Tempat dan Waktu Bahan, Peralatan dan Metoda

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Tempat pelaksanaan penelitian dilaksanakan di laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Klarifikasi secara simulasi akan dilaksanakan di IC-STAR USU menggunakan perangkat lunak Autocad 2002 dan MSCNASTRAN 4.5. Pelaksanaan penelitian dimulai sejak tanggal pengesahan usulan penelitian oleh Pengelola Program sampai dinyatakan selesai.

3.2 Bahan, Peralatan dan Metoda

3.2.1 Bahan Struktur helm dibuat dari bahan komposit Glass Fiber Reinforced Plastics GFRP, yang terdiri dari polyester resin tak jenuh BTQN 157 EX unsaturated polyester resin sebagai matriks dan serat kaca dari jenis E glass sebagai penguat, dengan variasi serat sebanyak dua lapis. Pemilihan BTQN 157 EX berdasarkan riset yang dilakukan Hasrin yang menghasilkan kekuatan bahan komposit BTQN 157 dan serat E glass sebesar 6,689 GPa untuk dua lapisan serat berbagai variasi jenis serat. Pemilihan ini disebabkan karena mudah diperoleh, memiliki modulus elastisitas tinggi dari matrik polimer, mudah dibuat menjadi serat yang tinggi kekakuannya, tahan karat, dan tahan terhadap beban impak. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.1 Susunan Serat pada Pelat GFRP Dua Lapis. Tabel. 3.1 Mekanikal Propertis komposit GFRP No. Propertis Unit 1 Young modulus ,E 6,689 GPa 2 Poition Ratio , ν 0,33 3 Massa jenis , ρ 1555 kgm 3 Material penyusun pelat komposit GFRP a. Bahan matriks adalah unsanturated Polyester Resin BTQN 157-EX Tabel. 3.2 Sifat Mekanikal Unsanturated Polyester Resin BTQN 157-EX. Sifat mekanis Satuan unit Berat jenis Mgm -3 1,215 Modulus elastisitas Kgmm 2 300 Kekuatan tarik statis Kgmm 2 55 Elongation 1,6 Universitas Sumatera Utara b. Bahan serat adalah serat gelas E, dengan sifat mekanis seperti diperlihatkan pada Tabel 3.3. Tabel. 3.3 Sifat Mekanikal serat jenis E-glass Sifat Mekanis Satuan Unit Diameter μm 12 Densitas g.cm 2 2,53 – 2,60 Modulus elastisitas Kgmm 2 7300 Kekuatan tarik statis Kgmm 2 350 Elongation 4,8 Pada penelitian ini spesimen helm yang akan diuji adalah helm sepeda motor dari bahan komposit tampak pada Gambar 3.2. Pemilihan bahan komposit GFRP sebagai pemodelan helm dikarenakan bahan komposit GFRP mudah dibentuk sesuai dengan anatomi tengkorak manusia dan bahan komposit polimer lebih mudah disesuaikan kekuatannya dengan kekuatan tulang kepala dengan mengontrol jumlah lapisan serat yang digunakan. a. Tampak depan b. Tampak samping c. Tampak bagian dalam Gambar 3.2 Helm Sepeda Motor Bahan Komposit Universitas Sumatera Utara 3.2.2 Peralatan Peralatan uji yang digunakan secara komputerisasi, dengan perangkat lunak software AutoCad 2002, MSCNASTRAN for Windows 4.5 3.2.2.1 Software Autocad 2002 Program perangkat lunak yang dapat merancang,mendesign berbagai macam gambar baik dalam hal ukuran dimensi, model dimensi yaitu: 1 dimensi, 2 dimensi dan 3 dimensi sesuai dengan kebutuhan, sehingga terbentuk gambar yang sesuai dengan yang diinginkan. 3.2.2.2 MSCNASTRAN for Windows 4.5 Program perangkat lunak yang dapat menganalisamensimulasi diantaranya adalah: Static, Bucking, Normal Modes dan Non Linier. 3.2.3 Metode 3.2.3.1 Metode Pengolahan Data. 3.2.3.1.2 Sifat Mekanik Material, dilakukan pada saat pengujian tarik untuk memperoleh modulus elastisitas, poition ratio. 3.2.3.1.3 Massa Jenis ρ, dengan cara mengukur massa dibagi dengan volume specimen.Volume diketahui dengan mengukur dimensi pada saat specimen berbentuk potongan plat, sedangkan massa diukur dengan timbangan digital. Universitas Sumatera Utara 3.2.3.2 Metode Analisa dengan Simulasi. 3.2.3.2.1 Menggambar helm komposit dan busa foam dengan Autoad 2002 Helm sepeda motor dari bahan komposit digambarkan sesuai dimensi tampak pada Gambar 3.3, dengan geometri dibagi dua bertujuan untuk mempercepat proses analisa. Sedangkan busa digambarkandengan dimensi pada Gambar 3.4 Gambar 3.3 Dimensi Helm Sepeda Motor Bahan Komposit dengan Autocad 2002 Gambar 3.4 Dimensi Busa foam dengan Autocad 2002 Universitas Sumatera Utara 3.2.3.2.2 Proses Simulasi Komputer 1. Proses Import gambar helm dari folder penyimpanan yang berada di Autocad 2002, kemudian dibuka di MSCNastran 4.5 pada kotak dialog Geometry File Gambar 3.5 Proses Import dari Autocad X Y Z V1 Gambar 3.6 Gambar Helm Geometri Dibagi Dua Universitas Sumatera Utara 2. Permukaaan helm di Mesh bagi dalam elemen hexa atau tetra pada kotak dialog Automatic Mesh Sizing. Gambar 3.7 Kotak Dialog Ukuran Mesh X Y Z V1 Gambar 3.8 Model Elemen Tetrahedral Universitas Sumatera Utara 3. Sifat mekanik modulus elastisitas poition ratio dan massa jenis dimasukkan ke kotak dioalog Define Isotropic Material. Gambar 3.9 Kotak Dialog Pendefenisian Variabel-Variabel Bebas 4. Titik-titik tertentu di Constrain bertujuan agar tidak bergerak. Gambar 3.10 Kotak Dialog Constrain Universitas Sumatera Utara Gambar 3.11 Posisi Konstrain 5. Kurva tegangan vs waktu impak diperoleh pada saat simulasi MEH metode elemen hingga dari grafik tegangan insiden dari hasil pengujian akan dimasukkan ke kotak dialog Function Defenition. Gambar 3.12 Kotak Dialog Defenisi Fungsi Waktu TITIK 1 TITIK 2 Universitas Sumatera Utara 6. Pembebanan diberikan dalam bentuk Presure. Gambar 4.13 Kotak Dialog Beban Impak dalam Bentuk Pressure 7. Dynamic Analisi, bertujuan proses penjalaran setelah pembebanan yang diberikan Gambar 3.14 Kotak Dialog Dynamic analisis Universitas Sumatera Utara 8. Proses terakhir adalah Analisys Type. Gambar 4.15 Kotak Dialog Analysis 6. Software Nastran ini beban akan diberikan dalam bentuk tegangan. tegangan 0. 0.0624 0.125 0.187 0.25 0.312 0.374 0.437 0.499 0.561 0.624 0.686 0.749 0.811 0.873 0.936 0.998 0. 0.0000187 0.0000375 0.0000562 0.000075 0.0000937 0.000113 0.000131 0.00015 0.000169 0.000187 0.000206 0.000225 0.000244 0.000262 0.000281 0.0003 DYNA waktu Gambar 3.9 Hasil Grafik Dari Hasil Analisa Contoh hasil bentuk pemberian beban pada helmet sepeda motor dari bahan komposit setelah proses analisa. Universitas Sumatera Utara X Y Z F 120.1 7.552 5.947 4.341 2.736 1.131 -0.475 -2.08 -3.685 -5.29 -6.896 -8.501 -10.11 -11.71 -13.32 -14.92 -16.53 -18.13 V1 L1 C1 Output Set: Case 70 Time 0.0002415 Contour: Solid Z Normal Stress Gambar 3.10 Hasil Simulasi Distribusi

3.3 Variabel Yang Diamati