan kesesuaian geometri rancangan terhadap spesimen.
commit to user
IV-15
Gambar 4.11 Rancangan fixture uji geser
Gambar 4.11 menjelaskan gambaran dari rancangan uji geser yang digunakan sebagai tempat meletakkan spesimen pada saat pengujian.
Fixture
tersebut memiliki beberapa
part
sebagai berikut: a.
Fixed grip.
Fixed grip
merupakan salah satu
part
atau item yang menyusun alat uji geser secara keseluruhan. Pada
part
ini,
fixed grip
berfungsi sebagai pencekam
clamp
spesimen dan
part
pendukung lain
Adjustable jaw movable grip fix
yang pada pengoperasian alat uji,
fixed grip
berada dalam keadaan diam. Secara geometris
fixed grip
mempunyai dimensi panjang 100 mm, lebar 95 mm dan tebal 50 mm. Material yang dipilih untuk digunakan
sebagai
fixed grip
adalah jenis baja
steel
60 St 60 yang mempunyai nilai batas patah
s
b
sebesar 600 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 420 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 4 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
commit to user
IV-16
Gambar 4.12 Fixed grip
b. Movable Grip.
Movable grip
termasuk salah satu
part
atau item sebagai penyusun komponen utama alat uji geser.
Movable grip
berfungsi sebagai pencekam
clamp
spesimen dan
part
pendukung lain
Adjustable jaw movable grip
yang pada pengoperasian alat uji geser,
movable grip
berada dalam keadaan bergerak. Proses terjadinya
crack
patah spesimen terjadi dikarenakan pergerakan dari
movable grip
yang bergerak mendesak spesimen secara linear. Secara geometris
movable grip
mempunyai dimensi panjang 100 mm, lebar 90 mm dan tebal 49 mm. Material yang dipilih untuk digunakan
sebagai
movable grip
adalah jenis baja
steel
60 St 60 yang mempunyai nilai batas patah
s
b
sebesar 600 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 420 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 4 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
Gambar 4.13 Movable grip
commit to user
IV-17 c.
Base plate.
Base plate
merupakan bagian paling dasar yang menopang
fixed grip
dan
movable grip
dalam peletakannya. Peletakan
base plate
terhadap komponen utama meja disesuaikan dengan ketinggian silinder hidrolik dan
load cell.
Pada
base plate
peletakan komponen penyusun alat uji geser. Secara geometris
base plate
mempunyai dimensi panjang 200 mm, lebar 180 mm dan tebal 10 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai
base plate
adalah jenis baja
steel
37 St 37 atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah
s
b
sebesar 370 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 280 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1,5 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
Gambar 4.14 Base plate
d. Adjustable jaw movable grip fix.
Adjustable jaw movable grip fix
berfungsi sebagai pencekam
clamp
spesimen terhadap
fixed grip
pada saat proses pengujian
. Adjustable jaw movable grip fix
dirancang dapat bergerak secara melintang supaya dapat menyesuaikan dengan lebar spesimen yang dicekam. Secara geometris
adjustable jaw movable grip fix
mempunyai dimensi panjang 50 mm, lebar 30 mm dan tebal 35 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai
base plate
adalah jenis baja
steel
37 St 37 atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah
s
b
sebesar 370 Nmm
2
dengan batas
commit to user
IV-18 minimum patah sebesar 280 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan
1,5 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
Gambar 4.15 Adjustable jaw movable grip_fix
e. Adjustable jaw movable grip.
Adjustable jaw movable grip
berfungsi sebagai pencekam
clamp
spesimen terhadap
movable grip
pada saat proses pengujian.
Adjustable jaw movable grip
dirancang dapat bergerak secara melintang supaya dapat menyesuaikan dengan lebar spesimen yang dicekam. Secara geometris
adjustable jaw movable grip
mempunyai dimensi panjang 50 mm, lebar 30 mm dan tebal 35 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai
adjustable jaw movable grip
adalah jenis baja
steel
37 St 37 atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah
s
b
sebesar 370 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 280 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan
1,5 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
Gambar 4.16 Adjustable jaw movable grip
commit to user
IV-19 f.
Stopper.
Stopper
merupakan komponen penyusun alat uji geser yang berfungsi sebagai batas pergerakan
movable grip
terhadap rail dengan panjang pergerakan yang telah dirancang dengan batas pergeseran patah spesimen.
Secara geometris
stopper
mempunyai dimensi panjang 60 mm, lebar 30 mm dan tebal 30 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai stopper
adalah jenis baja
steel
37 St 37 atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah
s
b
sebesar 370 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 280 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
Gambar 4.17 Stopper
g. Rail.
Rail
termasuk komponen penyusun alat uji geser yang berfungsi sebagai jalan pergeseran alat uji geser secara keseluruhan. Fungsi lain dari
rail
adalah menopang
movable grip
supaya tetap
alignment
dalam pergerakannya. Secara geometris
rail
mempunyai diameter 10 mm, dan panjang 120 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai
rail
adalah jenis baja VCL atau setara dengan baja paduan keras 7225 yang mempunyai
nilai batas patah s
b
sebesar 1100 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 700 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan turning konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 0,5 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
commit to user
IV-20
Gambar 4.18 Rail
h. Bushing.
Bushing
merupakan komponen penyusun alat uji geser, namun fungsi
bushing
sebenarnya adalah sebagai komponen pendukung antara rail dengan
movable grip
dalam pergerakannya.
Bushing
dipilih menggunakan material kuningan
brass
dengan pertimbangan jika sering terjadi kontak gesek antara
bushing
dengan
rail
, pada
part bushing
yang mengalami kerusakan daripada
part rail
. Secara geometris
bushing
mempunyai diameter 25 mm, dan panjang 40 mm dan berjumlah 2 pc. Material yang dipilih untuk
digunakan sebagai
bushing
adalah jenis material kuningan
brass
320 Nmm
2
dengan batas minimum patah sebesar 265 Nmm
2
. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan
fixed grip
meliputi proses mesin potong gergaji, permesinan milling konvensional atau
otomatis dengan estimasi pengerjaan 1 jam dari
raw
material sampai produk jadi.
Gambar 4.19 Bushing
2. Komponen pendukung alat uji geser.
Rancangan alat uji geser diperlukan komponen pendukung utama
main base unit
yang merupakan komponen untuk mendukung proses pengujian alat uji geser secara keseluruhan sehingga diperoleh hasil pengujian yang
memenuhi kebutuhan.
Main base unit
terbagi menjadi beberapa bagian sebagai berikut:
commit to user
IV-21 a.
Meja utama. Berfungsi sebagai rangka utama dan tempat peletakan
fixture
alat uji keseluruhan yang terdiri dari komponen utama dan komponen pendukung
yang terpasang menjadi satu kesatuan. Meja utama dirancang sefleksibel mungkin agar dapat dipindahkan dengan mudah dan tidak memakan banyak
tempat pada saat penyimpanan.
Gambar 4.20 Meja utama
Pemilihan material penyusun meja utama adalah besi profil C tebal 3 mm. Geometri meja berukuran panjang 90 cm, lebar 60 cm dan tinggi 90 cm.
Proses pembuatan meja utama melalui proses manufaktur konvensional dengan mesin gerinda potong sebagai alat potong dan menggunakan las
listrik sebagai alat pembangun meja. b.
Panel box. Kontrol alat uji diatur melalui
panel box
dimana
panel box
merupakan tempat peletakan seluruh komponen elektrik yang berfungsi sebagai
pengatur kendali pengoperasian alat uji geser.
Panel box
berbahan dasar plat besi tebal 1 mm dengan dimensi panjang 400 mm, lebar 300 mm, dan tebal
150 mm. Peletakan komponen terbagi menjadi dua bagian yaitu sisi depan gambar 4.21 dan sisi dalam gambar 4.22.
commit to user
IV-22
Gambar 4.21 Sisi depan panel box
keterangan:
1. Forward Push button
2. Reverse Push button
3. OnOff Push button
4. Inverter
Gambar 4.22 Sisi dalam panel box
keterangan:
5. MCB
6. Kontaktor
7. Relay
8. Overload
9. Terminal
c. Hydraulic powerpack.
Hydraulic powerpack
merupakan penyedia sumber tenaga untuk pergerakan silinder hidrolik.
Hydraulic powerpack
memiliki komponen yang tersusun dari tangki kapasitas 20 liter, motor 3
phase
,
valve
53
double solenoid
, pompa 4 ccrev,
check valve
, dan
manometer
. 7
6 5
4 3
2
1
8
9
commit to user
IV-23
Gambar 4.23 Hydraulic powerpack
d. Silinder hidrolik.
Silinder hidrolik merupakan bagian yang melakukan kontak dari proses pembebanan terhadap alat uji. Silinder hidrolik meneruskan gaya yang
dihasilkan dari pompa hidrolik
Hydraulic powerpack
dengan besaran yang dapat diatur. Silinder hidrolik dipilih melalui catalog silinder hidrolik
standar dengan besar pembebanan maksimal sebesar 300 bar.
Gambar 4.24 Silinder hidrolik
e. Load cell.
Load cell
merupakan alat media pembaca beban yang digunakan untuk mengukur
force
yang terjadi saat silinder hidrolik menekan
fixture
alat uji.
Load cell
diambil dari jenis
low profile
tipe LFB dengan beban maksimum
load cell
sebesar 2 ton.
Gambar 4.24 Load cell
commit to user
IV-24 f.
Weighing indicator.
Weighing indicator
merupakan komponen yang berfungsi untuk menampilkan besar
force
yang dibaca
load cell
ke dalam tampilan berbentuk digital.
Weighing indicator
mampu melakukan penyimpanan data maksimum terakhir saat spesimen mengalami proses
fracture.
Gambar 4.26 Weighing indicator
g. Dial indicator.
Proses pengujian alat uji mengalami pergerakan
fixture
alat uji disertai pembebanan tehadap spesimen. Pergerakan yang terjadi pada
fixture
alat uji geser yang disertai proses deformasi atau
fracture
pada spesimen diukur menggunakan
dial indicator
.
Gambar 4.27 Dial indicator 4.2
PERHITUNGAN TEKNIK DAN PENENTUAN KOMPONEN
Tahap perhitungan teknik dilakukan pada tiap komponen yang membutuhkan perhitungan dan perancangan konstruksi sebagai dasar pemilihan
rancangan. Pada tahap-tahap pengolahan data lebih lengkap dapat dilihat pada sub-bab selanjutnya.
commit to user
IV-25 4.2.1
Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser
Mekanika struktur rancangan alat uji geser adalah urutan perhitungan awal untuk menentukan rancangan desain dan geometris alat uji geser sesuai dengan
perhitungan mekanika teknik. 1.
Perhitungan beban kekuatan spesimen. Konstruksi awal alat uji diperoleh melalui perhitungan beban maksimum
yang digunakan sebagai acuan dasar untuk perhitungan mekanika konstruksi dan pemilihan hidrolik
power pack
. Besarnya pembebanan yang diperoleh pada saat pengujian ditentukan oleh ukuran dan kekuatan maksimum spesimen yang
telah ditentukan terlebih dahulu. Besar nilai standar 100 MPa spesimen yang digunakan berasal dari pemilihan jenis serat
fiber glass
dengan
matrix
penyusun komposit dari
polypropylene
PP
.
Dengan menggunakan
fiber glass
sebagai penetapan penentuan kapasitas maksimum alat uji, diharapkan sudah mewakili atas kekuatan maksimum dari spesimen
natural fiber
yang sudah ada. Pada pengujian geser diasumsikan juga batas kekuatan geser spesimen
mempunyai nilai sama dengan kekuatan geser spesimen yang ada pada literatur
fiber-reinforced composites material, manufacturing and design
2007.
Gambar 4.28 Spesimen uji geser
Besar pembebanan maksimal
tensile strength
100 MPa dan luas penampang bidang patahan 20 mm x 10 mm dapat dihitung besar
force
yang diperlukan dengan persamaan, sebagai berikut:
commit to user
IV-26 a.
Luasan bidang geser spesimen.
2
200 10
20
mm A
mm mm
A t
l A
= ´
= ´
=
b. Besar beban maksimal yang mampu diterima spesimen 100 MPa.
N F
mm MPa
F mm
F MPa
A F
P
20000 200
100 200
100
2 2
= ´
= =
=
dengan:
P = Shear strength
spesimen 100 MPa = 100 Nmm
2
.
A= P x L
. Luasan spesimen bidang kontak dengan alat uji geser. Bidang kontak
dengan alat uji berupa persegi panjang, jika panjang 20 mm dan lebar 10 mm maka luasan bidang adalah 200 mm
2
. Pada rancangan ini tidak diberikan faktor
overload
dikarenakan pada pemilihan spesimen telah dipilih dari jenis spesimen
fiber glass
yang mempunyai
shear strength
diatas jenis spesimen
natural fiber
, maka besar gaya geser yang ditetapkan pada rancangan sebesar 20 KN.
2. Perhitungan beban kekuatan alat uji geser.
Perhitungan mekanika konstruksi dihitung pada titik kritis yang terjadi pada konstruksi alat uji geser. Titik kritis pada konstruksi alat uji geser terjadi
pada
movable grip
dan
rail
sebagai media penahan atau pencekam spesimen dan sebagai shaft penahan momen yang terjadi pada bibir pencekaman.
commit to user
IV-27 a.
Perhitungan titik kritis movable grip.
Gambar 4.29 Skema pembebanan titik kritis movable grip
dengan;
b
= tebal benda = 49 mm
h
= tinggi benda = 25 mm
F=
beban hidrolik = 20 KN ·
Perhitungan titik berat bidang kontak
c
,
c
=
titik berat benda
=
h 2
1
mm benda
berat titik
c 5
, 12
25 2
1 =
= =
· Perhitungan momen inersia bidang kontak
I
, 12
3
bh square
inersia I
= =
3 3
08 ,
63802 12
25 49
mm square
inersia I
= =
=
commit to user
IV-28
Gambar 4.30 Skema gaya pada movable grip
Gambar 4.28 merupakan skema gaya pada
movable grip
. Jarak antar titik pembebanan sebesar
F
= 20 KN terhadap dinding bidang patahan berjarak
l =
48 mm. ·
Perhitungan momen gaya M,
M
max
= momen maksimum
mm N
M mm
N M
l F
M
3 3
10 .
960 48
. 10
. 20
. =
= =
b. Perhitungan menentukan kekuatan material
max
s ,
2 max
2 3
max max
max
08 ,
188 02
, 63802
5 ,
12 .
10 .
960
mm N
mm mm
mm N
I c
M
= =
=
s s
s
Sesuai hasil perhitungan kekuatan material didapatkan hasil 188,08 Nmm
2
, sedangkan pemilihan material pada penjelasan BOM St 60 memiliki
kekuatan material 600 Nmm
2
. Perbandingan kekuatan material yang terjadi adalah 188,08 Nmm
2
≤ 600 Nmm
2
. Jadi material yang dipilih dan digunakan sudah memenuhi syarat untuk konstruksi kekuatan.
Langkah selanjutnya adalah perhitungan defleksi yang terjadi pada
movable grip
. Gambar 4.29 menjelaskan defleksi yang terjadi pada
movable grip
. Spesimen dianggap tegar dan kuat sebagai asumsi dasar perhitungan
sehingga
movable grip
seakan-akan mengalami defleksi.
commit to user
IV-29 c.
Perhitungan defleksi pada
movable grip
, yaitu:
EI PL
v
3
3 max
= dengan;
Vmax
= Besarnya defleksi
µ
m
P=
Beban maksimum kN
l
= Jarak
F
1
dengan
F
2
m
E=
Modulus elastisitas Gpa
I
= Momen inersia m
4
m v
x x
x v
EI PL
v
m
5 ,
58 10
3 ,
6 200
3 048
, 20000
3
max 8
3 max
3 max
= =
=
-
Gambar 4.31 Skema defleksi pada movable grip
Syarat konstruksi aman yaitu defleksi material
Vmax
≤ 110 dari pertambahan spesimen uji
∆
l
. Pertambahan panjang dihitung sebagai berikut:
Mencari besarnya regangan dengan
E
sp
adalah 6000 Nmm
2
didapat dari modulus regangan serat alam menurut Pickering 2008.
∆
l
=
l
x e
s =
E
spesimen
0167 ,
10 6
100
2 3
2
= ´
= =
e e
s e
mm N
mm N
E
sp sp
commit to user
IV-30 Peubahan panjang material akibat defleksi material,
e ´
= D
l l
= 76 mm x 0,0167 = 1,2692 mm, dimana 110
∆
l
= 0,126 mm Perhitungan 110 pertambahan panjang spesimen 0,126 mm sedangkan
defleksi maksimal yang terjadi pada
lower jig
58,5
µ
m. Maka perbandingannya adalah 58,5
µ
m ≤ 0,126 mm. Jadi material dengan
kekuatan dan dimensi yang dipilih dan digunakan sudah memenuhi konstruksi perhitungan kekuatan dan defleksi material.
d. Perhitungan dan pemilihan material rail.
Proses perhitungan dan pemilihan material rail dilakukan dengan tujuan untuk menentukan konstruksi geometri yang sesuai untuk rail. Besar beban
yang diterima rail sangat besar karena menerima pembebanan akibat pergerakan movable grip pada saat proses pengujian berjalan. Perhitungan
konstruksi rail diasumsikan letak movable grip berada ditengah-tengah rail saat proses pembebanan berlangsung.
Gambar 4.32 Skema titik kritis pada rail shaft
commit to user
IV-31
KN F
mm mm
KN F
mm x
KN x
F M
l x
F x
F M
M
x x
x Z
x Z
Z
14 45
2 1260
63 20
2 2
max max
max max
= =
= å
= =
å =
å
· Perhitungan momen maksimal
rail,
KNm M
KNmm M
mm KN
M X
F M
S T
210 ,
210 15
. 14
.
max max
max max
= =
= =
· Perhitungan menentukan kekuatan material
max
s ,
2 max
4 8
max 4
8 4
4 max
max
522 ,
83 10
. 142857
, 3
0125 ,
210 ,
0125 ,
5 ,
12 25
2 1
2 1
10 .
142857 ,
3 64
010 ,
64
mm N
m m
x KNm
m mm
c d
c m
I m
x I
d circle
inersia I
I c
M
= =
= =
= =
= =
= =
=
- -
s s
p p
s
Hasil dari perhitungan konstruksi material
rail
didapatkan nilai untuk batas patah masimum
max
s sebesar 83,522 Nmm
2
, namun dalam pelaksanaannya dipilih material jenis baja St 60 dengan batas patah
minimum 420 Nmm
2
Strength of Material.
Suroto, 1998 sehingga material aman digunakan karena sesuai perhitungan konstruksi. Pemilihan
material yang digunakan pada
rail
St 60 termasuk besi baja perlakuan
commit to user
IV-32 panas sehingga kekerasan material dapat ditinggikan dengan proses
heatreatment
. ·
Perhitungan defleksi pada
rail
terhadap
force
yang dikenakan pada
movable grip
, yaitu:
EIL b
L Pb
3 9
2 3
2 2
-
dengan;
P
= Besarnya momen maks N
a=
Panjang bidang pembebanan m
b = Xs = Jarak longgar stopper terhadap rail m E=
Modulus elastisitas baja Gpa
I
= Momen inersia m
4
L=
Jarak sumbu pembebanan m
Gambar 4.33 Skema defleksi rail shaft
m m
x mm
x GPa
x m
m m
KN EIL
b L
Pb
m 28
, 063
, 10
. 9087
, 4
200 3
9 015
, 063
, 015
, 14
3 9
2 2
4 10
2 3
2 2
2 2
2 3
2 2
= -
= -
=
-
4.2.2 Elemen Mesin Penggerak Alat Uji Geser