Pengukuran Helmet Sepeda Motor Yang Dikenai Beban Impak Menggunakan Metode Jatuh Bebas

(1)

PENGUKURAN HELMET SEPEDA MOTOR YANG

DIKENAI BEBAN IMPAK MENGGUNAKAN

METODE JATUH BEBAS

TESIS

OLEH

RAHMAT KARTOLO SIMANJUNTAK

037015014/ TM

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

(2)

ABSTRAK

Pengujian terhadap helmet sepeda motor non-standar dibutuhkan untuk mengukur kekuatan helmet tersebut sebagai akibat beban yang diberikan. Pada umumnya kecelakaan lalu lintas tidak hanya dipengaruhi oleh faktor kecepatan, tetap juga oleh percepatan grafitasi bumi. Oleh karena itu dilakukan kegiatan penelitian untuk

mendapatkan dampak beban impak jatuh bebas yang terjadi pada helmet non-standar. Informasi yang diperoleh yang cukup baik mengenai dampak beban impak jatuh bebas terhadap kekuatan helmet kepada pengguna, industri, dan pemerintah. Tujuan penelitian ini ialah untuk membangun alat uji yang baik bagi pengujian kekuatan helmet non-standar akibat beban impak jatuh bebas, mengukur beban maksimum yang terjadi dalam helmet, dan kemampuan penyerapan energi pada helmet tersebut akibat beban impak jatuh bebas tersebut. Peneliti bekerjasama dengan Pusat Riset Impak dan Keretakan Magister Teknik FT-USU telah membangun alat uji tersebut yang dilengkapi dengan sistim data akusisi yang baik. Helmet yang diuji diletakkan pada test rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Untuk mengetahui waktu impak, maka pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Helmet akan jatuh dan menabrak dudukan alas uji yang disebut dengan istilah anvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor pengukuran beban yang disebut dengan loadcell yang diletakkan dibawah anvil. Terdapat empat buah bentuk anvil disesuaikan dengan kondisi kejadian di lapangan, yaitu bentuk plat datar, plat miring, peluru, dan anvil setengah bola. Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistim data akusisi yang berfungsi untuk merubah bentuk sinyal analog ke bentuk sinyal digital. Akhirnya data akan disimpan dalam PC sebagai gaya (N) dan waktu (ms). Hasil percobaan yang telah dilakukan menunjukkan bahwa alat yang telah dibangun dapat berfungsi dengan baik terbukti dari hasil pembacaan yang diterima. Besarnya tegangan maksimum yang terjadi pada masing-masing anvil ialah: anvil plat datar 2,465 kPa, anvil jenis plat miring sebesar 8,358 kPa, anvil peluru sebesar 984,70 kPa, dan pada anvil setengah bola 5,284 kPa yang dilakukan pada ketinggian yang sama, yaitu 0,75 m. Sedangkan energi terkecil yang menyebabkan helmet rusak terdapat pada jenis anvil peluru, yaitu sebesar 3,24 J pada ketinggian 0,3 m.

(3)

ABSTRACT

A test on a non-standard motor cycle helmet is needed to measure the strength of the helmet resulted from the given impact load. In general, traffic accident is not only influenced by the factor of speed but also the acceleration of earth’s gravity.

Therefore, a research was conducted to find out the impact load of free fall occurred to the non-standard helmet. Quite good information about the impact load of free fall on the strength of helmet is good to be informed to the users, industry and

government. The purpose of this study was to construct a good test tool to test the strength of non-standard helmet resulted from the free fall impact load, to measure the maximum load that occurs in the helmet, and the capability of the helmet to absorb the energy resulted from the free fall impact load. The researcher in

cooperation with the Impact and Fracture Research Center, Magister of Engineering Study Program, Faculty of Engineering, University of Sumatera Utara has made the test tool equipped with a good data acquisition system. The helmet tested is put on the test rig with an adjustable height of fall. To find out the impact time, the test tool is equipped with 8 (eight) inductive proximity censors. The helmet will fall and hit the anvil. The force will be measured using the loadcell put under the anvil. There are four anvils whose forms are adjusted to the real life situation such as flat plat, aligned plat, bullet and a half-spherical anvil. The data will be transferred from loadcell to a data acquisition system which functions to change the form of analogue signal into digital signal. Finally, the data will be saved into PC as a force (N) and time (ms). The result of the experiment done showed that the tool constructed could function well and the reading received has been well-proven. The maximum stress on the flat anvil was 2.465 kPa; the aligned flat anvil was 8.358 kPa; the bullet anvil was 984.70 kPa; and a half-spherical anvil was 5.284 kPa at the elevation of 0.75 m. The minimum energy which caused the fracture on the helmet was 3.24 J at the elevation of 0.3 m.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian ini dengan judul “Pengukuran Helmet Sepeda Motor Yang Dikenai Beban Impak Menggunakan Metode Jatuh Bebas “.

Penelitian ini terlaksana berkat bimbingan dan arahan dari komisi pembimbing dan merupakan syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng, dan Ir. H. Alfian Hamsy, M.Sc., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberi petunjuk dan arahan sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Tenik dan Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, M.Eng selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Juga kepada Dr.Eng. Ir. Indra Nasution, M.Eng selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Ir. Muhammad yang banyak membantu peneliti dalam hal pengukuran data akuisisi dan software DAQ For Helmet Impact Testing.

Penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada seluruh dosen dan staf adminitrasi Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama penulis

(5)

mengikuti pendidikan di Program Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Selanjutnya ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada seluruh rekan mahasiswa yang tergabung di Pusat Riset Impak dan Keretakan dan kakanda alumni yang telah banyak sekali memberikan masukan arahan.

Penulis persembahkan semua ini untuk istri tercinta dr. Hj. Dwi Mayaheti Nasution, serta ketiga buah hati kami Syakiroh Rahmat Simanjuntak, Faqih Rahmat Simanjuntak dan Faizan Rahmat Simanjuntak yang telah memberikan motivasi kepada penulis.

Penulis menyadari masih banyak ketidak sempurnaan dari penulisan tesis ini, oleh karenanya kritik dan saran demi perbaikan yang membangun sangat diharapkan. Penulis juga berharap penelitian ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan.

Medan, 5 Desember 2011

Peneliti,

Rahmat Kartolo Simanjuntak 037015014

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... . i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Latar belakang ……… 1

1.2. Perumusan Masalah ……… 3

1.3. Tujuan Penelitian ……….. 4

1.3.1. Tujuan umum ………. 4

1.3.2. Tujuan khusus ……… 4

1.4. Manfaat Penelitian ………. 5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Gerak Jatuh Bebas ... 6

2.2. Hukum Gerakan ... 9

2.2.1. Momentum dan Impuls ... 9

2.2.2. Hukum Gerakan Newton ... 10

2.2.3. Energi Mekanik ... 11

2.3. Pengukuran Kekuatan Helmet ... 11

2.3.1. Uji Jatuh Bebas ... 11

(7)

2.4. Teknik Propagasi Tegangan ... 12

2.4.1. Rambatan Gelombang Pada Batang ... 13

2.4.2. Impak Pada Batang ... 14

2.5. Kerangka Konsep Penelitian ... 17

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 20

3.1.1. Tempat ... 20

3.1.2. Waktu ... 20

3.2. Bahan dan Metode Penelitian ... 20

3.2.1. Bahan ... 20

3.2.2. Peralatan ... 21

3.2.3. Metode ... 23

3.2.3.1. Pembuatan Alat Uji Jatuh Bebas ... 23

3.2.3.2. Alat Pengukur Beban Dan Gaya Impak ... 31

3.3. Variabel Penelitian ... 37

3.4. Pengukuran Jatuh Bebas Dengan Loadcell ... 38

3.5. Rancangan Kegiatan ... 40

3.6. Perencanaan Pengujian ... 40

3.6.1. Kalibrasi ... 40

3.6.2. Prosedur Pengujian ... 43

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pendahuluan ... 46

4.2. Anvil Plat Datar ... 47

4.2.1. Dengan Peredam Spring ... 47

4.2.2. Tanpa Peredam Spring ... 53

4.2.3. Penyerapan Energi Impak ... 56

4.3. Anvil Plat Miring ... 58

(8)

4.5. Anvil Peluru ... 65

4.6. Analisa Tegangan Impak ... 68

4.7. Analisa Energi Impak Jatuh Bebas ... 70

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 75

5.2. Saran ... 77

DAFTAR PUSTAKA ... 78

(9)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh ... 7 3.1. Jadwal Penelitian ... 40 4.1. Data hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar

dengan anvil jenis plat datar yang dilengkapi peredam

spring ……….

4.2. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor non-standar dengan anvil datar yang dilengkapi peredam spring ……..

4.3. Data hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar dengan anvil jenis plat datar tanpa dilengkapi peredam

spring ...

4.4. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil datar tanpa dilengkapi peredam spring ………...

4.5. Perbandingan data energi impak pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil plat datar yang dilengkapi dan tidak dilengkapi peredam pegas ………

4.6. Data hasil pengujian helmet non-standar dengan anvil jenis plat miring tanpa dilengkapi peredam spring ………

4.7. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil jenis plat miring ……….

4.8. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil setengah bola ………..

4.9. Data hasil pengujian helmet non-standar dengan anvil jenis Peluru ……….

(10)

4.10. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil peluru ……….

(11)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. Grafik Hubungan v-t ... 7

2.2. Rambatan Gelombang ... 13

2.3. Susunan Batang Uji ... 14

2.4. Kerangka Konsep Penelitian ... 18

3.1. Helmet Sepeda Motor Non-standard ... 21

3.2. Perangkat Alat Uji Jatuh Bebas dan Loadcell ... 21

3.3. Alat Pengukur Beban da Gaya Impak (Loadcell) ... 22

3.4. Rangka Bawah ... 24

3.5. Rangka Atas ... 24

3.6. Katrol Pada Rangka Atas ... 25

3.7. Batang Penyangga ... 25

3.8. Pipa Luncur ... 26

3.9. Pegas Peredam ... 26

3.10. Test Rig ... 27

3.11. Anvil Bentuk Peluru ... 29

3.12. Anvil Bentuk Tidak Rata ... 29

3.13. Anvil Bentuk Plat Rata ... 30

3.14. Anvil Bentuk Setengah Lingkaran ... 30

3.15. Loadcell ... 31

3.16. Ball End Penetrator ... 32

3.17. Anvil Support ... 32

3.18. Ring Stopper ... 33

3.19. Posisi Peletakan Anvil Support dan Loadcell ... 33

3.20. Teplon Base ... 34

3.21. Bottom Base ... 34

3.22. Sensor ... 35

(12)

3.24. DAQ Labjack U3-LV ... 36

3.25. Alat Pengaman Listrik ... 37

3.26. Pengerjaan Sinyal Pengukuran ... 38

3.27. Posisi Penempatan Loadcell ... 39

3.28. Loadcell Pada Penekan Dihubungkan Digital Display Calibrator 41 3.29. DAQ For Helmet Impact Testing Software ... 41

3.30. Loadcell Pada Alat Penekan ... 42

3.31. Kabel Loadcell Dengan DAQ Labjack U3-LV ... 42

3.32. Calibration Program ... 43

3.33. Pemasangan Loadcell dan Anvil Support ... 44

3.34. Berbagai Variasi Anvil ... 44

3.35. Posisi Helmet Pada Test Rig ... 44

3.36. Posisi Jarak Ketinggian dan Sensor Proximity ... 45

4.1. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar ……… 48

4.2. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar dilengkapi peredam spring ……… 49

4.3. Grafik hasil pengujian helmet dengan anvil plat datar yang dilengkapi peredam spring ……….. 49

4.4. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor dengan anvil plat datar yang dilengkapi peredam spring ……… 52

4.5. Luas penampang rata-rata pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar tanpa peredam spring ……… 53

4.6. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar tanpa peredam spring ……… 54

4.7. Tegangan yang dihasilkan pada pengujian helmet dengan anvil plat datar tanpa peredam spring ………. 54

4.8. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor non-standar dengan anvil plat datar tanpa dilengkapi peredam spring. (a) Uji 1, (b) uji 2, dan (c) uji 3 …… 56

4.9. Energi impak pada anvil plat datar dengan peredam (Uji 1) dan tanpa pemakaian peredam pegas (Uji 2) ………... 57

(13)

4.10. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat miring ………. 58 4.11. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan

anvil jenis plat miring ……….. 59 4.12. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil plat miring 60 4.13. Perbandingan tegangan yang terjadi antara anvil plat miring dan

anvil plat datar ………. 60 4.14. Data impuls pada pengujian impak jatuh bebas dengan

menggunakan anvil plat miring ……….. 61 4.15. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas

dengan anvil jenis setengah bola ... 62 4.16. Gaya hasil pengujian helmet dengan anvil setengah bola …….. 63 4.17. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil plat miring 63 4.18. Data impuls pada pengujian impak jatuh bebas dengan

menggunakan anvil setengah bola ……… 64 4.19. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas

dengan anvil jenis peluru ……….. 65 4.20. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan

anvil jenis peluru .………. 66 4.21. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil peluru …. 67 4.22. Perbandingan tegangan untuk variasi jenis anvil dengan

h = 0,75 m ………... 69

4.23. Energi yang diserap helmet dengan anvil plat datar dilengkapi Peredam spring ……… 70 4.24. Energi yang diserap helmet dengan anvil plat datar tidak

dilengkapi peredam spring ..……… 71 4.25. Energi yang diserap helmet dengan anvil plat miring ………… 71 4.26. Energi yang diserap helmet dengan anvil setengah bola ……… 72 4.27. Energi yang diserap helmet dengan anvil peluru ……… 72 4.28. Energi impak pada ketinggian 0,75 m dan 0,5 m ……….…….. 73

(14)

ABSTRAK

(15)

ABSTRACT

(16)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kenyamanan dan keamanan pada saat berkenderaan merupakan idaman dan keinginan pengendara dan penumpang sepeda motor khususnya dan masyarakat pada umumnya. Undang-undang Republik Indonesia No 14 Tahun 1992 pasal 23 mewajibkan semua pengendara dan penumpang sepeda motor serta kendaraan lain yang tidak memakai rumah-rumah untuk memakai helmet dan Undang-undang Republik Indonesia No 22 Tahun 2009 pasal 57 bahwa perlengkapan kendaraan bermotor bagi sepeda motor adalah helmet Standard Nasional Indonesia. Namun masih banyak pengendara sepeda motor yang melanggar UU tersebut dan tidak memahami betapa pentingnya menggunakan alat pelindung kepala saat mengendarai sepeda motornya khususnya di kota Medan.

Meskipun aturan hukum yang mengatur tentang kewajiban menggunakan helm pengaman berkendaraan telah dikeluarkan namun pada pelaksanaannya masih banyak pengendara sepeda motor yang mengabaikan peraturan tersebut. Walaupun helmet sepeda motor yang standard banyak dipasarkan, namun kenyataan di lapangan masyarakat banyak memakai helmet sepeda motor non-standard. Pemilihan terhadap penggunaan helmet sepeda motor ini biasanya didasarkan atas kenyamanan dan kesederhanaan bentuk, kemurahan biaya pembelian serta kemudahan dalam penggunaan, namun tentu saja hal ini tidak dapat melindungi kepala secara efektif.

(17)

Penyelidikan dan pengujian terhadap kehandalan dan kekuatan helmet telah dilakukan oleh beberapa peneliti dan balai pengujian dengan mengkaji dalam beberapa aspek yang berbeda yaitu: uji standard juga bertujuan meneliti keparahan rusak helmet yang memungkinkan merusak lapisan kulit kepala lewat penetrasi, misalnya Sirim Berhad, Malaysia dan B4T Deperindag, Bandung Indonesia. Thomson, R.D., melakukan penyelidikan tentang kekuatan dan ketahanan helm industri terhadap beban transversal, sedangkan Yu T., et al melakukan pengujian terhadap kekuatan dan ketahanan helm dengan pengimpakan terpusat dan pengimpakan penetrasi. Selanjutnya Syam, B., dan Mahadi, B., telah melakukan penelitian tentang teknik pengukuran tegangan insiden dengan aplikasi teknik dua gage untuk pengujian helm industri yang dikenai beban impak kecepatan tinggi. Teknik aplikasi dua gage tersebut relatif lebih mudah digunakan dimana helm yang diuji memberikan respon beban dan waktu impak (tegangan insiden) sesuai dengan karakteristik pembebanan. Penelitian helm industri juga telah dilakukan secara simulasi komputer dengan menggunakan pendekatan elemen hingga oleh Nayan, dengan menyelidiki perilaku yang terjadi pada helm akibat benda jatuh dari ketinggian 40 meter. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa tulangan sangat mempengaruhi kosentrasi tegangan.

Pengujian helmet sepeda motor non standard yang dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara menggunakan beban impak kecepatan tinggi mendorong penulis untuk melakukan penelitian dengan menggunakan metode jatuh bebas. Dalam penelitian ini

(18)

penulis akan membangun alat uji jatuh bebas helmet sepeda motor non standard yang dirangkaikan dengan komputer PC dan perangkat lain yang dibutuhkan.

Dengan dilandasi latar belakang di atas peneliti mengajukan satu usulan penelitian untuk mengetahui berapa besar kekuatan helmet sepeda motor non standard terhadap beban impak dengan menggunakan alat uji jatuh bebas sebagai syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan studi pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara.

1.2. Perumusan Masalah

Permasalahan yang ditinjau di sini adalah kejadian yang sering terjadi pada kecelakaan lalu lintas dimana pengendara jatuh dari kendaraan atau mengalami benturan mengenai kepala yang memakai helmet sepeda motor non standard. Dari kejadian tersebut perlu diketahui seberapa besar:

a. Tegangan yang diterima pada lokasi pengimpakan b. Distribusi tegangan yang terjadi dipermukaan helmet

c. Besar impak yang menyebabkan terjadinya keretakan pada helmet.

Impak yang terjadi pada kecelakaan sepeda motor adalah termasuk impak dengan kecepatan tinggi yang mana alat uji beban impak kecepatan tinggi (KOMPAK) telah tersedia di Laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Namun untuk alat uji helmet sepeda motor non standard metode jatuh bebas dengan

(19)

ketinggian jatuh 4 meter dan kecepatan sekitar 8,9 m/det belum tersedia dan penelitiannya belum dilakukan di Medan.

Pada penelitian dengan menggunakan metode jatuh bebas ini helmet yang akan diuji adalah helmet sepeda motor non standar yang dapat dibeli di toko. Masalah yang perlu diketahui adalah jika helmet ini dikenakan beban impak kecepatan rendah, maka berapa besar tegangan yang timbul pada lokasi pengimpakan dan berapa pula minimum tegangan yang menyebabkan terjadinya inisiasi retak pada helmet tesebut. 1.3. Tujuan Penelitian

1.3.1 Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan pengukuran helmet sepeda motor yang dikenai beban impak menggunakan metode jatuh bebas. 1.3.2 Tujuan Khusus

1. Untuk membuktikan bahwa metode jatuh bebas ini dapat digunakan sebagai dasar pengukuran respon helmet sepeda motor non standard.

2. Untuk mengetahui beban impak maksimum dan tegangan maksimum yang dapat diterima helmet.

3. Untuk mengetahui besarnya beban dan energi potensial yang mampu diserap helmet pada berbagai jenis anvil.

(20)

1.4 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini diharapkan adalah:

1. Memberi informasi tentang pengujian helmet sepeda motor non standard yang dikenai beban impak menggunakan metode jatuh bebas.

2. Memberi informasi perbandingan pengujian helmet sepeda motor non standard dengan beban impak kecepatan tinggi dibandingkan dengan beban impak metode jatuh bebas.

3. Memberi masukan pada Badan Standardisasi Nasional untuk mempertimbangkan beban impak dalam standard pengujian helmet sepeda motor non standard.

4. Memberi informasi pada dunia industri dan pemerintah tentang kekuatan helmet sepeda motor non standard yang ada sekarang ini terhadap beban impak menggunakan metode jatuh bebas.

(21)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Uji standard yang kita kenal saat ini diadopsi dari: SNI 09-1811-1998 9 (Indonesia); JIS T 8131-1977 (Jepang); ANSI Z 89.1-1997 (USA), dimana menggunakan test rig jatuh bebas yang dalam penelitian ini akan digunakan alat uji impak jatuh bebas, (Gambar 2.1.).

Helm, sebagai subyek penelitian, yang akan diuji adalah helm non-standard yang dibeli langsung di toko helm ini dipilih karena ternyata masih banyak dipakai pengendara sepeda motor di Medan. Dengan uji impak standard banyak tidak lolos uji, artinya helm ini tidak mampu menyerap beban impak dengan baik dan tidak mampu menahan penetrasi yang baik.

2.1. Gerak Jatuh Bebas

Sebuah benda jatuh bebas dari keadaan mula berhenti mengalami pertambahan kecepatan selama benda tersebut jatuh. Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda berkurang dengan haraga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan ke atasnya seragam.

(22)

Menurut R.S. Khurmi, untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik akan diperoleh harga pendekatan seperti terlihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh Waktu t

(s) 0 1 2 3 4 5

Kecepatan

v (m/s) 0 9,8 19,6 29,4 39,2 49

Grafik v – t yang sesuai dengan tabel tersebut di atas ditunjukkan pada gambar 2.1. merupakan sebuah garis lurus sehingga percepatan seragam dan sama dengan:

... (2.1) Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan diganti dengan percepatan grafitasi g, yaitu:

0 12 24 36 48

Gambar 2.1 Grafik Hubungan v - t

K ecepa tan v ( m /s )

Waktu t (s)

v - vo 49 - 0

= = 9,8 (m/s 2) t 5

(23)

1. Untuk gerakan ke bawah a = + g (percepatan) 2. Untuk gerakan ke atas a = - g (perlambatan)

Percepatan gravitasi g dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah menuju ke pusat bumi dengan demikian tegak ke bawah.

Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah dan waktu.

Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Sedangkan percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan: Perpindahan diukur dalam meter [m]; kecepatan diukur dalam meter per detik [m/s]: percepatan percepatan diukur dalam meter per detik kwadrat [m/s2

Katakan V

]. Persamaan gerakan lurus percepatan seragam.

½ (v

kecepatan awal, v kecepatan akhir, a percepatan, t waktu dan s perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu

s = ½ (v

+ v) = s/t

+ v) t ...

(2.2)

(24)

Perpindahan digambarkan dengan luas daerah di bawah garafik kecepatan waktu: a

t v = ∆ ∆ _t t v v v ∆ ∆ +

= 0 ∴v=v0 +at

Penggantian (v0

2 0 2 1 at t v

s = +

+ at) untuk v didalam persamaan (2.2.),

Penggatian (v – v0

as v

v2 = ₀2 +2

)/a untuk t didalam persamaam (2.2.),

Bila Vo = 0 ,maka : v2

as

v

=

2

= 0 + 2as

bila a = g dan s = H maka:

gH

v

=

2

... (2.3) Percepatan sebuah benda jatuh bebas tergantung pada jarak (tinggi) benda kerja dari pusat bumi. Bagaimanapun, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang, boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Untuk maksud umum para ilmuan mengambil harga percepatan gravitasi g = 9,81 [m/s2

2.2. Hukum Gerakan ]

2.2.1. Momentum dan Impuls

Momentum sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda.

(25)

M = m v ( kg . m/s) ... (2.4) Impuls sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai impuls yang dinyatakan dengan hasil kali gaya yang bekerja pada benda dengan waktu yang diberikan.

Impuls = gaya x waktu

I = F t ... (2.5)

2.2.2. Hukum Gerakan Newton.

Hukum gerakan pertama: ”Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang mula - mula diam akan tetap diam dan benda yang mula - mula bergerak akan tetap bergerak lurus beraturan”.

Secara sistematis dirumuskan:

Jika ΣF = 0, maka ψ = 0 atau ψ = konstan ... (2.6) Hukum gerakan kedua: ”Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan massa benda”.

Secara sistematis dirumuskan:

m F

a= ∑ atau ΣF = m a ... (2.7)

Hukum gerakan ketiga: ”Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua pun akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sam tetapi arahnya berlawanan”.

(26)

Secara sistematis dirumuskan:

F1 = -F2 ...

(2.8)

2.2.3. Energi Mekanik

Energi mekanik pada suatu benda adalah tetap asalkan tidak ada gaya luar yangbekerja pada benda tersebut. Energi mekanik terdiri atas energi potensial dan energi kinetik.

Energi potensial merupakan energi yang dimiliki benda karena letaknya. Secara sitematis dirumuskan:

Ep = m g h, dimana: Ep

g = gravitasi bumi (9.8 m/s), h = tinggi jatuh benda (m) = energi potensial (J), m = massa benda (kg)

Energi kinetik merupakan energi yang dimilik benda karena gerak yang bekerja padanya. Secara sistematis dirumuskan:

Ek = ½ m ψ2, dimana: Ek

2.3. Pengukuran Kekuatan Helmet

= energi kinetik, ψ = kecepatan benda (m/s)

2.3.1. Uji Jatuh Bebas

Selama ini helm diuji menggunakan prosedur pengujian standard menggunakan

test rig dengan teknik jatuh bebas. Pengujian standard ini bertujuan untuk melihat

(27)

juga bertujuan meneliti keparahan rusak helm yang memungkinkan merusak lapisan kulit kepala lewat penetrasi.

Memakai uji standard yang ada, baik memakai standard Jepang JIS maupun Standard Nasional Indonesia (SNI) striker hanya dijatuhkan dari ketinggian H=2 s.d. 3 meter, dengan demikian kecepatan striker hanya lebih kurang, v= 2gH =6.3 m/detik dan masih tergolong kecepatan impak rendah.

2.3.2. Uji Impak Kecepatan Tinggi

Uji impak kecepatan tinggi dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan dimana benturan pada saat terjadinya insiden dengan kecepatan yang tinggi, maka dipakai suatu alat seperti uji KOMPAK yang mampu meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervaria`si dan dapat mencapai ± 50 m/detik.

2.4. Teknik Propagasi Tegangan

Aplikasi teknik propagasi tegangan untuk mengukur kekuatan material pertama sekali dikembangkan oleh Kolsky, 1949, yang menemukan suatu cara pengukuran kekuatan tekan material menggunakan prinsip propagasi tegangan dalam batang satu dimensi. Hasilnya sangat mengagumkan karena dengan teknik itu persamaan konstitutif kompresi dapat diperoleh sampai pada laju pembebanan melebihi 104 s-1

Teknik propagasi tegangan juga telah dikembangkan untuk material getas (brittle), (Syam, B, et.al., 1996 dan 1998) dan (Daimaruya, et.al., 1995 dan 1996),

. Pemakaian metoda Kolsky untuk mendapatkan sifat mekanik berbagai bahan telah dilaporkan oleh beberapa peneliti lain.

(28)

membuat modifikasi batang Kolsky dan mengadopsi teknik propagasi tegangan dalam batang untuk menghitung kekuatan tarik impak berbagai material getas.

2.4.1. Rambatan Gelombang Pada Batang

Gelombang tegangan adalah gelombang mekanis, yaitu gelombang yang memerlukan suatu medium untuk dapat mentransmisikannya. Kecepatan rambat sebuah gelombang sangat ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilaluinya.

Gelombang dibagi atas 2 bagian, yaitu: (1) gelombang transversal, dan (2) gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal digunakan sebagai konsep dasar pembahasan teori kekuatan tarik impak. Untuk membahas perilaku gelombang longitudinal pada sebuah batang logam, dapat dilihat pada Gambar 2.2. (Syam B., 2000). Gaya impak diberikan pada ujung kiri batang, yang mengakibatkan batang bergerak ke kanan dengan kecepatan C1, pada waktu t.

Gambar 2.2. Rambatan Gelombang Keseimbangan momentum pada Gambar 2.2. berupa :

t A V t C A t F V m t F V m o o o o l o o o σ ρ = = = ∆ ) ( o l o o ρ C V

σ = ... (2.9)

Vo,t

Cl,t

(29)

dimana:

Cl = Kecepatan gelombang longitudinal merambat pada batang Vo = Kecepatan partikel

σ_o = Tegangan pada batang.

Modulus elastisitas suatu bahan dapat dinyatakan dengan persamaan:

ρ 2 l C E = ρ E Cl =

... (2.10)

Subtitusi Persamaan (3.2) ke Persamaan (3.1) akan diperoleh:

V Eo o

o ρ

σ = ... (2.11)

2.4.2. Impak Pada Batang

Susunan batang yang digunakan pada metode pengujian impak ini diperlihatkan secara skematis pada Gambar 2.3., yang terdiri dari tiga batang: batang peluncur, batang penerus, dan spesimen.

1 2

4 5

Keterangan Gambar :

1. Anvil

2. Helmet

3. Test rig

4. Pipa luncur

(30)

Gambar 2.3. Susunan Batang Uji

Spesimen dapat berbentuk batang atau tabung dengan geometri sederhana dan diletakkan bersentuhan secara kolinir dengan batang penerus.

Sebelum beban impak diberikan, batang impak mempunyai kecepatan V1

sedangkan batang penerus dan spesimen mempunyai kecepatan yang sama yaitu: V2=

Pada bidang antar muka akan terjadi keseimbangan gaya, atau akan terjadi aksi dan reaksi antara kedua batang tersebut, yang dapat dinyatakan dengan hubungan:

= 0.

σ1 A1 = σ2 A2

dimana:

... (2.12)

A A

= Luas penampang batang 1

= Luas penampang batang 2 = Tegangan pada batang 1 = Tegangan pada batang 2

Dari hubungan impuls momentum diperoleh hubungan σ = E ρV di mana: σ= tegangan impak, ρ= massa jenis bahan, E= modulus Young, dan V= kecepatan partikel.

(31)

Dengan demikian pada batang impak yang bergerak dengan kecepatan V1 akan

timbul tegangan sebesar:

) ( ₁ ' 1

1 = ρ E V −V

σ ' 1 1 1 1 1

1 ρ E V ρ EV

σ = − ... (2.13)

dimana: V V 1 ρ ’

= Kecepatan sebelum tumbukan

= Kecepatan setelah tumbukan = Kerapatan material batang 1.

Selanjutnya kita tinjau batang 2, yang bergerak dengan kecepatan V’

' 2 2 2 ρ E V σ =

. dapat ditentukan tegangan pada batang 2, yaitu:

2 2 2 ' E V ρ σ

= ... (2.14)

Tegangan impak yang ditransmisikan ke input bar dan spesimen tersebut ditentukan oleh kecepatan batang impak dan sifat-sifat mekanisnya. Bila luas kedua penampang sama besar, maka σ = σ1 = σ2

Tegangan yang masuk dari ujung kiri input bar sebesar σ akan timbul pada

interface input bar dan spesimen pada saat t

2 = l2/C0,2 dimana l2 adalah panjang

(32)

ada tiga bentuk gelombang tegangan yang terlibat, yaitu: Tegangan yang terjadi (σ), Tegangan yang ditransmisikan (σT), Tegangan yang direfleksikan (σR

Gelombang tegangan tersebut (Syam B., 1996) dihubungkan oleh persamaan berikut: ). σ σ 3 2 2 2 3 3 2 3 2 2 o o T C E A C E A Co E A +

= ... (2.15)

σ σ 3 2 2 2 3 3 3 2 2 2 3 3 o o o o R C E A C E A C E A C E A + −

= ... (2.16)

Bila α adalah faktor transmisi dan β adalah faktor refleksi, didapat hubungan:

ασ

σT = ... (2.17)

βσ

σR = ... (2.18)

Untuk material yang mempunyai sifat mekanis dan dimensi yang sama maka dengan mensubstitusikan harga E2 = E3, Co2 = Co3, A2 = A3, dan L2 = L3 ke dalam

persamaan (E.9) dan (E.10), diperoleh σT = 0 dan σR = 0. Ini berarti besar tegangan

yang ditransmisikan adalah sama dengan tegangan yang masuk, dan tidak ada tegangan yang direfleksikan.

(33)

Kerangka konsep penelitian pada gambar di bawah ini perlu dibuat untuk mengontrol pengaruh variable satu dengan yang lainnya. Hal ini dibutuhkan karena hasil yang diperoleh dalam suatu penelitian sering sekali dipengaruhi oleh variabel variabel itu sendiri.

Kerangka konsep ditunjukan pada gambar 2.4.

Dari gambar 2.4. dapat kita ketahui bahwa perumusan masalah penelitian ini adalah dimana alat uji dengan menggunakan kecepatan impak tinggi sudah tersedia,

Hal-hal yang mempengaruhi : 1. Material spesimen

2. Pemilihan spesimen 3. Setup alat uji

4. Pengolahan hasil pengujian

Perumusan Masalah :

1. Alat uji dengan menggunakan kecepatan impak tinggi sudah tersedia. 2. Belum adanya alat uji helmet sepeda motor metode jatuh bebas.

3. Belum adanya standard khusus untuk pengukuran helmet sepeda motor

non-standard.

Hasil yang diperoleh : 1. Beban impak maksimum 2. Tagangan impak maksimum 3. Besar beban dan energi potensial

yang mampu diserap oleh helmet

Gambar 2.4. Kerangka Konsep Penelitian Variabel yang diamati :

1. Jarak pengimpakan

2. Besar Gaya dan Tegangan 3. Kecepatan impak

(34)

namun belum adanya alat uji helmet sepeda motor metode jatuh bebas dan belum adanya standard khusus untuk pengukuran helmet sepeda motor non-standard. Sedangkan varibel penelitian ini adalah jarak pengimpakan, besar gaya dan tegangan impak yang masuk pada helmet serta kecepatan yang diperoleh dengan menggunakan sensor. Adapun hal-hal yang mempengaruhi penelitian ini adalah spesimen helmet yang digunakan, setup alat pengujian dan juga kemampuan kita dalam mengolah hasil pengujian.

Sedangkan hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan dan mengetahui berapa beban impak maksimum dan tegangan maksimum yang dapat diterima helmet. Serta untuk mengetahui berapa besar beban dan energi potensial yang mampu diserap helmet pada berbagai jenis anvil.

(35)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu 3.1.1. Tempat

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan. Dalam penelitian ini, yang dimulai dari pembuatan alat Uji Jatuh Bebas untuk pengujian helmet sepeda motor dengan mengacu standard pengujian helmet sepeda motor yang dibuat pada bengkel Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan. Selanjutnya analisa data eksperimental menggunakan software DAQ For Helmet Impact Testing untuk mengolah data akusisi yang diperoleh dari Loadcell.

3.1.2. Waktu

Penelitian ini dilaksanakan selama 6 (enam) bulan yang dimulai dari bulan Mei s/d Nopember 2011.

(36)

3.2. Bahan dan Metode Penelitian

3.2.1. Bahan

Penelitian ini menggunakan bahan helmet sepeda motor non standard pada gambar 3.1. yang masih banyak digunakan pengendara sepeda motor di Sumatera Utara khususnya di kota Medan. Peneliti mengasumsikan bahwa helmet jenis ini belum memenuhi kategori standard, karena tidak terdapat label maupun sticker uji standard SNI yang ditempel pada helmet.

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

(a). tampak depan, (b). tampak samping, (c) tampak belakang, dan (d). tampak atas Gambar 3.1. Helmet sepeda motor non-standard.

3.2.2.Peralatan

Pada penelitian ini digunakan beberapa peralatan antara lain: (1). Alat Uji Jatuh Bebas; (2). Alat Pengukur Energi dan gaya Impak (Loadcell) pada gambar 3.2.

Keterangan Gambar :

6. Frame base

7. Support table

8. Loadcell

9. Teflon base 10.Bottom base

11.Ball end penetrator 12.Anvill support 13.Anvil

14.Helmet

15.Test rig

16.Pipa luncur 9

11 10

(37)

Alat impak benda jatuh bebas pada gambar 3.2. dibuat pada bengkel Pusat Pengembangan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan dan disesuaikan dengan jenis kebutuhan penelitian ini.

Alat pengukur energi dan gaya impak benda jatuh bebas (loadcell) adalah sebuah sensor gaya yang bekerja menggunakan strain gage full bridge dengan tahanan SG 350 ohm alat yang dapat merekam beban impak seperti yang terlihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.2. Perangkat Alat Uji Jatuh Bebas 1

5 7 8

(38)

Gambar 3.3. Alat Pengukur Energi dan Gaya Impak (Loadcell)

Kemampuan alat ini dapat menerima beban dan mengukur gaya impak hingga 30.000 kg, dan untuk penggunaan alat ini sudah mendapatkan sertifikat kalibrasi dari Komite Akreditasi Nasional untuk 20.000 kg.

3.2.3.Metode

Penelitian dilakukan terdiri dari beberapa tahapan pekerjaan, mulai dari pembuatan peralatan uji jatuh bebas serta perlengkapannya. Adapun rincian tahapan kegiatannya adalah dimulai dari pembuatan alat uji jatuh bebas dan pembuatanalat pengukur beban dan gaya impak.

(39)

A. Pembuatan Rangka Alat Uji, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut: 1. Potong besi batangan profil U sepanjang 1 (satu meter) sebanyak 2 buah. 2. Potong besi batangan profil U sepanjang ½ meter sebanyak 3 buah.

3. Dua batang untuk dudukan meja pengujian dan yang sebatang untuk dudukan pipa penyangga dan pipa luncur.

4. Lalu kelima batang tersebut di las sehingga membentuk rangka huruf H. 5. Untuk dudukan batang penyangga dan pipa luncur jatuh, dilas pada kedua sisi

kanan dan kiri rangka bawah alat uji.

6. Pada keempat sudut dipasang Plat setebal 10 mm sebanyak 4 buah masing - masing berfungsi sebagai baut penahan tracker atau penahan tegaknya batang penyangga. Rangka alat uji jatuh bebas seperti pada gambar 3.4. yang dipakai pada penelitian ini dibuat sedemikian kokoh agar tidak mengalami masalah pada saat dilakukan penarikan test rig sesuai dengan jarak pengimpakan yang kita inginkan.

(40)

Gambar 3.4. Rangka Bawah

7. Lalu selanjutnya kita memotong besi Plat 2 buah sepanjang 25 cm yang berfungsi untuk dudukan Loadcell

8. Potong besi batangan profil U sepanjang ½ meter sebanyak 1 buah

9. Untuk dudukan batang penyangga dan pipa luncur jatuh, dilas pada kedua sisi kanan dan kiri rangka bawah alat uji.

10.Pada tengah rangka atas gambar 3.5. kita pasangkan sebuah katrol aluminium yang berfungsi sebagai katrol penarik test rig sehingga akan menghasilkan rangka atas seperti pada gambar 3.6.

Gambar 3.5. Rangka Atas

(41)

B. Pembuatan Pipa Penyangga dan Pipa Luncur, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut:

Gambar 3.7. Batang Penyangga

1. Potong pipa segi empat (40 x 60 mm) sebanyak 2 (dua) buah dengan panjang masing-masing 5 (lima) meter.

2. Lalu dilaskan cincin tempat kaitan tracker sebanyak 4 (empat) buah di masing-masing sisi sekitar 1 meter dari batang bawah sehingga menjadi batang penyangga seperti pada gambar 3.7.

(42)

3. Selanjutnya potong pipa stainless sepanjang 5 (lima) meter sebanyak 2 buah yang berfungsi sebagai batang luncur pada gambar 3.8.

4. Pada batang luncur bagian bawah dipasangkan pegas dengan ukuran diameter dalam 5 cm dan tinggi 45 cm serta diameter kawat pegas 6 mm yang berfungsi sebagai peredam hentakan pada saat pengujian berlangsung pada gambar 3.9..

Gambar 3.9. Pegas Peredam

5. Selanjutnya dipasangkan kerangka bawah dan kerangka atas tepat disamping batang penyangga.

6. Lalu ikatkan keempat tracker pada baut agar dapat dibongkar pasang. C. Pembuatan Test Rig, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut:

a. Potong pipa steam diameter 2 ½ inch dengan panjang 100 (seratus) mm sebanyak 2 buah, lalu bubut dalam pipa steam menjadi diameter 51 (lima puluh satu) mm.

(43)

b. Pipa Bushing dengan diameter 1 inch ditempel pada dinding bagian atas, ± 20 (dua puluh) mm dari atas. Lalu gabungkan pipa bushing membentuk +, lalu pasang besi As sepanjang 130 mm sebagai gantungan pemegang helm, dan juga penghubung antara kedua pipa.

c. Bor kedua pipa bushing yang berukuran 1 inch kemudian di buat ulir untuk memasang baut, kemudian hubungkan dengan kedua As.

d. Masukkan rangkaian tersebut pada kedua pipa

Gambar 3.10. Test Rig

7. Pembuatan headform terlebih dahulu kita potong plat dengan ketebalan 6 (enam) mm dengan diameter 250 mm.

8. Lalu potong plat strip dengan panjang ± 100 mm yang kita bentuk setengah lingkaran., kemudian las pada plat membentuk kontur dalam helm.

9. Setelah itu potong besi beton berdiameter 10 mm dan dilas ke plat strip sebagai penahan plat strip yang membentuk kontur helm tersebut.

10.Selanjutnya potong 1 (satu) buah plat 6 mm dengan ukuran 100 x 100 mm dan ikatkan ball joint pada bagian atas plat dengan menggunakan baut.

(44)

11.Sambung dengan las ball joint dengan As berdiameter 19 sepanjang ± 150 mm 12.Sesuai standard uji, berat test rig yang dibuat adalah seberat 5 kg, sehingga

tampak pada gambar 3.10.

D. Landasan (anvil)

1. Anvil Bentuk Peluru, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut:

a. Bubut besi As dengan diameter 2 inch, membentuk radius pada salah satu ujungnya.

b. Kemudian sambung As tersebut dengan pipa pada bagian yang tidak dibubut. Panjang antara ujung radius dengan ujung pipa ± 150 mm. Selanjutnya sambung ujung pipa dengan plat □ 100 x 100 mm menggunakan las tepat di tengah-tengah plat tersebut.

c. Selanjutnya potong besi As berdiameter 40 mm dengan panjang 100 mm dilas tepat dibawah plat sebagai penopang di Anvil support sehingga terlihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.11. Anvil Bentuk Peluru

(45)

2. Anvil Bentuk Plat Miring, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut: a. Potong plat bordes dengan ukuran 400 x 300 mm, lalu potong 1 (satu) buah

batang profil U dengan panjang 300 mm dan selanjutnya las profil tersebut pada bagian bawah plat bordes buat posisi plat miring.

b. Selanjutnya potong besi As berdiameter 40 mm dengan panjang 100 mm dilas tepat dibawah plat sebagai penopang di Anvil support pada gambar 3.12.

Gambar 3.12. Anvil Bentuk Tidak Rata

3. Anvil Bentuk Plat Rata, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut: a. Potong 1 (satu) buah plat dengan diameter 220 mm, lalu sambungkan pada

pipa yang berdiameter 5 inch dengan tinggi ± 100 mm seperti pada gambar 3.13.

(46)

4. Anvil Bentuk Setengah Lingkaran, tahapan pembuatannya adalah sebagai berikut:

a. Plat yang dipress berbentuk setengah lingkaran dicor dengan semen dan pasir batu agar padat dan tidak ada rongga udara.

b. Selanjutnya potong besi As berdiameter 40mm dengan panjang 100 mm Kemudian dilas tepat dibawah plat sebagai penopang di Anvil support seperti pada gambar 3.14.

Gambar 3.14. Anvil Bentuk Setengah Lingkaran 3.2.3.2. Alat Pengukur Beban Dan Gaya Impak

A. Loadcell, dengan muata sebagai berikut:

1. Alat yang terlihat pada gambar 3.15. ini berfungsi sebagai alat penerima beban dan pengukur gaya impak.

2. Merupakan sebuah sensor gaya yang bekerja menggunakan strain gage full

bridge dengan tahanan SG 350 ohm

3. Kapasitas maksimum loadcell yang dipergunakan pada penelitian ini sebesar 30.000 kg beban statis.

(47)

4. Loadcell yang digunakan dalam penelitian ini sudah dikalibrasi oleh

Komite Akreditasi Nasional (KAN) sebesar 20.000kg.

5. Untuk pemakaian pada program DAQ sistem dikalibrasi sebesar 3.500 kg.

Gambar 3.15. Loadcell

B. Ball End Penetrator, dengan tahapan pembuatan sebagai berikut:

1. Bubut besi As ST.37 dengan diameter 100 mm dan panjang 63 mm, membentuk radius sebesar 38 mm pada salah satu ujungnya dengan diameter 58mm.

2. Pada ujung yang lainnya dibubut dengan ukuran 31 mm dengan panjang 25 mm, dan tepat ditengahnya dibor dengan diameter 6 mm untuk pengetapan M8 dengan kedalaman 15 mm .seperti pada gambar 3.16.

Gambar 3.16. Ball End Penetrator

(48)

1. Bubut besi As ST.37 dengan diameter 100 mm dengan panjang 150 mm. 2. Pada sisi tepat ditengahnya dibor tembus dengan diameter 14 mm. 3. Selanjutanya di bubut dalam dengan diameter 40 mm panjang 100 mm 4. Dan disisi lainnya juga di bubut dalam dengandiameter 47 mm dengan

panjang 31 mm seperti pada gambar 3.17..

Gambar 3.17. Anvil Support

D. Ring Stopper, dengan tahapan pembuatan sebagai berikut:

1. Bubut besi Plat ST.37 dengan diameter 120 mm dengan tebal 20 mm. 2. Tepat pada sisi ditengahnya dibubut dalam dengan diameter 100,2 mm. 3. Selanjutanya di sisi sampingnya dibor dengan diameter 5 mm untuk

selanjutnya di tap dengan ulir M6 untuk baut stoppernya.

(49)

Pada gambar 3.19 berikut ini akan diperlihatkan susunan alat pengukur beban mulai dari Loadcell, karet peredam, Ball End Penetrator dan Anvil Support serta Ring Stopper.

Gambar 3.19. Posisi peletakan unvil support dan loadcell

E. Teplon Base, dengan tahapan pembuatan sebagai berikut:

1. Potong Plat teplon dengan ukuran 180 mm x 130 mm dan tebal 8 mm. 2. Selanjutnya di Freis alur untuk tempat baut dengan ukuran titik sumbu

100 mm x 100 mm sebanyak 4 alur.

3. Teplon Base ini berfungsi sebagai peredam, agar tidak terjadi kontak

(50)

Gambar 3.20. Teplon Base

F. Bottom Base, dengan tahapan pembuatan sebagai berikut:

1. Potong Plat ST 37 dengan ukuran 130 mm x 130 mm dan tebal 15 mm. 2. Selanjutnya di Freis alur untuk tempat baut dengan ukuran titik sumbu

100 mm x 100 mm sebanyak 4 alur.

3. Bottom base ini berfungsi sebagai alas dasar dari perangkat alat loadcell.

Gambar 3.21. Bottom Base.

G. Sensor

1. Sensor Proximity, dengan muatan sebagai berikut:

a. Sensor pada gambar 3.22. ini adalah proximity jenis induktif dimana sensor akan ON pada saat berdekatan dengan logam pada jarak maksimum 4 mm.

(51)

b. Sesuai dengan spesifikasi sensor merupakan tipe NPN dan harus mendapatkan suplay tegangan minimal 5 vdc, dipasang ke pemegang sensor.

Gambar 3.22. Sensor

2. Pemegang Sensor, dengan tahapan pemasangan sebagai berikut:

a. Potong plat lebar 2 cm sepanjang 14 cm, kemudian dibentuk dan di Bor untuk baut skrup pengikat kebatang penyangga.

b. Kemudian skrupkan kebatang penyangga mulai dari titik 0 m, 0,5 m, 1 m dan seterusnya sebanyak 8 sensor seperti pada gambar 3.23.

c. Untuk penentuan titik 0 m, disini mengacu pada tingginya anvil yang telah kita pasang di atas Anvil Support. Dalam hal ini dipilah anvil yang paling tinggi yaitu anvil bentuk tidak rata.

(52)

H. DAQ Labjack U3-LV, dengan muatan sebagai berikut:

1. Alat seperti pada gambar 3.24. ini berfungsi sebagai alat untuk menangkap signal gerak logam dengan ketinggian yang ditentukan.

2. Selain itu alat ini juga dapat merekam data Aqusisi dari Loadcell yang akan dirubah menjadi data di komputer, sehingga diperoleh hasil grafik dari pengujian tersebut.

3. Signal conditioning dan programable amplifier adalah rangkaian

elektronik presisisi tinggi menggunakan IC AD524 dan AD584 untuk mengkondisikan signal elektrik dari loadcell dan diperbesar sampai 1000x. Rangkaian ini dilengkapi dengan programable Excitation voltage (2,5 volt, 5 volt dan 10 volt). Tegangan masukan untuk amplifier adalah -15 vdc, 0, +15vdc. Output amplifier 0-10 vdc.

Gambar 3.24. DAQ Labjack U3-LV

I. Grounding (Pengurang noise), dengan tahapan pembuatan sebagai berikut:

1. Potong besi nako berulir sepanjang 2.85 m, bubut salah satu ujungnya membentuk tirus, hal ini akan memudahkan untuk penanaman ketanah.

(53)

Gambar 3.25. Alat Pengaman Listrik

2. Selanjutnya bubut ujung yang lain untuk tempat melilitkan kabel listrik tunggal sebagai perantaraan ke alat Data Aquisisi.

3. Alat pada gambar 3.25 ini berfungsi untuk mengurangi besarnya noise dan sekaligus pengaman listrik.

3.3. Variabel Penelitian.

Dalam penelitian helmet sepeda motor yang dikenai beban impak dengan menggunakan metode jatuh bebas ini dilakukan hanya pada helmet sepeda motor non-standard dengan variabel yang diamati adalah sebagai berikut:

1. Jarak pengimpakan helmet sepeda motor terhadap anvil (0,5m, 1m, 1,5m, 2m, 2,5 m, 3m, 3,5m, 4m)

2. Distribusi tegangan yang terjadi pada permukaan helmet sepeda motor setelah dikenai beban impak

3. Besar kekuatan material helmet terhadap beban impak jatuh bebas yang diberikan.

(54)

Pada penelitian in pengukuran gaya impak beban benda jatuh bebas digunakan peralatan loadcell yang dirancang dalam bentuk unit portable. Secara skematik dapat dilihat pada gambar 3.26.

Gambar 3.26. Pengerjaan Sinyal Pengukuran

Pengukuran bertujuan untuk mengetahui besar gaya impak yang diterima oleh helmet akibat benda jatuh bebas dari variasi ketinggian tertentu.

Akibat tumbukan benda jatuh bebas pada alat sensor, maka timbul gelombang tegangan tekan (compressive steress wave). Pada alat sensor gelombang akan ditangkap oleh pengolah sinyal (signal conditioner) dibuat perubahan tahanan listrik

ΔR/R yang sebanding regangan yang diterima strain gage dengan bridge box, selanjutnya dengan menggunakan sinyal conditioner dikonversikan dalam bentuk tegangan listrik. Sinyal-sinyal tersebut dite ruskan dalam bentuk gelombang, kemudian ditampilkan pada penampil sinyal dalam bentuk digital dan dapat terbaca langsung. Kemudian diteruskan ke perangkat komputer yang telah dilengkapi dengan

software pengukuran DAQ For Helmet Impact Testing Software.

Peralatan loadcell ditempatkan pada bagian bawah meja perangkat benda jatuh bebas, dengan posisi dan kedudukan dapat disetel dengan mudahnya.

Alat Sensor Pengolah Data Aquisisi (DAQ)

Pengkondisi Sinyal

Digital Komputer

Perangkat

Loadcell

Penampil Sinyal

(55)

Gambar 3.27. Posisi Penempatan Loadcell

Untuk mendapatkan berapa besar beban gaya impak yang timbul dapat dilakukan dengan langsung benda jatuh menyentuh sensor alat ukur load cell, yang hasil data program dapat dibuat grafik pada format DAQ For Helmet Impact Testing

Software.

3.5. Rancangan Kegiatan

Pelaksanaan penelitian seperti terlihat pada diagram alir (gambar 3.3) dilakukan dengan langkah - langkah menurut urutan pelaksanaan yang direncanakan mulai dari penyusunan proposal penelitian, persiapan bahan dan alat uji penelitian lainnya hingga penyelesaian pelaksanaan penelitian.

Penelitian helmet sepeda motor ini direncanakan selesai dalam waktu 6 (enam) bulan dengan jadwal penelitian yang direncanakan diperlihatkan pada tabel 3.2.

Tabel 3.1. Jadwal Penelitian

No Kegiatan Bulan ke

(56)

1. Penulisan proposal penelitian 2. Pengajuan proposal dan kolokium 3. Revisi proposal setelah kolokium 4. Pembuatan dan pengadaan:

a. Pembuatan Alat Uji Jatuh Bebas b. Pengadaan helmet sepeda motor c. Pembuatan Alat DAQ Sistem

5. Pengujian dan pengamatan:

a. Pengujian impak pada helmet dengan variasi bentuk anvil b. Pengujian impak pada helmet

dengan variasi jarak impak

c. Pengamatan gaya yang

dihasilkan dengan menggunakan DAQ sistem

6. Pengolahan dan analisis data:

a. Pengolahan data dengan menggunakan software DAQ For Helmet Impact Testing.

b. Pengolahan data dengan

menggunakan software Micro Soft Excel

7. Penyusunan laporan penelitian 8. Seminar hasil penelitian & perbaikan

9. Sidang magister

3.6. Perencanaan Pengujian 3.6.1 Kalibrasi

Pengujian yang dilakukan adalah dengan alat pengukuran yang dikenai beban impak dengan menggunakan metode jatuh bebas, sehingga DAQ Labjack dan DAQ

For Helmet Impact Testing software harus terlebih dahulu dikalibrasi sesuai dengan

alat load cell yang memang sudah mendapatkan sertifikat kalibrasi. Kapasitas maksimum loadcell yang dipergunakan pada penelitian ini sebesar 30.000 kg beban statis dan sudah disertifikasi kalibrasi oleh Komite Akreditasi Nasional (KAN)

(57)

sebesar 20.000 kg. Pada pengujian ini loadcell kita kalibrasi dengan DAQ For Helmet

Impact Testing software sebesar 3.500 kg.

Adapun prosedur kalibrasi yan kita lakukan adalah sebagai berikut:

1. Letakkan loadcell pada alat penekan dan hubungkan kabel loadcell dengan digital display calibrator pada gambar 3.28.

Gambar 3.28. Loadcell pada penekan dihubungkan digital display calibrator 2. Jalankan software DAQ For Helmet Impact Testing dan buka program

Calibration seperti pada gambar 3.29.

(58)

DAQ For Helmet Impact Testing adalah software akuisisi data khusus untuk

memonitor pengujian pada alat uji helmet sepeda motor menggunakan metode jatuh bebas. Software ini menerima masukan (input) gaya dari signal loadcell dan 8 titik posisi saat helmet meluncur sebelum menumbuk anvil. Posisi ketinggian akan direkam beserta waktunya dan ditandai dengan berubahnya warna merah pada tampilan posisi di interface user.

3. Tekan loadcell sampai digital display terbaca 3500 kg dan tahan penekanan pada gambar 3.30.

Gambar 3.30. Loadcell pada alat penekan

4. Lepaskan kabel loadcell dari digital display dan masukkan/hubungkan kabel tersebut dengan DAQ Labjack U3-Lvpada gambar 3.31.

Gambar 3.31. Kabel loadcell dengan DAQ Labjack U3-LV

5. Pilih channel loadcell AIN0 pada interface user CALIBRATION PROGRAM seperti pada gambar 3.32.

(59)

Gambar 3.32. Calibration Program

6. Tekan START dan akan terbaca pada text VOLTAGE (atas kanan)

7. Isilah/ketiklah entry value pada text VALUE MAX nilai 3500 dan tekan OKE (sebelah kanannya)

8. Lepaskan beban penekanan loadcell

9. Isilah/ketilah entry value pada text VALUE MIN nilai 0 dan tekan OKE (sebelah kanannya).

10.Tekan button CONFIRM maka akan muncul nilai CONVERTION dan OFSET

11.Tekan SAVE TO FILE untuk menyimpan data hasil kalibrasi ke dalam secara otomatis

12.Tekan button FINISH untuk mengakhiri proses kalibrasi 13.Tekan button EXIT untuk menutup program kalibrasi

3.6.2. Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian pada penelitian ini secara rinci dijelaskan sebagai berikut: a. Hubungkan semua koneksi : loadcell, sensor posisi, kabel USB dan power

DAQ Labjack U3-LV.

b. Aktifkan software DAQ For Helmet Impact Testing dari icon yang ada di desktop

(60)

c. Persiapkan peralatan uji jatuh bebas dan pastikan bahwa loadcell dan dudukan loadcell sudah terpasang dengan baik begitu juga dengan anvil

support pada gambar 3.33.

Gambar 3.33. Pemasangan Loadcell dan anvil support

d. Masukkan anvil pada anvil support sesuai dengan jenis yang kita inginkan berdasarkan kebutuhan pengujian pengambilan data

Gambar 3.34. Anvil Setengah Lingkaran, Anvil Plat Datar, Anvil Peluru dan Anvil Plat Miring

e. Pasangkan helmet yang akan diuji gambar 3.35. pada test rig

(61)

6. Tentukan posisi jarak keinggian jatuh helmet yang ingin diuji 0.5m, 1m, 1.5 m, 2m, 2.5 m, 3m, 3.5m, 4m, 4.5m, 5m dan pastikan sensor proximity berfungsi aktif pada gambar 3.36.

Gambar 3.36. Posisi jarak ketinggian dan sensor proximity

7. Tekan button START pada software DAQ For Helmet Impact Testing 8. Setelah menentukan jarak ketinggian dan memastikan bahwa sensor

proximity sudah berfungsi, maka helmet akan kita jatuhkan dengan melepas tali penahan luncuran helmet.

9. Tekan button STOP setelah beberapa saat helmet menumbuk anvil.

10.Tekan button SAVE untk menyimpan data hasil uji ke dalam file berformat txt dan akan tersimpan dalam Drive C Folder DATAEXP (data experiment).

11.Lalu data hasil pengujian tersebut kita olah dengan menggunakan program

(62)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pendahuluan

Pada bab ini dibahas mengenai data-data hasil pengujian impak jatuh bebas dengan objek helmet sepeda motor non-standar berdasarkan 4 (empat) jenis anvil seperti yang telah dijelaskan pada bab-bab sebelumnya. Alat pengukur beban yang diterima helm (loadcell) diberikan dalam 2 (dua) jenis perlakuan, yaitu dengan peredam (spring damper) dan tanpa peredam untuk anvil plat datar agar diperoleh perbedaan pembacaan beban antara anvil yang dilengkapi peredam dan tanpa dilengkapi peredam spring. Selanjutnya data-data hasil pengujian yang berupa gaya dikonversikan kedalam tegangan berdasarkan luas daerah pembebanan. Besarnya energi potensial pada masing-masing kondisi pengujian merupakan data pendukung hasil pengujian tersebut.

Gaya maksimum yang terkandung dalam setiap pengujian diperoleh dengan menggunakan persamaan F = m.a. Karena percepatan yang mempengaruhi pengujian ini hanya berasal dari percepatan grafitasi bumi, maka variabel a pada persamaan tersebut dapat digantikan dengan konstanta grafitasi bumi, yang diasumsikan sebesar 9,81 ms-2. Oleh karena massa benda jatuh yang telah didesain adalah 5 kg, maka gaya maksimumnya ialah 49,05 N. Sementara tegangan yang terjadi pada setiap pengujian bergantung kepada luas permukaan daerah pembebanan. Energi yang diserap helm bergantung kepada posisi ketinggian jatuh helm ke anvil yang diaplikasikan.

(63)

4.2. Anvil Plat Datar

Pada pengujian ini anvil diberikan dua buah perlakuan, yaitu dengan menggunakan peredam spring pada loadcell-nya dan tanpa pemakaian peredam. Tujuan pemakaian peredam ini ialah untuk menghindari beban langsung ke perangkat

loadcell, sehingga alat memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap beban dan umur

pakai alat tersebut dapat lebih lama. Kemudian perbedaan pembacaan pada DAQ akan diteliti dan diubah ke bentuk energi. Perbedaan ini akan memperlihatkan besarnya energi yang terserap peredam sebelum diteruskan ke loadcell.

4.2.1. Dengan Peredam Spring

Luas daerah pembebanan pada uji impak jatuh bebas dengan menggunakan anvil jenis plat datar diperlihatkan pada gambar 4.1. Nilai rata-rata luas daerah pembebanan tersebut ialah 0,0095 m2

Data gaya dan tegangan hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar dengan menggunakan anvil jenis plat datar yang dilengkapi peredam spring pada

loadcell-nya diperlihatkan pada tabel 4.1 dan secara grafis diperlihatkan pada gambar

4.2 dan 4.3.

. Luas penampang ini selanjutnya digunakan untuk mendapatkan tegangan yang terjadi pada helmet non-standar akibat beban impak jatuh bebas.

(64)

Gambar 4.1. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar.

Tabel 4.1. Data hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar dengan anvil jenis plat datar yang dilengkapi peredam spring.

No. Uji Ketinggian (m)

Gaya Maks. (N)

Energi (J)

Tegangan

(kPa) Keterangan

1 0.75 23.43 17.57 2.465 Tidak Rusak

2 0.75 21.00 15.75 2.210 Rusak

3 0.50 20.00 10.00 2.105 Tidak Rusak

4 0.50 19.55 9.78 2.057 Tidak Rusak

(65)

Gambar 4.2. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar dilengkapi peredam spring.

Gambar 4.3. Grafik hasil pengujian helmet dengan anvil plat datar yang dilengkapi peredam spring.

(66)

Pada tabel 4.1 terlihat bahwa beban yang terjadi pada helmet berbanding lurus terhadap letak ketinggian jatuh. Peningkatan tinggi jatuh akan menyebabkan peningkatan besarnya beban yang terjadi. Dengan demikian pembacaan yang diterima oleh alat ukur akibat beban impak ini telah sesuai dengan kajian teoritis dan dapat dipergunakan untuk pengujian-pengujian impak selanjutnya.

Sejalan dengan perubahan gaya, maka besarnya tegangan yang terjadi akibat beban tersebut terlihat normal. Artinya peningkatan beban impak yang terjadi akan menyebabkan peningkatan tegangan pada daerah pengimpakan. Pada ketinggian impak 0,75 m terlihat kekuatan helmet tidak begitu baik terbukti bahwa pada ketinggian ini terdapat helmet yang rusak dan tidak rusak. Tegangan yang terjadi pada pengujian pertama adalah 2,465 kPa dan helmet tidak mengalami kerusakan. Tetapi pada pengujian kedua tegangan yang terjadi adalah 2,210 kPa dan helmet mengalami kerusakan. Kondisi ini membuktikan bahwa kekuatan helmet non-standar tidaklah seragam antar satu produk dengan produk lainnya.

Waktu impak (∆t) yang terjadi pada masing-masing pengujian diperlihatkan pada tabel 4.2 dan secara grafis diperlihatkan pada gambar 4.4. Besarnya waktu impak rata-rata pada pengujian ini adalah 78 ms. Waktu impak ini bermanfaat untuk mendapatkan reaksi yang diberikan helmet akibat beban impak atau yang lebih dikenal dengan istilah impuls.

(67)

Tabel 4.2. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor non-standar dengan anvil datar yang dilengkapi peredam spring.

No. Ketinggian (m)

Gaya Maks. (N)

Waktu Impak

∆t (ms) Impuls (N.s)

1 0.75 23.43 78 1.828

2 0.75 21.00 78 1.638

3 0.50 20.00 78 1.560

4 0.50 19.55 79 1.544

Karena ∆t pada masing-masing pengujian adalah relatif sama, maka besarnya impuls pada masing-masing pengujian berbanding lurus dengan beban impak yang terjadi. Dengan demikian reaksi yang diberikan helmet akibat beban impak akan meningkat sejalan dengan peningkatan tinggi jatuhnya.

Pada pengujian ini, anvil dilengkapi dengan peredam spring (pegas) yang memiliki nilai konstanta pegas sebesar 9810 Nm-1. Nilai ini diperoleh dari hasil pengujian langsung dengan menggunakan beban 1, 5, dan 10 kg. Pemakaian peredam dengan konstanta pegas tersebut sudah tentu mempengaruhi hasil pembacaaan terhadap beban yang diterima loadcell. Oleh karena itu peneliti akan menguji tanpa menggunakan peredam yang selanjutnya akan dibandingkan hasil antara kedua jenis pengujian tersebut.

(68)

(a) (b)

Gambar 4.4. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor dengan anvil plat datar yang dilengkapi peredam spring.

∆t ∆t

78 78

(69)

4.2.2. Tanpa Peredam Spring

Luas daerah pembebanan pada jenis anvil plat datar yang tidak dilengkapi dengan peredam spring diperlihatkan pada gambar 4.5. Luas daerah pembebanan rata-rata ialah sebesar 0,0095 m2.

Gambar 4.5. Luas penampang rata-rata pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar tanpa peredam spring

Data gaya dan tegangan hasil pengujian helmet non-standar dengan menggunakan anvil jenis plat datar yang tidak dilengkapi peredam spring pada

loadcell-nya diperlihatkan pada tabel 4.3 dan secara grafis untuk gaya dan tegangan

diperlihatkan pada gambar 4.6 dan 4.7.

Tabel 4.3. Data hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar dengan anvil jenis plat datar tanpa dilengkapi peredam spring.

No. Uji

Ketinggian (m)

Gaya Maks. (N)

Energi (J)

Tegangan

(kPa) Keterangan

1 0.75 22.53 16.90 2.371 Tidak Rusak

2 0.75 20.72 15.54 2.180 Tidak Rusak

3 0.75 16.22 12.17 1.707 Rusak

(70)

Gambar 4.6. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar tanpa peredam spring

Gambar 4.7. Tegangan yang dihasilkan pada pengujian helmet dengan anvil plat datar tanpa peredam spring.

(71)

Berdasarkan data-data pada gambar 4.6 dan 4.7 terlihat bahwa beban impak yang mampu diserap helmet pada tiga kali pengujian dengan ketinggian impak yang sama akan menyebabkan penurunan kekuatan helmet tersebut. Dengan kata lain pada pengujian pertama dan kedua kekuatannya masih cukup bagus, tapi pada pengujian ketiga kemungkinan terjadinya deformasi yang cukup besar telah terjadi sehingga hanya dengan beban yang relatif lebih kecil helmet telah mengalami kerusakan. Sementara untuk waktu impak (∆t) terlihat bahwa waktu impak pada anvil yang tidak dilengkapi peredam akan menghasilkan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan pemakaian peredam. Hal ini membuktikan adanya efek peredaman yang dilakukan oleh pegas tersebut. Data waktu impak dan impuls yang terjadi pada pengujian dengan anvil plat datar yang tidak dilengkapi peredam pegas diperlihatkan tabel 4.4 dan secara grafis pada gambar 4.8.

Tabel 4.4. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil datar tanpa dilengkapi peredam spring.

No. Ketinggian (m) Fmaks (N) ∆t (ms) Impuls (N.s)

1 0.75 22.53 62 1.397

2 0.75 20.72 62 1.285

(72)

(a) (b) (c)

Gambar 4.8. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor non standar dengan anvil plat datar tanpa dilengkapi peredam spring. (a) Uji 1, (b) uji 2, dan (c) uji 3.

4.2.3. Penyerapan Energi Impak

Energi yang diperoleh pada kedua jenis pengujian tersebut untuk anvil jenis plat datar pada masing-masing ketinggian 0,75 m dan 0,5 m diperlihatkan pada tabel 4.5 dan secara grafis diperlihatkan pada gambar 4.9.

Tabel 4.5. Perbandingan data energi impak pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil plat datar yang dilengkapi dan tidak dilengkapi peredam pegas.

No. Ketinggian (m) Energi (J)

Dengan Pegas Tanpa Pegas

1 0.75 17.57 16.90

2 0.75 15.75 15.54

(73)

Gambar 4.9. Energi impak pada anvil plat datar dengan peredam (Uji 1) dan tanpa pemakaian peredam pegas (Uji 2).

Berdasarkan data tersebut besarnya perbedaan energi yang diserap pada pengujian pertama dengan ketinggian jatuh 0,75 m adalah sebesar 0,67 J atau sekitar 3,8% energi yang diserap oleh peredam. Kemudian pada pengujian kedua dengan helm yang sama pada masing-masing perlakuan anvil diperoleh penyerapan yang lebih kecil dibandingkan dengan pengujian pertama. Besarnya perbedaan energi ialah 0,21 J atau hanya sekitar 1,3% energi yang diserap oleh peredam. Berdasarkan data-data tersebut di atas terlihat bahwa telah terjadi perbedaan pembacaan beban yang diberikan pada anvil dengan perlakuan pemberian peredam atau tanpa pemberian peredam. Namun besarnya selisih perbedaan ini masih cukup kecil dibandingkan hasil yang diperoleh. Oleh karena itu pemakaian peredam dapat disarankan tetapi dengan mengikutkan faktor peredam ketika proses pengolahan data pengujiannya.

(74)

Pada penelitian ini besar dan formula peredaman tersebut tidak dibahas lebih mendalam karena tujuan penelitian ini adalah untuk menguji fungsi alat.

4.3. Anvil Plat Miring

Pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat miring diperoleh data luas daerah pembebanan seperti diperlihatkan pada gambar 4.10, dengan nilai rata-rata 0,0044 m2.

Gambar 4.10. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat miring.

Data gaya dan tegangan hasil pengujian helmet non-standar dengan menggunakan anvil jenis plat miring tanpa dilengkapi peredam spring pada load cell-nya diperlihatkan pada tabel 4.6 dan secara grafis besarcell-nya gaya dan tegangan diperlihatkan pada gambar 4.11 dan 4.12.

(75)

Tabel 4.6. Data hasil pengujian helmet non-standar dengan anvil jenis plat miring tanpa dilengkapi peredam spring

No. Ketinggian (m)

Gaya Maks (N)

Energi (J)

Tegangan

(kPa) Keterangan

1 1 36.93 36.93 8.358 Rusak

2 0.75 35.14 26.35 7.953 Tidak Rusak

3 0.5 27.02 13.51 6.115 Tidak Rusak

Gambar 4.11. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat miring

(76)

Gambar 4.12. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil plat miring.

Luas penampang pembebanan pada jenis anvil ini lebih kecil dibandingkan dengan jenis anvil plat datar. Hal ini dibuktikan berdasarkan hasil pengujian seperti telah diperlihatkan pada gambar 4.10. Dengan demikian tegangan yang dihasilkan akan menjadi lebih besar dibandingkan dengan menggunakan anvil plat datar seperti diperlihatkan pada gambar 4.13.

Gambar 4.13. Perbandingan tegangan yang terjadi antara anvil plat miring dan anvil plat datar.

(77)

Waktu impak rata-rata pada pengujian ini ialah 62 ms dengan data diperlihatkan pada tabel 4.7. Impuls yang terjadi pada masing-masing pengujian diperlihatkan pada gambar 4.14.

Tabel 4.7. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil jenis plat miring. No. Ketinggian(m) Fmaks(N) ∆t (ms) Impuls (Ns)

1 1.00 36.93 63 2.33

2 0.75 35.14 62 2.18

3 0.50 27.02 62 1.68

Gambar 4.14. Data impuls pada pengujian impak jatuh bebas dengan menggunakan anvil plat miring

Berdasarkan data-data tersebut terlihat bahwa gaya reaksi yang diberikan helmet non-standar akibat beban impak akan semakin besar dengan meningkatnya tinggi/jarak impak. Jika dibandingkan dengan anvil plat datar terlihat bahwa impuls

(78)

yang diberikan cukup besar sehingga kekuatan helmet non-standar ini menjadi cukup baik pada kondisi jatuh dengan posisi miring.

4.4. Anvil Setengah Bola

Data luas daerah pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan jenis anvil plat miring diperlihatkan pada gambar 4.15, dengan nilai rata-rata 0,00784 m2. Berdasarkan data-data pada gambar 4.15, luas penampang rata-rata yang dipergunakan untuk mendapatkan tegangan impak ialah 0,00784 m2. Gaya dan tegangan hasil pengujian helmet non-standar dengan menggunakan anvil jenis setengah bola tanpa dilengkapi peredam spring diperlihatkan pada gambar 4.16 dan 4.17.

Gambar 4.15. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis setengah bola.

(79)

Gambar 4.16. Gaya hasil pengujian helmet dengan anvil setengah bola

(80)

Waktu impuls rata-rata yang terjadi pada pengujian ini adalah 78 ms. Data waktu dan impuls yang terjadi pada masing-masing pengujian diperlihatkan pada tabel 4.8 dan gambar 4.18.

Tabel 4.8. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil setengah bola. No.

Ketinggian

(m) Gaya Maks (N) ∆t (ms) Impuls (N.s)

1 1.50 41.44 78 3.232

2 1.25 34.17 79 2.699

3 0.75 25.45 78 1.985

4 0.30 23.60 78 1.841

Gambar 4.18. Data impuls pada pengujian impak jatuh bebas dengan menggunakan anvil setengah bola

(81)

Berdasarkan data-data hasil pengujian terlihat bahwa kekuatan helmet non-standar pada anvil jenis plat miring relatif lebih baik, dimana meskipun dengan tegangan yang cukup besar jika dibandingkan dengan tegangan yang terjadi pada anvil jenis plat datar (dengan atau tanpa peredam pegas), tetapi helmet tidak mengalami kegagalan. Hal ini disebabkan baban yang terjadi tidak seluruhnya didistribusikan ke bagian helmet, melainkan mengalami reduksi terlebih dahulu akibat kemiringan plat tersebut. Besarnya reduksi yang terjadi bergantung kepada sudut kemiringan plat tersebut.

4.5. Anvil Peluru

Data luas daerah pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis peluru diperlihatkan pada gambar 4.19, dengan nilai rata-rata 1,84 x 10-5 m2.

Gambar 4.19. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis peluru.

(82)

Berdasarkan data-data pada gambar 4.19. tersebut, luas penampang yang dipergunakan untuk mendapatkan tegangan impak ialah luas penampang rata-rata sebesar 1,84 x 10-5 m2

Tabel 4.9. Data hasil pengujian helmet non-standar dengan anvil jenis peluru. . Data beban dan tegangan hasil pengujian helmet non-standar dengan menggunakan anvil jenis peluru tanpa dilengkapi peredam spring diperlihatkan pada tabel 4.9. Sedangkan grafik gaya dan tegangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.20 dan 4.21.

No Uji

Ketinggian (m)

Gaya Maks (N)

Energi (J)

Tegangan

(kPa) Keterangan

1 0.50 18.11 9.055 984.70 Rusak

2 0.35 16.22 5.677 881.93 Rusak

3 0.30 14.42 4.326 784.06 Tidak Rusak

Gambar 4.20. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis peluru

(83)

Gambar 4.21. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil peluru Berdasarkan data-data hasil pengujian tersebut di atas terlihat bahwa besarnya gaya dan tegangan yang terjadi berbanding lurus dengan ketinggian impaknya. Semakin tinggi jarak impaknya akan semakin meningkatkan gaya dan tegangan yang dihasilkan. Jika dibandingkan dengan tegangan pada pengujian-pengujian sebelumnya terlihat bahwa tegangan yang dihasilkan pada pengujian dengan anvil jenis peluru sangat besar. Tegangan yang terjadi pada ketinggian 0,75 m pada ketiga jenis anvil sebelumnya, yaitu plat datar, plat miring, dan setengah bola berturut-turut ialah 2,371 kPa, 7,953 kPa, dan 3,245 kPa. Sementara pada anvil peluru besarnya tegangan yang dihasilkan ialah 984,7 kPa. Nilai tegangan yang tejadi ini sangat besar sehingga pada umumnya material helmet non-standar tidak mampu menahan besarnya tegangan tersebut dan mengalami kegagalan. Sementara pada jenis anvil

(84)

yang lain, material helmet terkadang mampu menahan besarnya tegangan yang terjadi.

Waktu impak (∆t) rata-rata yang terjadi pada pengujian jenis anvil peluru adalah 47 ms. Data waktu dan impuls yang terjadi pada masing-masing pengujian diperlihatkan pada tabel 4.10 dan gambar 4.22.

Tabel 4.10. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil peluru.

No. Ketinggian (m) Force (N) ∆t (ms) Impuls (Ns)

1 0.50 18.11 47 0.851

2 0.35 16.22 47 0.762

3 0.30 14.42 47 0.678

4.6. Analisa Tegangan Impak

Berdasarkan serangkaian pengujian impak jatuh bebas terhadap helmet non-standar terlihat bahwa kekuatan helmet tidaklah seragam. Variasi ini kemungkinan disebabkan oleh kekuatan material pembentuk helmet yang tidak sama antara satu produk helmet dengan produk helmet yang lainnya. Pada variasi ketinggian 0.75 m, rata-rata helmet ini mengalami kegalalan, karena terjadinya pertemuan dua buah tegangan dengan arah yang berlawanan yang cukup cepat pada elemen-elemen helmet. Namun pada ketinggian di bawah 0,75 m kegagalan yang terjadi pada helmet non-standar sangat bervariasi, dimana terdapat helmet yang mengalami kegagalan hanya dengan sekali uji dan ada juga yang membutuhkan beberapa kali uji sehingga mengalami kegagalan.

(1)

DAFTAR PUSTAKA

Daimaruya, M., H. Kobayashi, Bustani syam, and M. Chiba, Impact Tensile Strength

of Brittle Materials, Proc. Of Int. Conf. on Adv. Tech. In Exp. Mech. (ATEM’96), Nov. 1995, Tokyo, Japan, pp. 269-274.

Daimaruya, M., H. Kobayashi, and Bustami Syam, and M. Chiba, Impact Tensile

Strength and Fracture of Plaster, J. of the jap. Soc. For Strength and Frac. Of Mat., JSFM, vol. 30, no. 1, 1996.

Johnson, W., Impact Strength of Materials, Edward Arnold, London, 1972 Japan International Standard for Safety Helmet

Kolsky, H.,

, T-8131, Japan, 1977

An Investigation of The Mechanical Properties of Materials at Very High Rate of Loading

Lindholm, U.S.,

, Proc. Phys. Soc. (London), B62, 676-700 (1949) Some Experiments with Split-Hopkinson Pressure Bar

Robert Metz,

, J. Mech. Phys. Solid, 12, 317-335, 1964

Impact and Drop Testing with ICP® Force Sensors, PCB Piezotronics, Inc, Automotive Testng Expo, North America USA, 2006

Standar Nasional Indonesia, Helm Pengendara Kendaraan Bermotor Roda Dua untuk

Umum, SNI 19-1911-1990.

Syam, B., A Measuring Method for Impact Tensile Strength and Impact Fracture

Behaviors of Brittle Materials,

Syam B

A Doctoral Dissertation, Muroran Institute of Technology, Muroran, Japan, March 1996, pp. 29-98.

, Perilaku Mekanik Material Keramik Teknik Terhadap Beban Impak, Jurnal

(2)

Syam B, etal, Pembuatan Alat Uji Air Gun Compressor dan penyelidikan Perilaku

Mekanik Berbagai Material Keramik Akibat Beban Impak

Syam B,

, Laporan Komprehensif Penelitian Hibah Bersain VI/1 dan VI/2, Medan, 1999.

Aplikasi Teknik Dua Gage Dalam Pengukuran Tegangan Insiden pada Helmet Industri yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi

Syam B,

, Jurnal Ilmiah SINTEK, Vol.19, no.2, 2003.

Laporan Hibah Pasca Ke DP3M DIKTI,

Syam B, Nayan A, Penyelidikan Perilaku Mekanik Helm Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi, Prosiding Seminar Material dan Struktur

(MASTRUCT), Medan, Januari, 2004

Jakarta, Nopember, 2004

Weibul, W., A Statistical Distribution Function of Wide Aplicability, J. Appl. Mech., 18[3], 293-297, September 1951.

Yanagihara, N., Theory of One-Dimensional Elastic Wave for the Measurement of the

Impact Force

, Bulletin of JSME, vol. 43, 1977, pp. 40-48.

(3)

(4)

Lampiran 2. Laporan Kalibrasi Loadcell

(5)

(6)

Lampiran 4. LabJack U3 User’s Guide

Pengukuran Helmet Sepeda Motor Yang Dikenai Beban Impak Menggunakan Metode Jatuh Bebas