Analisis Gaya Dan Pembuatan Badan Pesawat Tanpa Awak Dari Bahan Material Komposit Yang Diperkuat Polyester Dan Serat Rock Wool Dengan Metode Hand Lay Up

KATA PENGANTAR

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

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul dari skripsi ini adalah “Analisis Gaya Dan Pembuatan

Badan Pesawat Tanpa Awak Dari Bahan Material Komposit Yang Diperkuat Polyester Dan Serat Rock Wool Dengan Metode Hand Lay Up”.

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

1. Kedua orang tua tercinta, (Alm) Musa dan Naisah yang telah banyak memberikan segala dukungan tak terhingga moril dan materil. Kepada bapak dan mamak, skripsi ini kudedikasikan.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU dan selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.

3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT dan Bapak Ir. Tugiman, MT selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberi masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc selaku dosen penguji I dan II yang telah memberi masukan dan saran dalam penyelesaian skripsi ini.

5. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

7. Teman Satu Tim (T.Muhammad Rinaldi Aulia, Fauzi Kharisma Putra, Rahmad Hidayat, Andi Yongko) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 8. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin khususnya (Zulvia Chara Nosa

Ginting, Tri Septian Marsah, Zuhdi Mahendra, Ary Santony, Andri Setiawan) yang banyak memberi motivasi serta teman-teman angkatan 2009 yang sangat penulis sayangi.

9. Abangda Fadly A. Kurniawan, ST dan Ade Irwan, ST yang telah membantu penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

10.Vivi Lisnawati, SE yang selalu memberi semangat dan motivasi untuk menyelesaikan tugas sarjana ini.

11.Abang (Serma Junaidi, Juniar, Gusnadi, Maitato S.Pd) dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini selesai.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.

Medan, 24 April 2014 Penulis,

NIM : 09 0401 012 JULIONO SUSANTO

ABSTRAK

Badan pesawat adalah komponen utama dari sebuah pesawat terbang. Badan pesawat ini sendiri merupakan tempat melekatnya bagian-bagian pesawat seperti wing, elevator maupun roda pendaratan. Panjang badan pesawat tanpa awak ini adalah 2027 mm. Penelitian ini dilakukan untuk membuat dan menganalisis badan pesawat tanpa awak dengan menggunakan bahan komposit campuran resin polyester dengan serat rock wool. Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai titik berat secara teoritis pada badan pesawat tanpa awak serta mendapatkan nilai tegangan regangan yang terjadi pada badan pesawat tanpa awak melalui simulasi dengan menggunakan software Ansys 14.0. Material komposit didefinisikan sebagai penggabungan serat dan resin. Serat yang dipakai pada penelitian ini adalah serat rock wool yang bermanfaat memiliki daya konduksi termal yang rendah, tidak berjamur, tidak mudah terbakar dan kedap suara. Sedangkan manfaat utama dari penggunaan material komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Pada metodologi penelitian terdapat langkah-langkah proses pembuatan badan pesawat tanpa awak. Melalui penelitian ini pada proses pembuatan badan pesawat tanpa awak dikatakan berhasil dan diperoleh letak titik berat pada badan pesawat yang dihitung secara teoritis didapat pada koordinat x= 897,37, y= 77,77. Regangan maksimum yang terjadi sebesar 0.00014584 mm/mm dan regangan minimum yang terjadi sebesar 3.2414 x 10-8 mm/mm. Tegangan maksimum sebesar 4.5635 MPa dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0.00045862 Mpa melalui hasil simulasi dengan software Ansys 14.0 Workbench.

Kata kunci : Badan pesawat, software Ansys, pesawat tanpa awak, material komposit, rock wool

ABSTRACT

The fuselage is the main component of an aircraft. The fuselage itself is a place for the attachment of aircraft parts such as wings, elevators, and landing gear. Drone body length is 2027 mm. This study was conducted to create and analyze drone body using a mixture of polyester resin composite materials with rock wool fibers. This study aimed to explore the value of gravity by using theoretically the drone body and get the value of stress strain that occurs in the body drone through simulation using Ansys 14.0 software. Composite materials is defined as the incorporation of fiber and resin. The fiber used in this study is a useful rock wool fiber has a low thermal conductivity, no moldy, non-flammable and soundproofing. While the main benefit of the use of composite materials is the combination of high stiffness and strength properties and light density. In the research methodology are the steps of making the drone body. Through the research on the process of making the drone agency is successful and obtained the location of the center of gravity on the fuselage theoretically obtained at coordinates x= 897,37, y= 77,77. The maximum strain occurs at 0.00014584 mm/mm and minimum strain occurs at 3.2414 x 10-8 mm/mm. The maximum stress of 4.5635 MPa and the minimum voltage occurs at 0.00045862 MPa through the simulation results with the software Ansys 14.0 Workbench .

Keywords: Fuselage, Ansys 14.0 software, unmanned aerial vehicle, composite materials, rock wool

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR NOTASI... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.3.1 Tujuan Umum ... 3

1.3.2 Tujuan Khusus ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Komposit ... 5

2.1.1 Sejarah Komposit ... 7

2.1.2 Karakteristik dan aplikasi bahan Komposit ... 8

2.1.3 Klasifikasi Komposit ... 9

2.1.4 Sifat Bahan Komposit ... 11

2.2 Serat ... 11

2.2.1 Serat Rock Wool ... 12

2.2.2 Proses Manufaktur Pada Serat Rock Wool ... 12

2.2.3 Manfaat dan Ukuran Jenis Rock Wool ... 13

2.3 Resin ... 14

2.3.1 Klasifikasi dari Resin ... 14

2.3.2 Resin Polyester ... 16

2.4 Metode Hand Lay Up ... 17

2.5 Desain Struktur Pada Pesawat Tanpa Awak (UAV) ... 19

2.5.1 Badan Pesawat (fuselage) ... 19

2.5.2 Assembling Pesawat Tanpa Awak ... 23

2.6 Analisis Kekuatan Bahan Komposit ... 24

2.6.1 Teori Tegangan Untuk Komposit ... 24

2.6.2 Teori Regangan Normal Maksimum ... 26

2.6.3 Teori Tegangan Geser Maksimum ... 27

2.6.4 Teori Pusat Gravitasi dan Pusat Massa ... 27

2.6.5 Titik Berat, Pusat Massa dan Centeroid ... 29

2.6.6 Simulasi Numerik dengan Ansys 14.0 ... 32

2.6.7 Metode Meshing ... 33

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 36

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 36

3.2 Diagram Alir Penelitian ... 37

3.3 Bahan dan Alat Penelitian ... 38

3.3.1 Bahan Penelitian ... 38

3.3.2 Alat Penelitian ... 40

3.4 Prosedur Pembuatan Badan Pesawat (fuselage) ... 42

3.4.1 Proses Pembuatan Mal ... 42

3.4.2 Persiapan Bahan dan Alat ... 43

3.4.3 Proses Pembuatan Badan Pesawat ... 44

3.4.4 Proses Pinishing ... 48

3.5 Simulasi Numerik ... 51

3.5.1 Tampilan Pembuka Ansys 14.0 ... 51

3.5.2 Mendefinisikan Sistem Analisa ... 52

3.5.3 Mendefinisikan Material Properties ... 53

3.5.4 Tampilan Gambar Fuselage ... 53

3.5.5 Proses Meshing ... 54

3.5.6 Proses Static Structural ... 55

3.6 Diagram Alir Simulasi ... 57

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 58

4.1 Menentukan Titik Berat Badan Pesawat Secara Teoritis ... 58

4.3 Simulasi Numerik ... 66

4.3.1 Simulasi Hasil Total Deformation ... 66

4.3.2 Simulasi Hasil Total Equivalent Elastic Strain ... 67

4.3.3 Simulasi Hasil Equivalent Stress ... 68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………...69

5.1 Kesimpulan………...69

5.2 Saran………...69

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Material komposit ... 6

Gambar 2.2 Jenis komposit serat ... 10

Gambar 2.3 Komposit lapis ... 10

Gambar 2.4 Komposit partikel ... 10

Gambar 2.5 Proses hand lay up ... 18

Gambar 2.6 Tipe dan koefisien badan pesawat ... 20

Gambar 2.7 Badan pesawat tanpa awak ... 21

Gambar 2.8 Pandangan depan badan pesawat tanpa awak ... 21

Gambar 2.9 Pandangan samping badan pesawat tanpa awak ... 22

Gambar 2.10 Pandangan belakang badan pesawat tanpa awak ... 22

Gambar 2.11 Gambar teknik badan pesawat tanpa awak ... 23

Gambar 2.12 Assembling pesawat tanpa awak ... 24

Gambar 2.13 Elemen tegangan tiga dimensi ... 24

Gambar 2.14 Lingkaran Mohr untuk beban triaksial ... 25

Gambar 2.15 Komponen-komponen regangan xy dalam bidang xy ... 26

Gambar 2.16 Menentukan titik partikel tetap dalam suatu ruang... 28

Gambar 2.17 Menentukan pusat massa tubuh ... 30

Gambar 2.18 Lokasi pusat massa ... 31

Gambar 2.19 Daerah pusat massa ... 32

Gambar 2.20 Garis pusat massa ... 32

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 37

Gambar 3.2 Serat rock wool jenis Roxul ... 38

Gambar 3.3 Resin polyester tipe 157 ... 38

Gambar 3.4 Katalis jenis MEKPO ... 39

Gambar 3.5 Wax ... 39

Gambar 3.6 Dempul plastik... 40

Gambar 3.7 Dempul plastik hardener ... 40

Gambar 3.8 Mesin gerinda tangan ... 41

Gambar 3.10 Sekrap dempul ... 42

Gambar 3.11 Kuas cat ... 42

Gambar 3.12 Proses pembuatan mal ... 43

Gambar 3.13 Tampilan gambar mal badan pesawat ... 44

Gambar 3.14 Tampilan gambar pemolesan wax ... 44

Gambar 3.15 Tampilan penuangan resin polyester ... 45

Gambar 3.16 Tampilan penuangan katalis kedalam resin ... 45

Gambar 3.17 Tampilan proses metode hand lay up ... 46

Gambar 3.18 Tampilan pelapisan serat rock wool... 46

Gambar 3.19 Tampilan badan pesawat setelah diresin ... 47

Gambar 3.20 Tampilan proses pendempulan ... 47

Gambar 3.21 Tampilan hasil permukaan dempul ... 48

Gambar 3.22 Tampilan hasil permukaan setelah dihaluskan ... 48

Gambar 3.23 Tampilan hasil permukaan setelah dihaluskan merata... 49

Gambar 3.24 Tampilan hasil permukaan setelah dipolishing ... 49

Gambar 3.25 Tampilan hasil proses pengecatan tahap pertama... 50

Gambar 3.26 Tampilan hasil proses pengecatan tahap kedua ... 50

Gambar 3.27 Tampilan hasil permukaan pemodelan ... 50

Gambar 3.28 Tampilan hasil finishing ... 51

Gambar 3.29 Tampilan awal Ansys 14.0 ... 51

Gambar 3.30 Tampilan sistem analisa ... 52

Gambar 3.31 Tampilan Engineering Data ... 52

Gambar 3.32 Tampilan material properties ... 53

Gambar 3.33 Tampilan pembuatan dari Solidworks ... 54

Gambar 3.34 Tampilan gambar fuselage hasil meshing ... 55

Gambar 3.35 Tampilan gambar fuselage hasil fixed support ... 55

Gambar 3.36 Tampilan gambar fuselage hasil yang dikenai beban ... 56

Gambar 3.37 Tampilan proses solution ... 56

Gambar 3.38 Diagram Alir Simulasi ... 57

Gambar 4.1 Gambar teknik fuselage ... 58

Gambar 4.3 Koordinat titik pusat pada masing-masing bagian ... 59

Gambar 4.4 Bidang 1 segitiga siku-siku ... 59

Gambar 4.5 Bidang 2 segitiga sama sisi ... 59

Gambar 4.6 Bidang 3 persegi panjang ... 60

Gambar 4.7 Bidang 4 persegi panjang ... 60

Gambar 4.8 Bidang 5 segitiga siku-siku ... 61

Gambar 4.9 Bidang 6 segitiga siku-siku ... 61

Gambar 4.10 Bidang 7 segitiga siku-siku ... 62

Gambar 4.11 Bidang 8 persegi panjang ... 62

Gambar 4.12 Bidang 9 segitiga siku-siku ... 62

Gambar 4.13 Bidang 10 setengah lingkaran ... 63

Gambar 4.14 Bidang 11 segitiga siku-siku ... 63

Gambar 4.15 Bidang 12 persegi panjang ... 64

Gambar 4.16 Distribusi Total Deformation ... 66

Gambar 4.17 Distribusi Equivalent Elastic Strain ... 67

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel ukuran dan jenis rock wool ... 14

Tabel 2.2 Spesifikasi resin polyester ... 16

Tabel 2.3 Spesifikasi data khusus hasil design ... 19

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

σ Tegangan MPa

A Luas penampang mm2

F Gaya Newton

ε Regangan

ΔL Perpanjangan mm

A1 Luas benda pertama mm

l1 Panjang benda cm

L0 Panjang mula-mula mm

ρ Densitas g/cm3

σy Tegangan mulur MPa

σu Tegangan tarik MPa

σf Tegangan patah MPa

E Modulus Elastisitas Gpa

ABSTRAK

Badan pesawat adalah komponen utama dari sebuah pesawat terbang. Badan pesawat ini sendiri merupakan tempat melekatnya bagian-bagian pesawat seperti wing, elevator maupun roda pendaratan. Panjang badan pesawat tanpa awak ini adalah 2027 mm. Penelitian ini dilakukan untuk membuat dan menganalisis badan pesawat tanpa awak dengan menggunakan bahan komposit campuran resin polyester dengan serat rock wool. Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai titik berat secara teoritis pada badan pesawat tanpa awak serta mendapatkan nilai tegangan regangan yang terjadi pada badan pesawat tanpa awak melalui simulasi dengan menggunakan software Ansys 14.0. Material komposit didefinisikan sebagai penggabungan serat dan resin. Serat yang dipakai pada penelitian ini adalah serat rock wool yang bermanfaat memiliki daya konduksi termal yang rendah, tidak berjamur, tidak mudah terbakar dan kedap suara. Sedangkan manfaat utama dari penggunaan material komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Pada metodologi penelitian terdapat langkah-langkah proses pembuatan badan pesawat tanpa awak. Melalui penelitian ini pada proses pembuatan badan pesawat tanpa awak dikatakan berhasil dan diperoleh letak titik berat pada badan pesawat yang dihitung secara teoritis didapat pada koordinat x= 897,37, y= 77,77. Regangan maksimum yang terjadi sebesar 0.00014584 mm/mm dan regangan minimum yang terjadi sebesar 3.2414 x 10-8 mm/mm. Tegangan maksimum sebesar 4.5635 MPa dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0.00045862 Mpa melalui hasil simulasi dengan software Ansys 14.0 Workbench.

Kata kunci : Badan pesawat, software Ansys, pesawat tanpa awak, material komposit, rock wool

ABSTRACT

The fuselage is the main component of an aircraft. The fuselage itself is a place for the attachment of aircraft parts such as wings, elevators, and landing gear. Drone body length is 2027 mm. This study was conducted to create and analyze drone body using a mixture of polyester resin composite materials with rock wool fibers. This study aimed to explore the value of gravity by using theoretically the drone body and get the value of stress strain that occurs in the body drone through simulation using Ansys 14.0 software. Composite materials is defined as the incorporation of fiber and resin. The fiber used in this study is a useful rock wool fiber has a low thermal conductivity, no moldy, non-flammable and soundproofing. While the main benefit of the use of composite materials is the combination of high stiffness and strength properties and light density. In the research methodology are the steps of making the drone body. Through the research on the process of making the drone agency is successful and obtained the location of the center of gravity on the fuselage theoretically obtained at coordinates x= 897,37, y= 77,77. The maximum strain occurs at 0.00014584 mm/mm and minimum strain occurs at 3.2414 x 10-8 mm/mm. The maximum stress of 4.5635 MPa and the minimum voltage occurs at 0.00045862 MPa through the simulation results with the software Ansys 14.0 Workbench .

Keywords: Fuselage, Ansys 14.0 software, unmanned aerial vehicle, composite materials, rock wool

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pesawat tanpa awak UAV (Unmanned Aerial Vehicle) merupakan jenis pesawat terbang yang dikendalikan alat sistem kendali jarak jauh lewat gelombang radio. UAV merupakan sistem tanpa awak (Unmanned System) yaitu sistem berbasis elektro mekanik yang dapat melakukan misi-misi terprogram dengan karakteristik sebuah mesin terbang yang berfungsi dengan kendali jarak jauh oleh aerodinamika untuk mengangkat dirinya sendiri, bisa digunakan kembali dan mampu membawa muatan baik senjata maupun muatan lainnya.

Penggunaan terbesar dari pesawat tanpa awak ini adalah dibidang militer. dengan pesawat tanpa awak UAV (Unmanned Aerial Vehicle) karena rudal tidak bisa digunakan kembali dan rudal adalah senjata itu sendiri. Pesawat tanpa awak UAV (Unmanned Aerial Vehicle) memiliki bentuk, ukuran, konfigurasi dan karakter yang bervariasi. Sejarah pesawat tanpa awak adalah tanpa awak yang digunakan sebagai sasaran tembak. Perkembangan kontrol otomatis membuat pesawat sasaran tembak yang sederhana mampu berubah menjadi pesawat tanpa awak yang kompleks dan rumit.

Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi utama, variasi pertama yaitu dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan variasi kedua adalah pesawat yang terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukan kedalam pesawat sebelum terbang.

Tidak seperti pesawat pada umumnya yang memiliki pilot dan kru pesawat untuk mengontrol dan mengawasi secara langsung kondisi pesawat, pada pesawat tanpa awak kondisi pesawat tidak dapat dikontrol secara langsung karena memang tidak memiliki kru pesawat. Proses kontrol pesawat sepenuhnya dilakukan oleh

sistem autopilot dengan mengacu pada parameter-parameter yang telah ditentukan oleh pengguna sebelum terbang.

Saat ini, pesawat tanpa awak mampu melakukan misi pengintaian dan penyerangan. Walaupun banyak laporan mengatakan bahwa banyak serangan pesawat tanpa awak yang berhasil, tetapi pesawat tanpa awak mempunyai reputasi untuk menyerang secara berlebihan atau menyerang target yang salah.

UAV (Unmanned Aerial Vehicle) sendiri mampu membawa kamera, sensor, alat komunikasi dan beberapa peralatan lain. Pesawat-pesawat semacam ini berkembang luas di kalangan militer. Pesawat tanpa awak juga semakin banyak digunakan untuk keperluan keamanan non militer atau pemeriksaan sering melakukan tugas yang dianggap terlalu kotor dan terlalu berbahaya untuk pesawat berawak.

Penelitian ini dilakukan untuk membuat dan menganalisis badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) dengan menggunakan bahan material komposit. Bahan komposit yang akan diteliti adalah campuran resin polyester dengan serat rock wool. Melalui penelitian ini diharapkan didapatkan suatu bahan komposit yang ringan dan memiliki sifat mekanik (mechanical properties) yang baik.

Dengan adanya pengembangan UAV (Unmanned Aerial Vehicle), maka pengembangan dari sisi material ringan dan kuat untuk badan dan sayap pesawat itu sendiri merupakan sebuah kajian teoritis yang selayaknya mendapatkan perhatian dari para peneliti, sehingga diharapkan Pesawat UAV (Unmanned Aerial Vehicle) generasi selanjutnya memiliki unjuk kerja yang lebih baik karena menggunakan material yang ringan dan kuat.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan menjadi pokok bahasan dalam penelitian ini adalah Melakukan pembuatan badan pesawat tanpa awak dan analisa sifat mekanik sehingga dapat memperoleh bobot yang ringan dan baik pada material komposit yang di perkuat dengan resin polyester dan serat rock wool dengan

metode hand lay up yang akan digunakan sebagai badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV).

1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1 Tujuan Umum

Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk membuat dan menganalisa badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) dari material komposit dengan metode hand lay up.

1.3.2 Tujuan Khusus

Secara terperinci, penelitian ini memiliki tujuan khusus yang terdiri atas beberapa poin yaitu:

1. Melakukan proses pembuatan badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) dari material komposit polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up

2. Mendapatkan nilai titik berat pada badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) dari material komposit polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up

3. Mendapatkan nilai tegangan regangan yang terjadi pada badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) melalui simulasi dengan software Ansys 14.0

1.4 Batasan Masalah

Dengan melihat begitu banyaknya faktor yang terdapat dalam pembuatan badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) ini, penulis membuat batasan masalah agar tujuan dan target penelitian dapat dicapai sesuai perencanaan. Batasan masalah penelitian ini adalah

1. Penelitian hanya difokuskan pada badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV)

3. Penelitian difokuskan tentang analisis tegangan maksimum yang terjadi pada badan pesawat dengan menggunakan simulasi dinamik 4. Material komposit serat rock wool dengan perbandingan antara resin

polyester dan katalis.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab. Dimana pada bab pertama memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan tentang latar belakang, perumusan dan batasan masalah, tujuan dan sistematika penulisan.

Pada bab dua berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan.

Pada bab tiga memuat prosedur pembuatan badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) dari material komposit dengan metode hand lay up. Berisi juga spesifikasi dari alat dan bahan yang digunakan dan jumlah campuran yang digunakan dalam proses pembuatan serta berisi langkah-langkah proses pembuatan yang digunakan dalam pengamatan

Pada bab keempat berisikan tentang hasil dan pembahasan, berisi tentang hasil pengolahan data yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian dilakukan pembahasan terhadap hasil perhitungan teoritis untuk mencari nilai titik berat serta mencari titik berat secara teoritis dan simulasi softwere Ansys 14.0 untuk mencari tegangan regangan.

Pada bab kelima berisikan tentang kesimpulan dan saran, berisikan jawaban dari tujuan dari penelitian dan selanjutnya daftar pustaka serta lampiran.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Komposit

Komposit adalah suatu material yang terdiri dari campuran atau kombinasi dua atau lebih material baik secara mikro atau makro, dimana sifat material yang tersebut berbeda bentuk dan komposisi kimia dari zat asalnya (Smith, 1996). Komposit juga suatu perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun.

Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit antara material harus berikatan dengan kuat, sehingga perlu adanya penambahan wetting agent. Pendapat lain mengatakan bahwa komposit adalah sebuah kombinasi material yang berfasa padat yang terdiri dari dua atau lebih material secara skala makroskopik yang mempunyai kualitas lebih baik dari material pembentuknya (Jacob, 1994). Dari sekian banyak jenis material pembentuk komposit, semuanya dapat dikelompokkan ke dalam tiga bagian, yaitu matriks, material penguat (reinforcement) dan material pengisi (filler).

Komposit dapat didefinisikan sebagai gabungan serat-serat dan resin. Penggabungannya sangat beragam, fiber atau serat ada yang diatur memanjang (unidirectional composites), ada yang dipotong-potong kemudian dicampur secara acak (random fibers), ada yang dianyam silang lalu dicelupkan dalam resin (cross-ply laminae), dan lainnya.

Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula. Dibanding dengan material konvensional keunggulan komposit antara lain yaitu memiliki kekuatan yang

dapat diatur (tailorability), tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, dan memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi.

Lembaran komposit disebut sebagai lamina, Serat yang dipakai seperti di industri pesawat terbang biasanya terbuat dari karbon dan gelas, sedangkan resinnya adalah epoxy, sejenis polimer. Pada bahan material komposit dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 material komposit

Material komposit merupakan material non logam yang saat ini semakin banyak digunakan mengingat kebutuhan material disamping memprioritaskan sifat mekanik juga dibutuhkan sifat lain yang lebih baik misalnya ringan, tahan korosi dan ramah lingkungan. Komposit juga memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat.

Selain itu sifat teknologi dari komposit merupakan salah satu sifat yang harus di miliki oleh material komposit tersebut. Dimana sifat teknologi adalah kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Proses pembuatan atau proses produksi dari komposit tersebut merupakan hal yang sangat penting dalam menghasilkan material komposit tersebut. Banyak cara atau metoda yang di gunakan untuk menghasilkan material komposit yang di inginkan.

2.1.1 Sejarah Komposit

Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit berasal dari kata kerja to compose´ yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Penggu naan material komposit telah dikenal selama ribuan tahun pada alam sekitar kita. Pada jaman mesir kuno, jerami digunakan pada dinding untuk meningkatkan penampilan struktur. Kayu merupakan komposit alami yang sering digunakan selama ini. Para pekerja kuno telah mengenal istilah komposit dengan menggunakan ter untuk mengikat alang-alang untuk membuat kapal komposit 7000 tahun yang lalu. Perkembangan dari material komposit tidak terbatas hanya pada material bangunan dan hal ini dapat dilihat pada abad pertengahan. Asia tengah, busur dibuat dari otot binatang, getah kayu dan benang sutera dengan bahan perekat sebagai pengikat.

Hasil dari komposit yang berlapis-lapis (laminated) memiliki daktilitas dan kekerasan (hardness) dari unsur pokoknya namun kekuatan merupakan efek sinergi dari gabungan sifat material. Beton, material yang digunakan oleh seluruh dunia dan juga material berbasis semen lainnya juga merupakan suatu komposit. Perilaku dan sifat dari beton dapat dimengerti dan direncanakan, diprediksi dengan lebih baik bila dilihat sebagai komposit dan begitu pula dengan beton bertulang.

Material komposit akan bersinergi bila memiliki sebuah sistem yang mempersatukan material-material penunjang untuk mencapai sebuah sifat material baru tertentu. Seperti yang dikatakan oleh Aristotle pada 350 SM “The whole is more than just the sum of components”. Aristotle berkeyakinan bahwa skema konseptual secara keseluruhan dari alam perlu untuk dipersatukan dan tidak dapat ditinjau dari segi komponen yang terpisah-pisah. Hal ini yang penting untuk diperhatikan dalam perencanaan struktur oleh seorang engineer.

2.1.2 Karakteristik dan Aplikasi Bahan Komposit

Komposit didefinisikan sebagai dua macam atau lebih material yang digabungkan atau dikombinasikan dalam skala makroskopis (dapat terlihat langsung oleh mata) sehingga menjadi material baru yang lebih berguna.

Tahap pertama peringkat atas suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini termasuk alloy polimer dan keramik. Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini.

Tahap kedua peringkat mikrostruktur suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikuti definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit seperti kebanyakan bahan logam. Contoh besi keluli yang merupakan alloy multifusi yang terdiri dari karbon dan besi.

Tahap ketiga peringkat makrostruktur merupakan gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu. Dimana konstituen gabungan masih tetap dalam bentuk asal, dimana dapat ditandai secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain. Dari beberapa definisi diatas, maka dapat disimpulkan bahwa, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari dari fasa tersebar dan fasa yang berterusan.

Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh beberapa hal yaitu Material yang menjadi penyusun komposit. Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut Rule Ofmixture sehingga akan berbanding secara proporsional. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit. Interaksi antar penyusun Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit. Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan yang lebih

tinggi, tahan korosi, memiliki biaya perakitan yang lebih murah dan memiliki densitas yang rendah.

2.1.3 Klasifikasi Komposit

Secara garis besar ada 3 macam jenis klasifikasi komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu :

A.Komposit Serat (fibricus composite)

Komposit serat yaitu jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat/fiber atau komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan dasar) yang diproduk secara fabrikasi, misalnya serat ditambah dengan resin sebagai bahan perekat. Sebagai contoh adalah FRP (fiber reinforce plastik) plastik diperkuat dengan serat dan banyak digunakan. Yang sering disebut fiber glass. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dipakai pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada matrik penyusun komposit. Pemilihan serat atau penguat harus mempertimbangkan beberapa hal salah satunya harga. Hal yang penting karena sebagai pertimbangan bila akan digunakan pada skala produksi besar.

Jenis komposit serat terbagi menjadi 4 macam yaitu :

a. Continous fiber composite (komposit diperkuat dengan serat kontinue)

b. Woven fiber composite (komposit diperkuat dengan serat anyaman)

c. Chopped fiber composite (komposite diperkuat serat pendek/acak)

d. Hybrid composite (komposit diperkuat serat kontinyu dan serat acak) Pada gambar 2.2 memperlihatkan gambar jenis-jenis pada komposit serat.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 2.2 Jenis komposit serat (a) Continous fiber composite, (b) Woven fiber

composite, (c) Chopped fiber composite, (d) Hybrid composite

B. Komposit Lapis (laminated composite)

Komposit Lapis yaitu jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri dari lapisan dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada komposit lapis dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 komposit lapis C. Komposit Partikel (particulate composite)

Komposit partikel yaitu komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya. Partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat dengan semen yang kita jumpai sebagai beton. Komposit partikel banyak dibuat untuk bahan baku industri. Proses produksi yang mudah juga menjadi salah satu pertimbangan bila komposit akan diproduksi massal. Pada gambar 2.4 memperlihatkan gambar komposit partikel.

matriks partikel

2.1.4 Sifat Bahan Komposit

Sifat-sifat pada bahan komposit pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam.

Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap bahan yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.

Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisan yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.

2.2 Serat

Serat (fiber) adalah suatu jenis komponen yang membent

paling sering dijumpai adalah serat pada ilmu Manusia menggunakan serat dalam banyak hal untuk membuat tali, kain, atau sintetis (serat buatan manusia). Serat sintetis dapat jumlah yang besar. Adapun jenis-jenis dari serat alami yaitu:

a. Serat kaca b. Serat bambu c. Serat rock wool

2.2.1 Serat Rock Wool

Rock wool adalah suatu bahan insulation jenis isolasi termal dan akustik. Terbuat dari bahan tambang fiber ringan dengan inti berupa batu alam yang dipadukan dengan damar panas. Namun, sifat dari rock wool dapat secara substansial diubah dengan menyesuaikan kandungan mineral. Pada awal 1960-an ditemukan bahwa setelah beberapa modifikasi proses rock wool manufaktur akan mendukung dan dibawah praktik penanganan yang tepat, meningkatkan pertumbuhan tanaman. Hal ini diproduksi khusus hortikultura Rock wool adalah yang terutama dijual sebagai substrat hidroponik. (Mulai sekarang istilah "Rock wool" khusus akan mengacu pada kelas produk hortikultura).

2.2.2 Proses Manufaktur Pada Serat Rock Wool

mencair menjadi serat. Segera setelah berputar, pengikat ditambahkan ke serat dan mereka dikompresi dan sembuh dalam lempengan besar. Dengan menyesuaikan jumlah tekanan, kepadatan media disesuaikan. Lembaran besar dapat dipotong menjadi lembaran kecil dan blok propagasi untuk penanganan mudah. Serat berputar juga dibentuk menjadi butiran (berbondong-bondong) produk yang dapat ditangani dengan cara yang mirip dengan bal gambut.

Semua rock wool tidak sama. Yang terbaik yang dihasilkan dari murni batuan basaltik . Para rock wool dihasilkan dari diabas memiliki keseimbangan mineral yang inert dan tidak reaktif. Beberapa rock wool yang dihasilkan dari terak yang tersisa dari operasi peleburan. Ini rock wool mengandung proporsi yang tinggi dari logam dan mungkin agak reaktif dengan larutan nutrisi. Rock wool berkualitas tinggi harus memiliki diameter seragam serat, pemerataan pengikat dan rendahnya proporsi shot (pelet mineral yang belum dipintal menjadi serat

Kualitas yang paling penting kelas rock wool tinggi harus miliki adalah pembasahan seragam. Rock wool harus basah dengan mudah tetapi tidak tetap direndam air. Drainase yang baik adalah penting.

Karakteristik membasahi rock wool bervariasi. Serat rock wool secara alami hidrofobik (mereka menolak air) karena kehadiran minyak mineral. Dalam rock wool kualitas tertinggi minyak mineral dikeluarkan selama proses manufaktur dan agen pembasahan mineral yang tergabung dalam mencair. Bentuk hortikultura kelas rock wool alami menarik air dan membasahi dengan mudah. Sementara ini adalah proses kualitas tertinggi kualitas yang sebenarnya dari rock wool akan tergantung pada perawatan yang diambil di bidang manufaktur.

2.2.3 Manfaat dan Ukuran Jenis Rock Wool

Fungsi umum dari rock wool adalah untuk memberikan isolasi di rumah tinggal atau bangunan komersial. Rock wool juga dapat melindungi pipa, kapal, rumah mobile dan peralatan memasak domestik. Meskipun paling umum dikenal untuk menyediakan isolasi di rumah, orang juga menggunakan rock wool sebagai media tumbuh hortikultura. Adapun manfaat lainnya yaitu :

1. Memiliki daya konduksi termal yang rendah 2. Cocok untuk aneka kebutuhan industri

3. Dapat digunakan pada suhu 100 °C sampai 820 °C 4. Tidak berkarat/berjamur

6. Tidak mudah terbakar

Rock wool menyediakan berbagai keuntungan, termasuk tahan api dan kedap suara. Karena serat yang tidak mudah terbakar dan memiliki titik leleh yang ekstrim lebih dari 2.150 °F, isolasi rock wool bertindak sebagai penghalang api. Karakteristik tahan apinya dapat menunda penyebaran api, yang bisa menambahkan menit berharga untuk melarikan diri saat kebakaran. Rock wool juga menolak air, anti membusuk dan jamur, termasuk berbagai jenis pertumbuhan bakteri. Karena menolak air, rock wool tidak akan melemah atau kendur. Isi dari rock wool padat, sehingga mengurangi aliran udara dan transmisi gelombang suara.

Pada rock wool juga terdapat ukuran dan jenis dapat di lihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 ukuran dan jenis rock wool

Type Plain Blanket Wire Mesh Rigid Board Pipe

Section Density

(kg/m3) 60 80 100 60 80 100 60 80 100 120 Mean

Temp. °C

Thermal Conductivity: W/m.K (kcal/m.h.°C)

100 °C 0.043 (0.037) 0.042 (0.036) 0.041 (0.035) 0.043 (0.037) 0.042 (0.036) 0.041 (0.035) 0.043 (0.037) 0.042 (0.036) 0.041 (0.035) 0.038 (0.033) 200 °C 0.061

(0.052) 0.057 (0.049) 0.057 (0.049) 0.061 (0.052) 0.057 (0.049) 0.057 (0.049) 0.061 (0.052) 0.057 (0.049) 0.057 (0.049) 0.052 (0.044) 300 °C 0.087

(0.075) 0.077 (0.066) 0.073 (0.063) 0.087 (0.075) 0.077 (0.066) 0.073 (0.063) 0.087 (0.075) 0.077 (0.066) 0.073 (0.063) 0.070 (0.060) 400 °C 0.123

(0.106) 0.099 (0.085) 0.095 (0.082) 0.123 (0.106) 0.099 (0.085) 0.095 (0.082) 0.123 (0.106) 0.099 (0.085) 0.095 (0.082) 0.092 (0.079)

Sumber : Indonetwork.co.id/tradeoffers/Kebutuhan_Industri/ukuran bentuk rock wool.html

2.3 Resin

Resin adalah material yang non metalik dan untuk membentuknya dapat dicetak, dicor, dan dapat digunakan sebagai isolasi. Resin merupakan zat organik yang komposisinya terdiri dari kombinasi Hidrogen, Carbon, Oksigen, Nitrogen

dimana bahan mineralnya adalah Coal (Batu Bara), Ptroleum dan Bahan-bahan tanaman.

2.3.1 Klasifikasi Dari Resin

Secara umum resin diklasifikasikan menjadi 2 bagian : 1. Thermoplastik

Thermoplastik adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali dengan menggunakan panas. Thermoplastik juga merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastik meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan.

Bahan termoplastik yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah sebagai berikut :

a. Acetal

b. Acryronitrile Butadiene Styrene (ABS)

c. Nylon

d. Polyenthyene (PE)

e. Polypropylene (PP)

f. Polyethylene Terephthalate (PET)

2. Thermoset

Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu. Bila sekali pengerasan telah terjadi, maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan Thermoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis-jenis Thermoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikir (sekitar 10%) dari volume jenis Thermoplastik.

Polimer thermoset biasanya memiliki daya tahan terhadap temperature pencetakannya lebih tinggi dari pada thermoplastik. Bahan termoset yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah sebagai berikut :

a. Polyester b. Vinyl Resin

c. Epoxy

d. Phenolic

e. Polyurethane

2.3.2 Resin Polyester

Resin polyester berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin thermoset lainnya. Resin ini banyak dijual ditoko-toko kimia sehingga memungkinkan untuk mudah didapat, juga rasio harganya yang rendah dapat dipertimbangkan dalam pemilihan bahan material komposit. Resin polyester dapat didefinisikan sebagai suatu molekul-molekul zat yang mengandung lebih dari satu digolongkan kedalam polyester yang termasuk proses internal, proses terminal atau pada suatu siklus struktur yang mampu diubah bentuk aplikasi thermoset. Istilah-istilah ini digunakan untuk mengindikasikan resin berada diantara golongan thermoset resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan yaitu tidak perlu diberi tekanan pada saat pencetakan. Pada resin polyester terdapat spesifikasi dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 spesifikasi resin polyester

Item Satuan Nilai Tipikal Catatan

Berat jenis Kekerasan

Suhu distorsi panas Penyerapan air (suhu ruang) Kekuatan fleksural Modulus fleksural Daya rentang Modulus rentang Elongasi - - o C % % Kg/mm2 Kg/mm2 Kg/mm2 Kg/mm2 % 1.215 40 70 0.188 0.466 9.4 300 5.5 300 2.1

25 oC - - 24 jam 7 hari - - - - -

Sumber : Tata Surdia, pengetahuan bahan teknik, Jakarta : Pradnya paramita, 2000. 2.3.3 Sifat-Sifat Resin Polyester

Penyerapan energi plastik yang diperkuat dengan serat kimia (uji benturan, pelentukan, dan tarik) Investigasi atas persyaratan praktis untuk mengukur penyerapan energi dari bahan-bahan gabungan (komposit), dan pengembangan metode yang cocok untuk melaksanakan pengukuran tersebut. Sejumlah metode uji dinamis untuk mengukur penyerapan energi dari berbagai lapisan, termasuk uji benturan pelentukan, uji benturan berulang-ulang, uji benturan tarikan, dan uji tumbukan pembengkokan. Didiskusikan pula ujian benturan pada lempengan berlapis. Penekanan khusus ditempatkan pada studi pada berbagai komposit yang diperkuat dengan sebuah serat kimia. Tak dapat dipungkiri bahwa ada hubungan antara penyerapan energi statis yang semu dari berbagai serat dan penyerapan energi dinamisnya komposit. Komposit berpolyester komersial dan serat poliamida memiliki penyerapan energi yang tertinggi, dimana piranti pengujian memiliki efek yang signifikan. Adapun sifat mekanik dari polyester yaitu:

1. Didalam sifat termalnya, resin polyester memiliki suhu deformasi termal lebih rendah dari pada resin termoset lainnya.

2. Matriks tersebut dapat menghasilkan keserasian matriks penguat dengan mengontrol faktor jenis dan jumlah komponen, katalis, waktu dan suhu. 3. Memiliki sifat listirik yang cukup baik diantara resin termoset lainnya. 4. Mengenai ketahanan kimia, kuat terhadap asam tetapi lemah terhadap

alkali dan bahan ini mudah mengembang dalam pelarut yang melarutkan polimer stiren.

5. Kemampuan terhadap cuaca sangat baik, tahan terhadap kelembapan dan sinar Ultra Violet bila dibiarkan diluar.

2.4 Metode Hand Lay Up

Metode Hand lay up yang disebut juga dengan way lay up merupakan sebuah metode pembuatan komposit yaitu dengan mengisiskan resin kedalam cetakan dengan tangan keserat didalam suatu wadah. Dalam metode ini serat bisa disusun, dianyam, atau diikat. Biasanya untuk meratakan permukaan dari resin digunakan roller atau kuas. Perataan atau penekanan ini dilakukan agar antara resin dan serat benar-benar menyatu dengan baik.

Hand lay up adalah metode yang paling sederhana dan merupakan proses dengan metode terbuka dari proses fabrikasi komposit. Adapun proses dari pembuatan dengan metoda ini adalah dengan cara menuangkan resin dengan tangan kedalam serat berbentuk anyaman, rajuan atau kain, kemudian memberi takanan sekaligus meratakannya menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai. Pada proses ini resin langsung berkontak dengan udara dan biasanya proses pencetakan dilakukan pada temperatur kamar.

Proses manufaktur bahan komposit dengan metrode hand lay up merupakan metode yang paling sederhana diantara metode-metode manufaktur bahan komposit yang lain. Dikatakan sederhana karena tekniknya sangat mudah

diaplikasikan yaitu cairan resin dioleskan diatas sebuah cetakan dan kemudian serat layer pertama diletakkan diatasnya, kemudian dengan menggunakan roller/kuas resin kembali diratakan. Langkah ini dilakukan terus menerus hingga didapatkan ketebalan spesimen yang diinginkan. Pada proses metode hand lay up

dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 proses hand lay up Kelebihan penggunaan metode proses hand lay up ini adalah :

1. Mudah dilakukan

2. Cocok di gunakan untuk komponen yang besar 3. Volumenya rendah

2.5 Desain Struktur pada Pesawat Tanpa Awak

Dalam perancangan pesawat tanpa awak ini, material yang digunakan adalah material komposit yang diperkuat dengan polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up, dengan tebal 5 mm. Proses pembuatan dilakukan dengan menggunakan metode hand lay up, dimana proses metode hand lay up menggunakan roller/kuas resin dengan meratakan campuran resin dan serat rock wool ditambah dengan sedikit cairan katalis sebagai pengerasnya. Adanya spesifikasi data khusus hasil design. Pada desain stuktur pada pesawat tanpa awak diperoleh spesifikasi data khusus hasil desain dapat dilihat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3 spesifikasi data khusus hasil desain No Spesifikasi Karakteristik

1 Aifoil NACA 2412

2 Jenis Wing Straight Wing 3 Panjang Fuselage 2027 mm

4 Lebar 202 mm

5 Motor penggerak Motor elektrik 6 Putaran Propeler 3000 rpm

7 Jumlah Blade 2 buah

8 Diameter Propeler 300 mm 9 Material Bahan Komposit

10 Berat body 10000 gr

Adapun komponen-komponen pesawat tanpa awak adalah badan pesawat, sayap pesawat, glider, ekor pesawat dan landing gear. Pada pembahasan ini hanya membahas badan pesawat (fuselage) pada pesawat tanpa awak dengan melihat detail proses metode hand lay up, melakukan simulasi untuk mencari nilai tegangan regangan dan menghitung titik berat pada badan pesawat tanpa awak.

2.5.1 Badan Pesawat ( Fuselage )

Fuselage merupakan salah satu struktur utama pesawat yang terhubung dengan sayap, ekor, dan landing gear. Struktur fuselage berfungsi mentransfer beban dari struktur sayap, ekor, dan landing gear. Struktur fuselage ini harus mampu menahan beban seperti berikut tanpa mengalami kegagalan struktur maupun masalah fatigue:

a. Beban dari ekor akibat trim, maneuvering, turbulence, dan gust, b. Beban landing gear akibat impact saat mendarat, beban saat taxi, dan

ground maneuvering,

Struktur fuselage harus dibuat cukup kaku dan kuat untuk menahan segala pembebanan yang akan terjadi selama pesawat ini beroperasi. Hal ini berfungsi untuk menghindari terjadinya defleksi dan vibrasi pada saat operasionalnya. Akan tetapi, struktur fuselage ini harus dibuat tetap seringan mungkin.

Dalam merancang badan pesawat ini, aerodinamis badan pesawat adalah

hal yang paling penting. Tipe dan koefisien badan pesawat dapat dilihat pada gambar 2.6 sebagai acuan. Badan pesawat yang digunakan adalah tipe 8 dengan koefisien drag (Cd)0,458, dimana Cd yang akan digunakan untuk menghitung gaya hambat yang dialami pesawat tanpa awak. Pada badan pesawat terdapat tipe dan koefisien badan pesawat dapat dilihat pada gambar 2.6.

Sumber : lennon Andy ,2006. Aircraft Design Gambar 2.6 tipe dan koefisien badan pesawat

Berikut adalah gambar badan pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Badan pesawat tanpa awak

Berikut adalah gambar teknik tiap pandangan badan pesawat tanpa awak : a. Pandangan depan badan pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.8.

b. Pandangan samping badan pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Pandangan Samping badan pesawat tanpa awak

c. Pandangan belakang badan pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Pandangan belakang badan pesawat tanpa awak

d. Gambar teknik badan pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Gambar teknik badan pesawat tanpa awak

2.5.2 Assembling Pesawat Tanpa Awak

Assembling merupakan bagian utuh dari suatu benda, dimana dalam hal ini adalah pesawat (fuselage) tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle). Berikut adalah gambar assembling dari pesawat yang dilengkapi dengan pandangan tiap sisi dari pesawat (fuselage) tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle). Berikut adalah gambar assembling pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Assembling pesawat tanpa awak 2.6 Analisis Kekuatan Bahan Komposit

2.6.1 Teori Tegangan untuk Komposit

Intensitas gaya (gaya persatuan luas) disebut tegangan (stress). Dengan menganggap bahwa tegangan terdistribusi secara merata pada seluruh bidang batang penghubung. Gambar 2.13 memperlihatkan suatu elemen tegangan berdimensi tiga, atau tegangan triaksial (triaxial stress), dimana menunjukkan tiga

tegangan normal σx, σy dan σz, semuanya positif; dan enam tegangan geser τxy, τxz, τyx, τyz, τzx, τzy, juga semuanya positif.

Elemen tersebut berada dalam kesetimbangan statis, sehingga tegangan normal yang arahnya keluar, adalah tegangan tarik yang dinyatakan positif. Orientasi elemen tegangan terjadi dalam ruang dimana semua komponen tegangan geser berharga nol. Bila elemen mempunyai orientasi khusus seperti ini, maka garis normal terhadap setiap permukaan merupakan arah utamanya. Tegangan normal yang terjadi merupakan tegangan utama atau tegangan prinsipal (principal stress) yaitu σ1, σ2, σ3.

Dengan prinsip kesetimbangan gaya pada masing-masing arah utama, maka diperoleh persamaan pangkat tiga, yaitu:

σ3-(σx + σy +σz) σ2+(σx σy + σx σz + σy σz - τ2xy - τ2yz - τ2zx ) σ - (σx σy σz + 2τxzx - σ x2yz - σ y2zx - σ z2xy) = 0 (2.1)

Gambar 2.14 memperlihatkan diagram lingkaran Mohr untuk kasus beban

triaksial yang terjadi untuk kondisi σ1 > σ2 > σ3. Berdasarkan teori ini tegangan geser maksimum adalah:

2 3 1 max

σ σ

τ = − (2.2) Regangan yang terjadi memenuhi persamaan:

(2.3)

Dimana :

L = Panjang awal sebelum pembebanan.

Gambar 2.14 lingkaran mohr untuk kasus beban triaksial

Pertambahan panjang persatuan disebut regangan (ε), ditunjukan oleh karena regangan normal (ε) adalah perbandingan antara dua ukuran

panjang, merupakan besaran yang berdimensi (dimenssion less quantity) tidak memilki satuan. Dalam pembahasan regangan pada sebuah titik, yang penting diperhatikan adalah pergeseran (displacement) relatif dari titik-titik yang berdekatan. Pertambahan panjang yang terjadi pada suatu elemen diilustrasikan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 komponen-komponen regangan xy dalam bidang xy

Pada bidang xy dapat terjadi ketiga komponen regangan, yaitu: regangan

normal εx dalam arah x, regangan normal εy dalam arah y, dan regangan geser

γxy. Sebuah elemen bahan yang hanya dikenai regangan-regangan ini dikatakan

berada dalam regangan bidang (plane strain).

Dari sini diperoleh bahwa elemen yang mengalami regangan bidang tidak

memiliki regangan normal εz dan regangan geser γxz dan γyz berturut-turut dalam

bidang xz dan yz. Jadi, regangan bidang didefinisikan dengan rumus sebagai berikut:

εz = 0 xz = 0 yz = 0 (2.4) Regangan-regangan yang sisa (εx, εy, dan γxy) dapat memiliki harga -harga yang tidak nol.

2.6.2 Teori Regangan Normal Maksimum

Teori regangan maksimum disebut juga dengan teori Saint Venant aplikasinya hanya digunakan dalam selang elastis pada tegangan. Teori ini menyatakan keluluhan akan terjadi ketika regangan terbesar dari tegangan utama menjadi sama dengan regangan yang berhubungan dengan kekuatan luluh. Jika diasumsikan kekuatan luluh dalam tarikan dan tekanan adalah sama, maka regangan pada tegangan dapat disamakan dengan regangan yang berhubungan dengan kekuatan luluh. Kondisi luluh dapat dirumuskan sebagai berikut:

(2.5) Jika salah satu dari tiga tegangan-tegangan utama adalah nol dan dua tegangan yang bekerja adalah Aσ dan Bσ maka untuk tegangan beraksial kriteria luluh dapat dituliskan sebagai berikut.

(2.6)

2.6.3 Teori Tegangan Geser Maksimum

Teori ini mengatakan bahwa kegagalan yang dimulai ketika tegangan geser maksimum pada setiap elemen menjadi sama dengan tegangan geser dalam uji tarik spesimen tersebut mulai luluh. Jika ditentukan tegangan-tegangan utama seperti, σ1> σ2 > σ3 maka dari teori tegangan geser maksimum menduga senantiasa keluluhan akan terjadi pada persamaan.

2.6.4 Teori Pusat Gravitasi Dan Pusat Massa Untuk Sistem Partikel

Pusat gravitasi (g) adalah titik pusat yang menempatkan berat yang dihasilkan dari suatu sistem partikel. Untuk menunjukkan bagaimana menentukan titik ini dengan mempertimbangkan sistem n partikel tetap dalam suatu wilayah ruang seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16. Bobot partikel terdiri dari sistem kekuatan paralel yang dapat diganti dengan (setara) berat resultan tunggal memiliki titik didefinisikan g dari aplikasi. Untuk menemukan koordinat x, y, z dari g, kita harus melihat prinsip yang diuraikan.

Gambar 2.16 menentukan titik partikel tetap dalam suatu ruang

Hal ini membutuhkan bahwa berat yang dihasilkan sama dengan berat total semua partikel n dapat dirumuskan sebagai berikut:

(2.8) Jumlah momen bobot semua partikel tentang sumbu x, sumbu y, dan sumbu z, kemudian sama dengan saat berat resultan tentang sumbu ini. Dengan demikian, untuk menentukan koordinat g. kita dapat menyimpulkan jumlah momen sumbu y. hasil ini dapat dilihat pada rumus.

Demikian juga, untuk menjumlahkan momen terhadap sumbu x, kita dapat memperoleh koordinat y.

(2.10)

Meskipun bobot tidak menghasilkan sejenak tentang sumbu z, kita dapat memperoleh sumbu z pada koordinat g dengan membayangkan sistem koordinat. Dengan partikel tetap di dalamnya, seperti yang diputar 90º tentang x (atau sumbu y), Gambar 2.16 Menjumlahkan momen terhadap sumbu x, kita memiliki rumus.

(2.11)

Kita bisa menggeneralisasi formula ini, dan menulis semua secara simbolis dalam bentuk rumus berikut.

(2.12)

x, y, z mewakili koordinat pusat gravitasi g dari sistem partikel. x, y, z mewakili koordinat dari setiap partikel dalam sistem.

∑W adalah jumlah yang dihasilkan dari bobot semua partikel dalam sistem.

Persamaan-persamaan ini mudah diingat jika diingat bahwa mereka hanya mewakili keseimbangan antara jumlah dari momen bobot masing-masing partikel dari sistem dan saat berat yang dihasilkan untuk sistem.

Untuk mempelajari masalah pusat massa tentang gerak materi di bawah pengaruh kekuatan, dinamika, perlu untuk menemukan titik yang disebut pusat massa. Asalkan percepatan gravitasi g untuk setiap partikel adalah konstan, maka W = mg. Mengganti ke Persamaan 2.12 dan membatalkan g baik dari pembilang dan hasil penyebut.

(2.13) Sebagai perbandingan, saat itu lokasi pusat gravitasi bertepatan dengan pusat massa. Ingat, bagaimanapun bahwa partikel memiliki "berat" hanya ketika di bawah pengaruh daya tarik gravitasi, sedangkan pusat massa tidak bergantung pada gravitasi. Sebagai contoh, itu akan menjadi tidak berarti untuk menentukan pusat gravitasi dari suatu sistem partikel yang mewakili planet tata surya kita, sementara pusat massa dari sistem ini adalah penting.

2.6.5 Titik Berat, Pusat Massa dan Centeroid Untuk Tubuh

Pusat gravitasi tubuh kaku terdiri dari jumlah tak terbatas partikel, dan jadi jika prinsip-prinsip yang digunakan untuk menentukan Persamaan 2.16 diterapkan pada sistem partikel menyusun tubuh kaku, menjadi perlu untuk menggunakan integrasi dari pada penjumlahan istilah diskrit. Mengingat partikel sewenang-wenang yang terletak di (x, y, z) dan memiliki berat dW. Gambar 2.17, dihasilkan persamaan.

(2.14)

Dalam rangka menerapkan persamaan ini dengan benar, berat differensial dW harus dinyatakan dalam volume yang terkait dV nya. Jika y mewakili berat tertentu dari tubuh. Diukur sebagai berat per satuan volume, maka dW = γ dV dan karena itu.

(2.15)

Pusat massa. Kepadatan p, atau massa per satuan volume. berkaitan dengan γ dengan persamaan γ = pg. di mana g adalah percepatan gravitasi. Mengganti hubungan ini ke persamaan 2.15 dan membatalkan g baik dari pembilang dan penyebut menghasilkan persamaan yang sama (dengan p menggantikan γ) yang dapat digunakan untuk menentukan pusat massa tubuh.

Gambar 2.17 menentukan pusat massa tubuh

Centroid (C) adalah titik yang mendefinisikan pusat geometris dari suatu objek. Lokasinya dapat ditentukan dari rumus yang sama dengan yang digunakan untuk menentukan pusat gravitasi tubuh atau pusat massa. Secara khusus, jika bahan menyusun tubuh seragam atau homogen, kepadatan atau berat tertentu akan konstan di seluruh tubuh, dan karena istilah ini akan faktor dari integral dan membatalkan baik dari pembilang dan penyebut dari Persamaan 2.15. Rumus yang dihasilkan menentukan pusat massa tubuh karena mereka adalah independen dari berat tubuh dan bukan hanya bergantung pada geometri tubuh. Tiga kasus-kasus tertentu akan dipertimbangkan.

Gambar 2.18 lokasi pusat massa

Jika suatu benda dibagi menjadi elemen Volume dV. Gambar 2.18 lokasi pusat massa C (x, y, z) untuk volume objek dapat ditentukan dengan menghitung "momen" dari unsur-unsur tentang masing-masing sumbu koordinat. Rumus yang dihasilkan.

(2.16)

Dengan cara yang sama, pusat massa untuk daerah permukaan suatu benda, seperti plale atau shell, Gambar 2.19, dapat ditemukan dengan membagi wilayah tersebut menjadi elemen differensial dA dan menghitung "momen" elemen daerah ini tentang masing-masing sumbu koordinat, yaitu.

(2.17)

Gambar 2.19 daerah pusat massa

Jika geometri objek, seperti batang tipis atau kawat, mengambil bentuk garis, Gambar 2.19. yang momen seimbang elemen differensial dL tentang masing-masing sumbu koordinat hasil.

(2.18)

Gambar 2.20 garis pusat massa

2.6.6 Simulasi Numerik dengan Ansys 14.0

Untuk menyelesaikan permasalahan numerik digunakan alat bantu software Ansys. Program Ansys ini dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan Ansys, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan Ansys.

Metode elemen hingga merupakan metode yang digunakan oleh para engineer untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis yang dihadapinya. Adapun permasalahan teknik dan masalah 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.

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.

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 pemodelan 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).

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

2.6.7 Metode Meshing (Ansys Meshing)

Meshing merupakan bagian integral dari proses simulasi rekayasa dibantu komputer. Mesh mempengaruhi akurasi, dan kecepatan konvergensi dari solusi. Selain itu, waktu yang dibutuhkan untuk membuat dan mesh model sering porsi yang signifikan dari waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil dari solusi. Dari mudah, meshing otomatis ke mesh sangat dibuat, Ansys menyediakan solusi akhir. Setelah desain terbaik ditemukan, meshing teknologi dari Ansys menyediakan fleksibilitas untuk menghasilkan jerat yang berkisar dalam kompleksitas dari hex murni untuk hibrida yang sangat rinci, pengguna dapat menempatkan mesh yang tepat di tempat yang tepat dan memastikan bahwa simulasi akurat akan memvalidasi model fisik.

Elemen bentuk meshing yaitu:

2. Berbentuk segi tiga

3. Berbentuk segi enam

4. Tetrahedral

Adapun jenis penggunaan dari metode meshing yaitu:

1. Automatic Metode Meshing,

Jika Anda memilih metode kontrol otomatis, tubuh akan menyapu jika memungkinkan. Jika tidak, Tetrahedrons (patch Penurut) digunakan. Global option Elemen Midside Nodes memungkinkan Anda untuk mengontrol apakah jerat harus dibuat dengan node midside (unsur kuadrat / urutan kedua) atau tanpa node midside (elemen linier / urutan pertama). Mengurangi jumlah node midside mengurangi jumlah derajat kebebasan. Pilihan untuk global opsi Elemen Midside Nodes meliputi Program Controlled, Turun, dan Kept.

Opsi Turun menghapus node midside pada semua elemen. Contoh di bawah ini merupakan untuk benda padat.

Disimpan opsi mempertahankan node midside pada elemen dibuat dalam bagian atau badan. Semua elemen akan memiliki node midside.

2. Tetrahedrod / Hybrid Meshing Method, dimana semua jala tetrahedral dibuat. Pengaturan algoritma ditampilkan memungkinkan untuk memilih bagaimana mesh tetrahedral dibuat berdasarkan pilihan

3. Hex dominan Meshing Method, dimana hex jala dominan bebas dibuat. Pilihan

ini direkomendasikan bagi tubuh yang tidak dapat menyapu.

4. Sapu Meshing Metode, mesh menyapu dipaksa pada "sweepable" tubuh

(termasuk sumbu-sweepable tubuh, yang tidak ditampilkan saat menggunakan acara tubuh sweepable fitur). Mesher akan gagal jika mesh menyapu tidak dapat dihasilkan pada tubuh dengan kontrol metode sapuan.

5. Multizona Meshing Metode, berdasarkan pendekatan. Secara otomatis

menghasilkan mesh hexahedral murni di mana mungkin dan kemudian mengisi lebih sulit untuk menangkap daerah dengan jala terstruktur. Metode jala multizona dan metode Sweep jala beroperasi sama. Namun, multizona memiliki kemampuan yang membuatnya lebih cocok untuk kelas masalah yang metode Sweep tidak akan bekerja tanpa dekomposisi geometri luas.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Pelaksanaan pembuatan badan pesawat tanpa awak (UAV) ini dilakukan di Rumah Industri bengkel di Jln. Irian Barat. Selanjutnya untuk mencari nilai titik berat dilakukan cara perhitungan secara teoritis serta mencari nilai tegangan regangan yang terjadi pada badan pesawat tanpa awak di lakukan simulasi dengan menggunakan software Ansys 14.0 yang dikerjakan di Lab. Studio Gambar Mesin, Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penelitian ini berlangsung selama ± 5 bulan. Pada lokasi dan aktifitas penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 lokasi dan aktifitas penelitian

No Kegiatan Lokasi

1.

2.

3.

Pembuatan badan pesawat tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle)

Mencari nilai titik berat pada Prototype fuselage Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle) dengan perhitungan teoritis Membuat simulasi badan pesawat tanpa awak dengan software Ansys 14.0

Rumah Industri bengkel di Jln. Irian Barat pasar 7 percut seituan

Lab. Noise/Vibration Control in Engineering, Magister Teknik Mesin, FT. USU

Lab. Studio Gambar Mesin, Magister Teknik Mesin, FT. USU

3.2 Diagram Alir Penelitian

Adapun langkah-langkah dari pelaksanaan penelitian ini bisa dilihat pada diagram alir penelitian pada gambar 3.1.

Mulai

Identifikasi masalah dan menetapkan tujuan penelitian

STUDI AWAL

Studi Literatur

PENGUMPULAN DATA

- Data pesawat

- Data Hasil Pengujian

PENGOLAHAN DATA

- data hasil perhitungan titik berat - data dari hasil Simulasi Ansys 14.0

Tidak ya

Analisa Data

KESIMPULAN

Selesai

3.3.Bahan dan Alat Penelitian 3.3.1. Bahan Penelitian

Dalam penelitian ini bahan yang digunakan adalah material komposit yang di perkuat dengan resin polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up yang akan digunakan sebagai badan pesawat (fuselage) tanpa awak. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah :

a. Serat Rock Wool jenis Roxul

Pada penelitian pembuatan badan pesawat (fuselage) tanpa awak ini digunakan serat rock wool dengan merek Roxul densitas 60 kg/m3 sebagai pengikat material komposit. Pada gambar serat rock wool dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2 serat rock wool b. Resin Polyester tipe 157

Berbentuk bahan kimia yang berbentuk cair, tetapi agak kental dan digunakan sebagai penguat antara resin dan serat rock wool. Pada gambar resin polyester dapat dilihat pada gambar 3.3.

c. Katalis jenis MEKPO

Setelah seluruh bahan serat rock wool dengan resin di campurkan, lalu di tambahkan dengan katalis yang berbentuk cairan yang digunakan untuk campuran adonan resin dan serat yang berguna untuk mengeraskan resin. Pada gambar katalis dapat dilihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 katalis

d. Mirror Glaze Wax

Digunakan untuk melapisi mal badan pesawat (fuselage) tanpa awak agar tidak melekat setelah dicampur dengan resin serta katalis. Pada gambar Mirror Glaze Wax dapat dilihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 wax e. Dempul Plastik jenis Syngloss

Digunakan untuk melapisi pori-pori pada bahan material komposit agar terjadi kekuatan pada lapisan badan pesawat (fuselage) tanpa awak. Pada gambar dempul plastic dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 dempul plastik f. Dempul Plastik Hardener

Digunakan sebagai pasta pengeras untuk campuran dempul plastik. Pada gambar dempul plastik hardener dapat dilihat pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 dempul plastik hardener

3.3.2. Alat Penelitian

Dalam proses pembuatan badan pesawat (fuselage) tanpa awak, dimana alat-alat tersebut memiliki fungsi masing-masing dalam proses penelitian ini. Adapun alat-alat tersebut antara lain :

1. Mesin Gerinda

Mesin gerinda yang digunakan adalah gerinda tangan bermerek Metabo. Mesin gerinda berfungsi untuk menghaluskan permukaan pada fuselage, untuk mendapatkan dimensi yang diinginkan. Mata gerinda yang digunakan berbentuk kertas pasir dengan ukuran kekasaran 400 dan 800. Pada gambar mesin gerinda tangan dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 mesin gerinda tangan 2. Kertas Pasir

Digunakan untuk membuat permukaan benda-benda menjadi lebih halus dengan cara menggosokkan salah satu permukaan amplas yang telah ditambahkan bahan yang kasar kepada permukaan benda tersebut. Pada gambar kertas pasir dapat dilihat pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 kertas pasir

3. Sekrap Dempul

Digunakan untuk alat proses lapisan dempul plastik sebagai adukan antara dempul plastik dengan hardener. Pada gambar sekrap dempul dapat dilihat pada gambar 3.10.

Gambar 3.10 sekrap dempul 4. Kuas Cat

Digunakan sebagai bantuan untuk melapisi dengan rata bahan material komposit campuran resin dan serat rock wool serta katalis. Pada gambar kuas cat dapat dilihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.11 kuas cat

3.4 Prosedur Pembuatan badan pesawat (fuselage) 3.4.1 Proses Pembuatan Mal

Material yang digunakan untuk membuat Mal adalah bambu. Bambu dipilih karena memiliki sifat yang lentur dan mudah dibentuk. Mal berfungsi untuk membuat pola pada cetakan untuk proses hand lay up, Mal dibuat secara manual. Pada proses pembuatan mal dapat dilihat pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 proses pembuatan mal

Permukaan mal dibuat sehalus mungkin, spasi-spasi bambu di tutup dengan dempul sehingga permukaan rata dan tidak berlubang. Kerataan permukaan mal menentukan kerataan hasil proses hand lay up, karena ketika pembuatan pola permukaan komposit akan mengikuti permukaan mal.

3.4.2 Persiapan Bahan dan Alat

1. Untuk campuran komposit menggunakan 12% dan serat rock wool sebanyak 88%

2. Resin polyester157 disiapkan ± 3 liter untuk pembuatan seluruh badan pesawat

3. Katalis disiapkan untuk dicampurkan pada resin ± 100 ml untuk pembuatan seluruh badan pesawat, disini katalis yang digunakan memiliki senyawa MEKPO yaitu senyawa Metyl Etyl Keton Peroksida

4. Serat rock wool disiapkan sekitar 4x1 meter untuk seluruh badan pesawat dan dibagi menjadi lembaran-lembaran kertas

5. Mirror glaze wax disiapkan bersama kain sebagai bantuan untuk melapisi

seluruh permukaan badan pesawat

6. Kuas cat disiapkan sebagai bantuan untuk melapisi campuran resin dan serat ke seluruh permukaan badan pesawat

7. Dempul plastik beserta hardenernya untuk menggabungkan badan pesawat yang telah diproses menjadi satu bagian

8. Gerinda tangan dan kertas pasir disiapkan sebagai menghaluskan permukaan badan pesawat setelah proses dempul selesai.

3.4.3 Proses Pembuatan Badan Pesawat

Langkah-langkah proses pembuatan dengan bahan material komposit yang di perkuat dengan resin polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up yang akan digunakan sebagai badan pesawat (fuselage) tanpa awak (UAV) adalah sebagai berikut:

1. Siapkan mal badan pesawat. Pada tampilan mal badan pesawat dapat dilihat pada gambar 3.13.

Gambar 3.13 tampilan mal badan pesawat

2. Mal badan pesawat diolesi dengan Mirror glaze wax pada seluruh badan pesawat dengan merata agar dalam pelapisan campuran tidak melekat dan mudah terlepas dari cetakan. Pada tampilan pemolesan wax dapat dilihat pada gambar 3.14.

Gambar 3.14 tampilan pemolesan wax

3. Penuangan resin polyester kedalam gelas. Setiap pemakaian resin polyester sebanyak 15,15 gram dan diaduk pelan-pelan dengan sendok sampai benar-benar merata. Pada tampilan penuangan resin polyester dapat dilihat pada gambar 3.15.

Gambar 3.15 tampilan penuangan resin polyester

4. Tambahkan katalis sebagai pengeras kedalam resin. Pada setiap resin polyester dituang sebanyak 15,15 gram dan campurkan katalis sebanyak 4 tetes pipet, setiap 1 tetes pipet sama dengan 0,02 gram dan diaduk pelan-pelan hingga tercampur merata kira-kira selama 2 menit. Pada tampilan penuangan katalis kedalam resin dapat dilihat pada gambar 3.16.

Gambar 3.16 tampilan penuangan katalis kedalam resin

5. Setelah resin dan katalis tercampur merata, lalu di tuangkan ke permukaan mal badan pesawat sedikit demi sedikit dan dioleskan campuran resin dengan kuat serta dilakukan menggunakan metode manual yaitu dengan hand lay up. Pada tampilan proses metode hand lay up dapat dilihat pada gambar 3.17.

Gambar 3.17 tampilan proses metode hand lay up

6. Setelah permukaan rata dengan campuran resin kemudian lapisi lembaran serat rock wool dengan merata keseluruh permukaan mal, lalu dilapisi lagi dengan resin sampai permukaan benar-benar merata. Pada tampilan pelapisan serat rockwool dapat dilihat pada gambar 3.17.

Gambar 3.18 tampilan pelapisan serat rockwool

7. Setelah permukaan campuran rata pada mal, tunggu hingga kering selama 1 hari atau kurang lebih 24 jam.

8. Kemudian di lakukan proses penyatuan menjadi satu badan pesawat. Pada tampilan badan pesawat setelah di resin dapat dilihat pada gambar 3.19.

Gambar 3.19 tampilan badan pesawat setelah di resin

9. Lalu setelah proses penyatuan selesai, selanjutnya proses pelapisan dan pendempulan agar pori-pori hasil campuran resin menjadi lebih kuat sampai badan pesawat benar-benar menyatu dan halus. Pada tampilan proses pendempulan dapat dilihat pada gambar 3.20.

Gambar 3.20 tampilan proses pendempulan

10. Sesudah hasil permukan kering, lalu hasil dari proses pendempulan dirapikan dengan menggunakan gerinda tangan sampai badan pesawat halus merata. Pada tampilan hasil permukaan dempul dapat dilihat pada gambar 3.21.

Gambar 3.21 tampilan hasil permukaan dempul

11. Setelah proses selesai dihaluskan dengan gerinda tangan, lalu seluruh permukaan badan pesawat di haluskan lagi dengan menggunakan

kertas pasir atau sering disebut dengan amplas. Pada tampilan hasil permukaan setelah di haluskan dapat dilihat pada gambar 3.22.

Gambar 3.22 tampilan hasil permukaan setelah di haluskan

3.4.4 Proses Finishing

Setelah proses pembuatan dengan bahan material komposit yang di perkuat dengan resin polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up yang akan digunakan sebagai badan pesawat (fuselage) tanpa awak selsesai, selanjutnya masuk ke proses finishing dapat ditampilkan pada gambar dibawah sebagai berikut:

1. Proses finishing dempul plastik. Pada tampilan hasil permukaan setelah di haluskan merata dapat dilihat pada gambar 3.23.

Gambar 3.23 tampilan hasil permukaan setelah di haluskan merata 2. Proses hasil polishing. Pada tampilan hasil permukaan setelah di

polishing dapat dilihat pada gambar 3.24.

Gambar 3.24 tampilan hasil permukaan setelah di polishing

3. Proses pengecatan tahap pertama. Pada tampilan hasil proses pengecatan tahap pertama dapat dilihat pada gambar 3.25.

Gambar 3.25 tampilan hasil proses pengecatan tahap pertama

4. Proses pengecatan tahap kedua. Pada tampilan hasil proses pengecatan tahap kedua dapat dilihat pada gambar 3.26.

Gambar 3.26 tampilan hasil proses pengecatan tahap kedua

5. Proses pengecatan tahap pemodelan. Pada tampilan hasil permukaan permodelan dapat dilihat pada gambar 3.27.

Gambar 3.27 tampilan hasil permukaan pemodelan

6. Proses hasil finishing. Pada tampilan hasil proses finishing dapat dilihat pada gambar 3.28.

Sumbu x :

x = A1x1+ A2x2+ A3x3+ A4x4+ A5x5+ A6x6+ A7x7+ A8x8+ A9x9+ A10x10+ A11x11+ A12x12 A1+ A2+ A3+ A4+ A5+ A6+ A7+ A8+ A9+ A10+ A11+ A12

x =(57910,05×662,75) + (698×88,2) + (80209×469,5) + (39000,5×1091) + (7115,34×468,7) + (13165×468,7) + (3007,35×1530,95) + (29093×1678,6) + (3007,35×1593,7) + (777,25×2002,65) + (136,43×1883,9) + (20775×1951,5) 57910,05 + 698 + 80209 + 39000,5 + 7115,34 + 13165 + 3007,35 + 29093 + 3007,35 + 777,25 + 136,43 + 20775

x =38379885,6 + 61563,6 + 37658125,5 + 42549545,5 + 3334959,8 + 6170449,56 + 4604102,48 + 48835509,8 + 4792813,69 + 1556559,7 + 257020,47 + 40535141,25

254895,03 x = 897,37

Sumbu y :

y = A1y1+ A2y2+ A3y3+ A4y4+ A5y5+ A6y6+ A7y7+ A8y8+ A9y9+ A10y10+ A11y11+ A12y12 A1+ A2+ A3+ A4+ A5+ A6+ A7+ A8+ A9+ A10+ A11+ A12

y =(57910,05×168,5) + (698×71,9) + (80209×79,65) + (39000,5×100,25) + (7115,34×13,6) + (13165×13,6) + (3007,35×129,45) + (29093×103) + (3007,35×76,75) + (777,25×102,3) + (136,43×217,65) + (20775×265,9) 57910,05 + 698 + 80209 + 39000,5 + 7115,34 + 13165 + 3007,35 + 29093 +

4.2 Simulasi Numerik

Hasil simulasi dengan Ansys 14.0 dapat dilihat dengan cara sebagai berikut.

4.2.1 Simulasi Hasil Total Deformation

Pada gambar 4.16 memperlihatkan hasil Total Deformation.

Gambar 4.16 Distribusi Total Deformation

Distribusi perubahan bentuk yang terjadi ditandai dengan kontur warna. Warna merah menunjukkan daerah konsentrasi deformasi dimana deformasi maksimum terjadi di daerah ini, dan pada titik ini pulalah yang paling berpotensi munculnya deformasi plastis pertama. Selanjutnya distribusi deformasi menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru. Deformasi maksimum yang terjadi pada arah sumbu-Z sebesar 2.396 mm dari bentuk semula.

4.2.2 Simulasi Equivalent Elastic Strain

Pada gambar 4.17 memperlihatkan hasil Equivalent Elastic Strain.

Gambar 4.17 Distribusi Equivalent Elastic Strain

Regangan maksimum yang terjadi pada arah sumbu-Z adalah sebesar 0.00014584 mm/mm dan regangan minimum yang terjadi sebesar 3.2414 x 10-8 mm/mm. Hal ini ditandai dengan kontur warna merah yang mendapat konsentrasi regangan. Selanjutnya distribusi regangan menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru.

4.2.3 Simulasi Equivalent Stress

Pada gambar 4.18 memperlihatkan hasil Equivalent Stress.

Gambar 4.18 Distribusi Equivalent Stress

Tegangan maksimum yang terjadi pada arah sumbu-Z adalah sebesar 4.5635 MPa dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0.00045862 MPa. Hal ini ditandai dengan kontur warna merah yang mendapat konsentrasi tegangan. Selanjutnya distribusi tegangan menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan dan saran sebagai berikut:

1. Hasil proses pembuatan badan pesawat tanpa awak dikatakan berhasil dengan bahan material komposit campuran resin polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up.

2. Letak titik berat pada fuselage dihitung secara teoritis didapat pada koordinat x= 897,37, y= 77,77.

3. Hasil simulasi numerik pada software Ansys 14.0 menunjukkan bahwa badan pesawat tanpa awak terbuat dari material komposit bila diberi beban 500 N maka simulasi hasil Total Deformation maksimum menunjukkan angka sebesar 2.396 mm dari bentuk semula dan pada titik inilah yang berpotensi munculnya deformasi plastis pertama. Simulasi Equivalent Elastic Strain menghasilkan regangan maksimum yang terjadi sebesar 0.00014584 mm/mm dan regangan minimum yang terjadi sebesar 3.2414 x 10-8 mm/mm. Simulasi Equivalent Stress menghasilkan tegangan maksimum sebesar 4.5635 MPa, dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0.00045862 MPa.

5.2. SARAN

Saran-saran yang perlu diperhatikan untuk dilakukan pada penelitian lebih lanjut, adalah :

DAFTAR PUSTAKA

Anggrainie, 2010. Serat rockwool. Diakses pada tanggal 23 maret 2014 dari http://www.anggrainie.wordpress.com

Chawla, K.K. 1987. Composite materials, First Ed. Berlin: Springer-Verlag New York Inc.

Ellyawan.2008, Panduan Untuk Komposit, diakses pada tanggal 21 maret 2014 dar

Giancoli. C. Douglas, 2001. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta. Erlangga.

Http://www.blogspot.com/metoda-pembuatan-komposit.html /diakses pada tanggal 10 Maret 2014/pukul 20:00

Jones, P.M, 1975, Mechanics Of Composite Materials, Institute Of Tehnology, Southem Methodist University, mc. Graw Hill, Dallas

Karmawan, Sidharta S. 1998. Mekanika Bahan:Bagian dari Mekanika Teknik. Jakarta. Universitas Indonesia.

Lennon, Andy. 2005; Re model Aircraft Design, Air Age media Inc, United State Of America

Pasaribu, Hisar M,.Pedoman Perancangan Awal Pesawat Terbang, ITB, 1993.

Purtanto, Andi. 2011. tanggal 21 maret 2014

Schwartz M.M, 1984 “Composite Material Handbook”, mc graw-Hill, New York Shofiyanti, Rizatis, 2011.Teknologi Pesawat Tanpa Awak, diakses pada tanggal

23 maret 2014

Surdia, Tata, Shinroku Saito.2000, Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta; paradnya paramita

Van Vlack, Lawrence H. Djaprie, Sriati dan Array. 1989. “Ilmu dan Teknologi Bahan”. 5th ed. Jakarta

Williams, mel, ed. 2002. Superfighters. The next of combet aircraft. Airtime publishing inc