BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISIS PENELITIAN
Pada bab ke-empat ini akan menjelaskan tentang rincian proses pengolahan data yang dilakukan Data – data yang diperlukan saat pengujian telah
dilakukan. Saat pengolahan data telah selesai maka hasil yang telah diperoleh kemudian dianalisis berdasarkan data teori yang telah dijelaskan sebelumnya.
4.1 Pengujian Spesimen.
Prosedur pengujian tekan statik terhadap spesimen ini mengacu pada standar ASTM D 1621-00. Standar test method for stress and strains properties of
unreinforced and reinforced plastic and electrical insulating material. Standar ini dipakai untuk mengetahui sifat – sifat kekuatan reinforced dari plastik, Termasuk
didalamnya komposit yang mempunyai nilai modulus tinggi dan keuletan dari material. Dalam standar ini juga diatur ketentuan ukuran spesimen yang sebaiknya
digunakan,metode pengujian dan persamaan – persamaan yang dapat dipakai untuk menghitung kekuatan dan modulus elastisitasnya.
4.2 Spesifikasi Mesin Uji.
Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin uji shimadzu servopulser SC-2DE. Mesin ini mampu memuat spesimen dengan kapasitas
sebesar 2000 kgf dengan laju pengujian 50 mmmenit. Mesin ini terdapat di laboratorium program doctor dan magister teknik mesin fakultas teknik
departemen teknik mesin universitas sumatera utara USU. Berikut spesifikasi dari mesin uji tekan shimadzu servopulser SC-2DE:
Tabel 4.1. Spesifikasi alat uji Shimadzu Servopulser. SPESIFICATION SHIMADZU SERVOPULSER SC-2DE
Return Speed 50 mmmenit
Testing Type Tension and Compression
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1. Alat uji Tekan Shimadzu Servopulser SC-2DE.
4.3 Pengolahan Data Hasil Pengujian Material Polymericfoam Akibat
Beban Tekan Statik.
Data yang diperoleh dari hasil pengujian berupa data beban, perpindahan, dan luas penampang. Data tersebut lalu dibuat plotnya dalam bentuk kurva
tegangan dan regangan. Dalam data ini akan dianalisis respon tegangan dan ragangan polymericfoam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit TKKS
akibat beban tekan statik.
4.3.1 Penentuan Modulus Elastisitas.
Modulus elastisitas adalah rasio tegangan terhadap regangan dalam daerah elastic. Untuk mendapatkan modulus elastisitas, harus melewati
beberapa tahapan setelah selesai melakukan pengujian diperoleh. Data yang diperoleh pada pengujian statik tekan berupa beban m yang terjadi,
perpindahan m dan luas penampang mm
2
yang dihasilkan. Data beban dikalikan dengan konstanta gravitasi yaitu 9,81 ms
2
sehingga didapat gaya N. Lalu membentuk kurva gaya terhadap perpindahan untuk daerah
Universitas Sumatera Utara
plastis dan menentukan persamaan linearnya. Untuk mendapatkan hasil modulus elastisitas harus menggunakan persamaan:
ε σ
= E
4.1
4.3.2 Hasil Uji Material Polymericfoam Akibat Beban Tekan Statik
Hasil pengujian ditunjukkan dalam bentuk grafik pada beberapa respon material polymericfoam diperkuat serat TKKS, seperti: modulus
elastisitas tekan dan tegangan patah. Respon tersebut dapat diketahui dari kurva yang menunjukkan hubungan tegangan - regangan polymericfoam
diperkuat serat TKKS yang diperlihatkan pada gambar. 4.2.
Gambar 4.2 Respon Tegangan-Regangan Polymeric Foam Diperkuat
Serat TKKS akibat Beban Tekan Statik. E
Uji Tekan Statik Aksial Spesimen: PU +TKKS
Universitas Sumatera Utara
Dari hasil grafik didapat tegangan tekan di daerah elastis sebesar ±0,1011 MPa dengan regangan ±0,0058667. Sehingga modulus elastisitas
tekan statik polymericfoam diperkuat serat TKKS dapat ditentukan, yaitu:
E = MPa
22 .
17 0058667
, 1011
, =
Ternyata dari kelima grafik menunjukkan variasi kemampuan spesimen dalam menahan beban dapat dilihat pada lampiran 2 grafik
pengujian material. Spesimen polymericfoam diperkuat serat TKKS 1 terjadi pada tegangan maksimum 0.125 MPa sebelum terjadi kegagalan.
Spesimen polymericfoam diperkuat serat TKKS 2 terjadi pada tegangan maksimum 0.129 MPa sebelum terjadi kegagalan. Spesimen
polymericfoam diperkuat serat TKKS 3 terjadi pada tegangan maksimum 0.127 MPa sebelum terjadi kegagalan. Spesimen polymericfoam diperkuat
serat TKKS 4 terjadi pada tegangan maksimum 0.131 MPa sebelum terjadi kegagalan. Spesimen polymericfoam diperkuat serat TKKS 5 terjadi pada
tegangan maksimum 0.138 MPa sebelum terjadi kegagalan.
Tabel 4.2 Tegangan maksimum material polymericfoam diperkuat serat
TKKS.
Material polymericfoam diperkuat serat TKKS
Tegangan Maksimum
MPa Regangan
Spesimen 1 0.130
1.107 Spesimen 2
0.129 1.08
Spesimen 3 0.127
1.027 Spesimen 4
0.132 1.187
Spesimen 5 0.138
3.96
Rata-rata 0.1312
1.672
Universitas Sumatera Utara
Dari tabel dapat diketahui tiap spesimen memberikan hasil yang bervariasi. Hal ini diakibatkan oleh system yang bekerja pada uji tekan
static. Ternyata dari grafik dapat dilihat bahwa tegangan maksimum yang terjadi sebesar 0.138 MPa sebelum mengalami kegagalan. Lalu jika
diambil rata – rata ,spesimen dengan bahan dasar polymericfoam diperkuat serat TKKS akibat uji tekan static mampu menahan beban 0.1312 MPa
dan tiap spesimen mampu menahan beban sebesar 0.026 MPa. Sifat dari polymeric foam yang diperkuat serat TKKS ini bersifat lebih
kuat dibandingkan polymeric foam tanpa penguatan karena mempunyai nilai modulus elastisitas yang lebih besar yaitu 17.22 MPa. Ini
menunjukkan bahwa material komposit serat tandan kosong kelapa sawit mempunyai keunggulan yaitu meningkatnya keteguhan rekat, berkekuatan
tinggi, kaku tetapi ringan low density berdasarkan standar ASTM D1621 – 00 dibandingkan nilai elastisitas polymericfoam tanpa TKKS yaitu 0.18
MPa. Ternyata dengan penguatan serat TKKS lebih kuat daripada
polymericfoam tanpa serat. Hal inilah yang menjadi nilai tambah komposit serat TKKS yang dapat menjadi alternatif baru dalam pembuatan suatu
produk dimasa yang akan datang misalnya pada marka kerucut.
4.3.3 Modus Kegagalan Spesimen Polymericfoam Diperkuat Serat TKKS.
Hasil uji tekan statik terhadap polymericfoam yang diperkuat serat TKKS menunjukkan respon yang khas, yaitu terjadinya pergeseran pada
dinding rongga. Untuk pembebanan yang berkelanjutan akan mengakibatkan konsentrasi tegangan terhadap bidang dimana keretakan
terjadi. Kegagalan dilihat secara makroskopik menunjukkan adanya kegagalan geser seperti ditunjukkan pada gambar 4.3.
Universitas Sumatera Utara
45
Gambar 4.3. Model kegagalan polymeric foam yang diperkuat serat
TKKS akibat beban tekan statik.
Modus kegagalan terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS ditandai dengan terbentuknya beberapa rongga membesar yang
dominan yang menghasilkan retak secara berkelanjutan. Retak akan terus menjalar saat beban diberikan hingga spesimen patah. Retak diakibatkan
karena kurang menyatunya matriks dengan serat. Retak terjadi dipinggir atau sudut pada spesimen sehingga ada yang membentuk sudut 45
. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.4.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Model RetakPatah pada spesimen membentuk sudut 45
4.4 Permodelan Spesimen Uji Melalui Ansys Rel. 5.4
Simulasi menggunakan Ansys Rel. 5.4 dilakukan bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan yang terjadi pada material komposit yang
berbahan dasar polymericfoam diperkuat serat TKKS. Simulasi komputer berbasis metoda elemen hingga modelnya dipersiapkan dalam dua tahap, yaitu model solid
dan model elemen hingga. Sebelum simulasi elemen hingga dilakukan, Gambar material ini digambar dengan menggunakan autoCAD dan ansys rel. 5.4
Sebelum pembuatan model dilakukan maka dimensi geometri spesimen uji tekan statik aksial harus diketahui terlebih dahulu. Spesimen uji tekan statik dan
berdasarkan standar ASTM D 1621 – 00. Geometri spesimen uji tekan ditunjukkan pada gambar 4.5 pada gambar 2D dan 3D melalui AutoCAD.
a
Universitas Sumatera Utara
37.5 mm
75 mm
b
Gambar 4.5. Ukuran Spesimen Uji Tekan Aksial 2D dan 3D
Penekanan statik aksial ini dilakukan untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan material polymericfoam. Posisi material polymericfoam
diperkuat serat TKKS terletak di atas terhadap arah pembebanan. Penyelesaian metoda elemen hingga diupayakan semaksimal mungkin untuk menyederhanakan
kondisi sebenarnya. Penelitian ini menggunakan pengujian experimental dan
simulasi.
Sebelum menggambar model dari spesimen uji yang akan disimulasikan, maka terlebih dahulu mendefenisikan Element Type dan Material Properties dari
spesimen uji. Hal ini dimaksudkan untuk menginput sifat-sifat material yang disimulasikan pada program ANSYS Rel. 5.4. Beberapa tahap simulasi dapat
ditentukan sebagai berikut: 1.
Element Type yang dipilih berasal dari elemen padat solid yang digunakan untuk perhitungan struktur yaitu; Type Solid 92.
2. Sifat-sifat material yang diinputkan pada program ANSYS Rel. 5.4
meliputi Constant Isotropic dan orthotropic Material. 3.
Untuk keperluan simulasi, model geometri dibuat ½ bagian dari model penuh benda uji yang sebenarnya dalam tiga dimensi, tidak dibuat penuh
karena dianggap model mempunyai bentuk yang simetris dan bertujuan
Universitas Sumatera Utara
agar menghemat memori dan mempersingakat waktu proses. Geometri model yang dibuat dengan memilih bentuk geometri silinder solid pada
kotak kerja ANSYS. Bentuk dan dimensinya dikombinasikan sehingga sesuai dengan bentuk perangkat pengujian di laboratorium. Pembuatan
model spesimen uji tekan statik aksial dimulai dengan pembuatan model Solid Circular Area seperti ditunjukkan pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Kotak Dialog Solid Circular Area
Tahap selanjutnya adalah dengan membuat ½ model geometri seperti ditunjukkan pada gambar 4.7. Sebagian model geometri dibuang dengan memilih kotak dialog
yang ditunjukkan oleh gambar 4.7 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7 Kotak Dialog Subtract Areas
Model geometri dibuat menjadi bentuk 3 dimensi melalui Extrude Area seperti ditunjukkan pada gambar 4.8.
Gambar 4.8 Kotak Dialog Extrude Area
Model geometri spesimen untuk simulasi uji tekan statik aksial ditunjukkan pada gambar 4.9.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9 Model Spesimen Uji Tekan Statik Aksial 4.5 Hasil Simulasi uji tekan statik aksial.
Sifat-sifat polymeric foam diperkuat serat TKKS yang diperoleh dari hasil uji tekan diinput ke dalam kotak dialog Orthotropik Material Properties yang
ditunjukkan pada gambar 4.10. Bila dipilih salah satu dari material-material tersebut maka kotak dialog
untuk material akan terisi. Karena material komposit yang diinginkan tidak terdapat pada daftar, maka sifat-sifat mekanik material polymericfoam dapat kita
tulis di kotak dialog secara manual. Data yang dibutuhkan untuk simulasi seperti modulus elastisitas, massa jenis, dan poisson ratio harus diisikan ke dalam kotak
dialog Gambar 4.11. Ukuran material polymericfoam ketika dimodelkan dengan software AutoCAD dibuat dalam satuan milimeter, sehingga data yang
dimasukkan dalam satuan millimeter. •
Young’s Modulus, E = 17.22 Mpa •
Tegangan maksimum = 0.138 MPa •
Massa = 34,91 gr
• Mass density,
ρ = 0.4210
-6
kgmm
3
Universitas Sumatera Utara
t d
V 4
1
2 1
1
π =
3 2
1
9 .
82792 75
9 .
1103 mm
mm mm
V =
=
Sehingga massa jenis , ρ
ρ =
3 6
3
10 42
, 9
. 82792
03491 ,
mm kg
mm kg
V m
−
= =
Gambar 4.10 Input Sifat-sifat Material
Beban tekan statik aksial yang diberikan adalah beban maksimum yang diperoleh pada saat pengujian. Dari hasil pengujian diperoleh tegangan maksimum tekan
statik untuk polymeric foam yang diperkuat serat TKKS adalah 0,138 MPa. Input nilai beban tekan tersebut ke dalam menu ANSYS Rel. 5.4 dapat dilihat pada
gambar 4.11.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Input Nilai Beban Tekan Statik Aksial
Dari hasil analisa dapat ditampilkan contour plot penjalaran tegangan yang terdistribusi pada model spesimen yang diberikan. Distribusi tegangan yang
merupakan respon uji tekan statik aksial akan disajikan pada gambar 4.12 s.d. 4.16.
Gambar 4.12 Distribusi Tegangan Normal Arah X Spesimen Uji Statik Aksial
Dari Gambar. 4.12 dapat dilihat bahwa polymeric foam yang diperkuat serat TKKS memberikan respon tegangan normal hampir di sepanjang sumbu
Universitas Sumatera Utara
aksis. Distribusi tegangan tidak merata di seluruh bagian spesimen uji. Tegangan maksimum terjadi di bagian dasar dan terus menyebar di sepanjang sumbu aksis
spesimen uji. Besarnya tegangan normal maksimum arah X sekitar -0,101 MPa tegangan tekan. Ini menandakan bahwa salah satu penyebab kerusakan spesimen
uji di sepanjang sumbu aksis arah vertikal adalah akibat tegangan normal arah X. Berdasarkan gambar 4.13 dapat dilihat bahwa polymeric foam yang
diperkuat serat TKKS memberikan respon distribusi tegangan normal arah Y lebih kecil dibandingkan dengan tegangan normal arah X. Tegangan normal maksimum
arah Y sekitar -0,100 MPa tegangan tekan.
Gambar 4.13 Distribusi Tegangan Normal Arah Y Spesimen Uji Tekan Statik
Aksial Gambar 4.14 menunjukkan tegangan normal arah Z tersebar lebih acak,
yaitu di bagian puncak dan dasar spesimen uji. Hasil simulasi distribusi tegangan normal arah Z juga tersebar di sepanjang aksis sentroid spesimen uji.
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 4.14 Distribusi Tegangan Normal Arah Z Spesimen Uji Tekan Statik
Aksial. Tegangan normal maksimum arah Z sekitar -0,237 MPa tegangan tekan.
Kegagalan dapat berawal dari puncak spesimen yang terus menjalar hingga bagian dasar spesimen uji.
Gambar 4.15 menyajikan distribusi tegangan Von Mises. Secara keseluruhan tegangan maksimum lebih banyak terjadi di dasar spesimen uji
dimana spesimen ditumpu.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.15 Tegangan Von Mises Spesimen Uji Tekan Statik Aksial
Distribusi tegangan Von Mises lebih mendekati hasil yang diperoleh dari pengujian. Tegangan terdistribusi di beberapa lokasi secara acak. Ini menandakan
bahwa kegagalan spesimen uji akan berawal dari titik yang berbeda. Tegangan maksimum yang diperoleh sekitar 0,186 MPa.
Perbandingan model retakpatah hasil simulasi numerik dan pengujian dapat dilihat pada gambar. 4.16. Model retakpatah cenderung menunjukkan pola
yang sama. Retakpatah yang ditimbulkan akibat kegagalan spesimen bersifat acak namun cenderung berada di daerah tertentu sesuai arah pembebanan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 4.16 Perbandingan Model RetakPatah Hasil Simulasi dan Eksperimen
Respon tegangan yang terjadi pada lokasi ini terlihat adanya perbedaan baik besarnya respon maupun bentuk gelombang penjalarannya. Tegangan fungsi
waktu diamati pada lokasi permukaan spesimen komposit,yaitu pada lokasi diberinya beban tekan. Dan respon tegangan yang terjadi pada lokasi ini terlihat
adanya perbedaan baik besarnya respon ataupun tegangan maksimum yang terjadi.
Pada beban tekan statik aksial terjadi fenomena penjalaran tegangan, gelombang tegangan dapat berpropagasi dan terefleksi pada batas bebas menuju
arah beban. Gelombang dapat bertubrukan sesamanya dan membentuk daerah pemusatan tegangan yang mampu merusak struktur. Perlu dicatat bahwa pada
kasus ini tegangan yang dilihat dari hasil pengimpakan adalah tegangan diatas dari
load servopulser pada respon polymeric foam yang diperkuat serat TKKS.
Tegangan maksimum atau pada batas hancur spesimen didapat dari hasil simulasi melalui software Ansys Rel. 5.4 pada vonmises stress sebesar 0.186 MPa pada
arah beban. Sedangkan tegangan normal dalam arah sumbu X sebesar -0.101 Simulasi Ansys
Eksperimen
Universitas Sumatera Utara
MPa, tegangan normal dalam arah sumbu Y sebesar -0.100 MPa, dan tegangan normal dalam arah sumbu Z sebesar -0.237 MPa. Ini dapat diamati bahwa
kegagalan dapat berawal dari puncak spesimen yang terus menjalar atau terjadi pergeseran hingga bagian dasar spesimen uji.
Dapat disimpulkan bahwa material yang berbahan polymeric foam diperkuat serat TKKS dapat diamati dari experimental dan hasil simulasi. Didapat
tegangan maksimum pada experimental sebesar 0.138 MPa sedangkan hasil simulasi menggunakan Ansys Rel. 5.4 menunjukkan tegangan normal pada arah
X= -0.101 MPa, arah Y= -0.100 MPa, arah Z= -0.237 MPa dan secara keseluruhan pada VonMises Stress = 0.186 MPa. Maka, nilai simulasi ini
mendekati pada nilai experimental. Sehingga pengujian material polymeric foam diperkuat serat TKKS ini dapat teruji dan tidak terlepas dari sifat – sifat unggul
komposit yaitu ringan, kuat, serta tahan terhadap korosi. Material komposit TKKS ini dapat menjadi acuan dan alternatif baru nantinya dalam pembuatan suatu
produk dimasa akan datang seperti marka kerucut, papan partikel dan lain-lain karena penggunaan serat alami ini dilakukan seiring dengan majunya exploitasi
dalam kehidupan sehari – hari. Karena material komposit ini dapat diperbarui dan didaur ulang.
Kemudian distribusi tegangan normal pada material polymericfoam diperkuat serat TKKS ini dapat dibandingkan dengan material baja dan paduan
aluminium dengan simulasi ansys rel. 5.4. Karakteristik nilai baja dan paduan aluminium dapat dilihat pada tabel 4.3
Tabel 4.3 Nilai karakteristik bahan aluminium dan baja
Bahan Modulus
Elastisitas,E GPa
Massa Jenis ρ
kgm
3
Tegangan maksimum KPa
Aluminium 70-79
2600-2800 310-550
Baja 190-210
7850 550-1400
Sumber: Mekanika Bahan,Thimoshenko
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.17 Isotropic properties material pada aluminium
Pada kotak dialog properties material ini berupa bahan paduan aluminium yang mempunyai nilai modulus elastisitas sebesar 79000 MPa dan massa jenis
2.810
-6
kgmm
3
. Beban yang diambil adalah berupa tegangan maksimum yaitu sebesar 55010
-3
. Dan input beban yang diberikan dapat dilihat pada kotak dialog ansys rel. 5.4 gambar 4.18.
Gambar 4.18 input nilai beban tegangan maksimum
Universitas Sumatera Utara
Dari permodelan ansys yang diberikan dapat ditampilkan countour plot penjalaran tegangan maksimum yang terdistribusi pada bahan paduan aluminium
yang diberikan. Distribusi tegangan merupakan respon yang terjadi akibat beban statik yang dtunjukkan pada gambar 4.19 sd 4.22.
Gambar 4.19 Distribusi Tegangan Normal Arah X bahan aluminium Akibat
Statik Aksial.
Dari gambar 4.19 dapat dilihat bahwa respon yang diberikan menunjukkan distribusi tegangan menjalar pada bagian dasar material dimana tumpuan
diberikan. Penjalaran hanya terjadi didasar tumpuan. Distribusi tegangan maksimum yang terjadi pada arah x sebesar -0.648 MPa. Kegagalan yang terjadi
diakibatkan terjadinya pergeseran material sehingga tidak merata distribusi yang diberikan tetapi hanya bagian dasar tumpuan saja yang terdistribusi.
Kemudian pada gambar 4.20 dstribusi tegangan maksimum norml arah y terjadi sebesar -0.649 MPa. tegangan yang terjadi sedikit lebih kecil daripada
tegangan normal arah X. ini menandakan bahwa respon yang terjadi distribusi hampir merata bagian dasar material dimana tumpuan diberikan. Distribusi
tegangan normal arah y dapat dilihat pada gambar 4.20.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20 Distribusi Tegangan Normal Arah Y bahan aluminium Akibat
Statik Aksial.
Dan pada gambar 4.21 distribusi terus menjalar dibagian dasar material yaitu tumpuan yang terdistribusi secara bergelombang. Kegagalan yang terjadi
diakibatkan adanya bending terhadap material yang tidak merata sehingga terjadinya pergeseran. Respon yang terjadi diakibatkan terus menjalar jika beban
terus diberikan. Distribusi tegangan normal maksimum arah Z sebesar -0.855 MPa dan dapat dilihat pada gambar 4.21.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.21 Distribusi Tegangan Normal Arah Z bahan aluminium Akibat
Statik Aksial
Gambar 4.22 menunjukkan distribusi tegangan yang terjadi pada VonMises. Secara keseluruhan tegangan maksimum menunjukkan distribusi
tersebar lebih banyak pada daerah tumpuan material.
Gambar 4.22 Distribusi Tegangan Normal VonMises bahan aluminium Akibat
Statik Aksial
Universitas Sumatera Utara
Tegangan VonMises terdistribusi secara acak yaitu dibagian tumpuan material. Keretakan patah menunjukkan pola yang sama dengan retak pada
polymericfoam diperkuat serat TKKS. Tegangan maksimum pada VonMises lebih besar daripada polymericfoam diperkuat serat TKKS yaitu sebesar 0.475 MPa. Ini
menandakan kekuatan material logam lebih kuat daripada komposit. Tetapi nilai polymericfoam diperkuat serat TKKS memiliki bahan alternatif baru dan kuat
dibandingakan dengan polymericfoam yang tanpa penguat TKKS. Sedangkan bahan baja memiliki nilai modulus elastisitas, massa jenis dan
tegangan maksimum sebagai berikut: Nilai modulus elastisitas,E = 210 GPa
Massa Jenis = 7850 kgm
3
Tegangan maksimum = 1400 kPa Properties material pada kotak dialog ansys dapat dilihat pada gambar 4.23.
Gambar 4.23 Isotropic Properties Material Pada Baja
Pada kotak dialog properties material ini berupa bahan baja yang mempunyai nilai modulus elastisitas sebesar 210000 MPa dan massa jenis
7.8510
-6
kgmm
3
. Beban yang diambil adalah berupa tegangan maksimum yaitu sebesar 140010
-3
. Dan input beban yang diberikan dapat dilihat pada kotak dialog ansys rel. 5.4 pada gambar 4.24.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.24 Input Nilai Beban Tegangan Maksimum
Dari permodelan ansys yang diberikan dapat ditampilkan countour plot penjalaran tegangan maksimum yang terdistribusi pada bahan baja yang
diberikan. Distribusi tegangan merupakan respon yang terjadi akibat beban statik yang dtunjukkan pada gambar 4.25 sd 4.28.
Gambar 4.25 Distribusi Tegangan Normal Arah X bahan baja Akibat Statik
Aksial.
Pada gambar 4.25 distribusi tegangan yang terjadi menjalar dibagian dasar material. Distribsi tegangan maksimum arah X bahan baja akibat statik
terjadi sebesar -1.623 MPa. Kegagalan yang terjadi saat diberikan beban secara
Universitas Sumatera Utara
terus menerus hingga penjalaran tersebar secara merata. Model kegagalan ini diakibatkan dari titik yang berbeda.
Dari gambar 4.26 distribusi tegangan maksimum yang terjadi dengan arah normal Y sebesar -1.624 MPa. Tegangan pada arah Y sedikit lebih kecil
daripada tegangan arah X. Distribusi pada arah Y tersebar menjalar dibagian dasar material dari titik yang berbeda. Distribusi tegangan arah Y dapat dilihat pada
gambar 4.26.
Gambar 4.26 Distribusi Tegangan Normal Arah Y bahan baja Akibat
Statik Aksial.
Dan pada gambar 4.27 menunjukkan distribusi tegangan arah Z akibat statik aksial yaitu kegagalan berawal dari titik puncak yang terus menjalar akibat
statik aksial dan juga terjadi bagian dasar material. Distribusi tegangan maksimum arah Z terjadi sebesar -1.653 MPa. Modus kegagalan berawal dari titik yang
berbeda. Gambar distribusi tegangan arah Z dapat dilihat pada gambar 4.27.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.27 Distribusi Tegangan Normal Arah Z bahan baja Akibat
Statik Aksial
Pada VonMises distribusi terjadi secara keseluruhan.Distribusi tersebar disebagian dasar material.gambar VonMises dapat dilihat pada gambar 4.28.
Gambar 4.28 Distribusi Tegangan Normal VonMises bahan baja
Akibat Statik Aksial.
Universitas Sumatera Utara
Nilai tegangan maksimum yang dihasilkan melalui VonMises sebesar 1.525 MPa. Penjalaran terus berjalan dibagian dasar material dari masing –
masing titik yang berbeda. Ini menunjukkan respon yang diberikan saat pemberian beban secara berkesinambungan sehingga distribusi tidak terjadi keretakan secara
berlebihan atau keseluruhan. Untuk lebih jelas secara detail tegangan maksimum yang terjadi melalui
simulasi numerik dapat dilihat pada tabel 4.4
Tabel 4.4 Distribusi Tegangan Melalui Simulasi Numerik
Bahan Distribusi
teg.maks. arah X
MPa Distribusi
teg.maks. arah Y
MPa Distribusi
teg.maks. arah Z MPa
Distribusi teg.maks.
VonMises MPa
Polymericfoam+ TKKS
-0.101 -0.100
-0.237 0.186
Aluminium -0.648
-0.649 -0.855
0.475 Baja
-1.623 -1.624
-1.653 1.525
Dari hasil yang diperoleh bahwa distribusi tegangan maksimum VonMises melalui simulasi ansys rel. 5.4 terdapat pada bahan baja sebesar 1.525
MPa dibandingkan dengan bahan polymericfoam+TKKS dan aluminium sebesar 0.186 MPa dan 0.475 MPa. Perbedaan ini diakibatkan pada jenis material, nilai
modulus elastsitas, massa jenis dan tegangan maksimum yang diperoleh. Baja dan aluminium merupakan bahan logam dimana modulus elastisitasnya lebih besar
dari polymericfoam+TKKS. Sehingga menyebabkan nilai logam ini lebih kuat. Akan tetapi logam ini bahan yang cepat berkarat atau korosi.
Pada penelitian ini,penulis ingin membandingkan antara nilai logam dengan komposit. Dan ternyata perbandingan nilai komposit tidak jauh berbeda.
Komposit merupakan bahan baru dari polymericfoam+TKKS yang nantinya dapat digantikan sebagai fungsi logam dan dapat digunakan untuk pembuatan produk
salah satu bahan utamanya adalah marka kerucut lalu lintas. Karena bahan polymericfoam diperkuat serat TKKS selain kuat juga tahan korosi, biaya yang
rendahakantetapiringan.
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Dari pengujian tekan statik terhadap polymeric foam yang diperkuat serat
TKKS diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil pengujian tekan static menunjukkan beberapa respon material
polymericfoam diperkuat serat TKKS seperti modulus elastisitas,tegangan tekan elastic dan tegangan patah.Respon dapat
diketahui dari kurva hubungan tegangan – regangan polymericfoam diperkuat serat TKKS. Tegangan maksimum tekan elastic dicapai
sebesar 0.1011 MPa dengan regangan 0.00586667 sehingga nilai modulus elastisitas didapat 17.22 MPa .
2. Kegagalan secara makroskopik terhadap polymericfoam diperkuat
serat TKKS ditandai adanya daaerah lipatan dipermukaan spesimen.Model kegagalan terjadi secara vertical dimana spesimen
terbelah menjadi beberapa bagian. Kegagalan polymericfoam diperkuat serat TKKS menunjukkan kegagalan geser karena sudut
patah atau retak 45 pada arah beban. Dan tegangan maksimum yang
terjadi pada keretakan material sebesar ± 0.138 MPa akibat beban tekan statik aksial.
3. Tegangan maksimum didapat dari hasil simulasi melalui software
Ansys Rel. 5.4 yaitu tegangan maksimum arah sumbu X sekitar - 0.08085 MPa pada arah beban. Tegangan maksimum terjadi di bagian
dasar dan terus menyebar di sepanjang sumbu aksis spesimen uji. Sedangkan respon distribusi tegangan normal arah Y lebih kecil
dibandingkan dengan tegangan normal arah X. Tegangan normal
Universitas Sumatera Utara