BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pendahuluan
Pada bab ini dibahas mengenai data-data hasil pengujian impak jatuh bebas dengan objek helm sepeda motor SNI. Anvil landasan yang digunakan adalah
anvil jenis peluru, plat datar, dan setengah lingkaran yang telah dijelaskan pada bab-bab sebelumnya. Hasil penelitian ini, diambil dari dua titik pengujian yg
berbeda, yaitu pada bagian atas helm dan pada bagian samping helm. Alasan pengujian dilakukan pada dua titik tersebut karena daerah pada permukaan helm
yang biasa terjadi bentukan adalah pada bagian tersebut. Selanjutnya data-data hasil pengujian yang berupa gaya dikonversikan ke dalam tegangan berdasarkan
luas daerah pembebanan. Sementara tegangan yang terjadi pada setiap pengujian bergantung kepada
luas permukaan daerah pembebanan. Selain itu juga mendapatkan besarnya energi potensial yang diterima oleh helm tersebut. Energi yang diserap helm tersebut
bergantung kepada posisi ketinggian jatuh helm ke anvil yang diaplikasikan. Tegangan dan energi potensial yang terjadi akibat beban impak dapat diukur
dengan menggunakan alat uji jatuh bebas multiguna yang ada pada Pusat Riset Impak dan keretakan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara Medan. Selanjutnya dilakukan simulasi komputer menggunakan program ANSYS
Workbench. Dari simulasi secara dinamik pada sisi atas dan sisi samping helm sepeda motor SNI diperoleh hasil tegangan maksimum von Mises dan regangan
Universitas Sumatera Utara
maksimum von Mises. Selanjutnya perbandingan energi potensial yang dihasilkan pada tiap-tiap kondisi pengujian menjadi data pendukung hasil
pengujian.
4.2. Pengukuran Gaya Impak dan Respon Tegangan Secara Eksperimental
Gaya atau beban impak yang diterima oleh helm setelah dikenai beban impak jatuh bebas direkam dan diperlihatkan dengan menggunakan software DAQ
For Helmet Impact Testing. 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. Sedangkan untuk besarnya luas daerah impak yaitu daerah yang
bersentuhan langsung antara helm dengan anvil yang digunakan seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.1.
Gambar 4.1. Luas daerah impak
Universitas Sumatera Utara
4.2.1 Anvil Plat Datar Pada pengujian ini ketinggian helm yang diberikan sejauh 4 m. Pengujian
ini dilakukan pada dua titik yang berbeda, yaitu pada bagian atas helm dan bagian samping helm. . Luas daerah pembebanan pada jenis anvil plat datar posisi atas
helm adalah sebesar 153,86 mm
2
, sedangkan luas penampang posisi samping helm adalah sebesar 153,86 mm
2
. Dengan demikian, kita bisa membandingkan kekuatan helm di dua titik
yang berbeda tersebut. Grafik gaya impak hasil pengujian dengan anvil plat datar ditunjukkan pada gambar 4.2 dan 4.3.
Gambar 4.2. Hasil uji impak dengan anvil plat datar, posisi atas helm tidak rusak
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3. Hasil uji impak dengan anvil plat datar, posisi samping helm tidak rusak
Data gaya dan tegangan untuk pengujian dengan menggunakan anvil plat datar diperlihatkan pada tabel 4.1. Untuk mendapatkan besarnya tegangan yang
diterima oleh helm, digunakan rumus yaitu dengan cara gaya maksimum yang diterima oleh helm dibagi dengan luas daerah impak yang terjadi pada permukaan
helm.
Tabel 4.1. Data gaya dan tegangan hasil pengujian helm sepeda motor SNI dengan anvil jenis plat datar.
Posisi Helm Ketinggian m
Gaya Maksimum N
Tegangan MPa
Keterangan
Atas 4
565,645 3,677
Tidak rusak
Universitas Sumatera Utara
samping 4
654,033 4,251
Tidak rusak Berdasarkan gambar 4.2 dan 4.3 serta data-data pada tabel 4.1 terlihat
bahwa gaya impak yang mampu diserap helm pada dua titik pengujian dengan ketinggian impak 4m adalah berbeda . Pada pengujian di bagian samping helm,
gaya impak yang diterima oleh helm lebih besar daripada pengujian di bagian atas helm. Namun tegangan yang diterima helm lebih besar pada bagian atas
dikarenakan luas daerah impak pada bagian samping helm lebih besar dibanding dengan bagian atas helm. Walaupun berbeda, pada kedua pengujian tersebut tidak
menyebabkan kerusakan pada helm. Untuk grafik tegangan yang terjadi pada helm tersebut dapat dilihat pada gambar 4.4 dan 4.5.
Gambar 4.4. Tegangan yang dihasilkan dengan anvil plat datar, posisi atas helm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5. Tegangan yang dihasilkan dengan anvil plat datar, posisi samping helm
Untuk mendapatkan besarnya impuls yang terjadi yaitu dengan cara gaya impak yang terjadi dikalikan dengan waktu impaknya. Untuk waktu impak
∆t dan impuls yang terjadi pada anvil plat datar ditunjukkan pada tabel 4.2 dan
Grafik implusnya diperlihatkan pada gambar 4.6.
Tabel 4.2. Data waktu impak ∆t dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh
bebas helm SNI dengan anvil plat datar.
Posisi Ketinggian
m F
maks
N ∆t ms
Impuls N.s
Atas 4
565,65 94
53,171 samping
4 654,03
47 30,739
Universitas Sumatera Utara
a b
Gambar 4.6. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helm sepeda
motor SNI dengan anvil plat datar a atas dan b samping. 4.2.2 Anvil Setengah Lingkaran
Grafik hasil pengujian dengan anvil setengah lingkaran ditunjukkan pada gambar 4.7 dan 4.8. Pengujian ini juga dilakukan pada ketinggian 4 m dan
dilakukan pada dua titik yang berbeda yaitu pada bagian atas helm dan samping helm. Luas daerah pembebanan pada jenis anvil setengah lingkaran pada bagian
atas adalah sebesar 153,86 mm
2
sedangkan pada bagian samping luas daerah pembebanan helm adalah sebesar 153,86 mm
2
.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7. Hasil uji impak dengan anvil setengah lingkaran, posisi atas helm,tidak rusak
Gambar 4.8. Hasil uji impak dengan anvil setengah lingkaran, posisi samping helm,tidak rusak
Data gaya dan tegangan untuk pengujian dengan menggunakan anvil setengah lingkaran diperlihatkan pada tabel 4.3. Untuk mendapatkan besarnya
tegangan yang diterima oleh helm yaitu dengan cara gaya impak dibagi dengan luas penampang pembebanannya.
Tabel 4.3. Data gaya dan tegangan hasil pengujian helm sepeda motor SNI dengan anvil jenis setengah lingkaran.
Universitas Sumatera Utara
Posisi Helm
Ketinggian m
Gaya Maksimum N
Tegangan MPa
Keterangan
Atas
4 627,448
4,078 Tidak rusak
samping 4
512,573 3,331
Tidak rusak
Untuk grafik tegangan yang diterima oleh helm dengan menggunakan anvil setengah lingkaran diperlihatkan pada gambar 4.9 dan 4.10. Besarnya
tegangan yang diterima helm pada bagian atas lebih besar dibandingkan dengan tegangan yang diterima helm pada bagian samping helm. Ini dipengaruhi karena
luas daerah pembebanan pada bagian samping lebih besar dibandingkan pada bagian atas helm.
Gambar 4.9. Tegangan yang dihasilkan anvil setengah lingkaran, posisi atas helm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10. Tegangan yang dihasilkan anvil setengah lingkaran, posisi samping helm
Data waktu dan impuls yang terjadi pada anvil jenis setengah lingkaran untuk masing-masing pengujian diperlihatkan pada tabel 4.4 dan gambar 4.10.
Tabel 4.4. Data waktu impak ∆t dan Impuls yang terjadi pada uji impak
jatuh bebas helm SNI dengan anvil setengah lingkaran.
Posisi Ketinggian m
F
maks
N ∆t ms
Impuls N.s
Atas 4
627,448 94
58,98 samping
4 512,573
46 23,578
Universitas Sumatera Utara
a b
Gambar 4.11. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helm sepeda
motor SNI dengan anvil setengah lingkaran a atas dan b samping.
4.2.3 Anvil Peluru Sama hal nya dengan mengunakan anvil plat datar dan anvil setengah
lingkaran, pada pengujian dengan menggunakan anvil peluru ketinggian helm juga sejauh 4m. Grafik hasil pengujian dengan anvil peluru ditunjukkan pada
gambar 4.12 dan 4.13. Pengujian dengan menggunakan anvil peluru ini juga dilakukan pada dua titik yang berbeda yaitu pada bagian atas helm dan samping
helm. Luas daerah pembebanan pada jenis anvil peluru untuk bagian atas dan samping helm sama yaitu sebesar 50,24 mm
2
.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.12. Hasil uji impak dengan anvil peluru, posisi atas helm, rusak
Gambar 4.13. Hasil uji impak dengan anvil peluru, posisi samping helm, rusak Pada pengujian helm dengan menggunakan anvil peluru, helm mengalami
kerusakan seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.14.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14. kerusakan helm SNI dengan menggunakan anvil peluru
Data gaya dan tegangan untuk pengujian dengan menggunakan anvil peluru diperlihatkan pada tabel 4.5.
Tabel 4.5. Data gaya dan tegangan hasil pengujian helm sepeda motor SNI dengan anvil jenis peluru.
Posisi Helm Ketinggian m
Gaya Maksimum N
Tegangan MPa
Keterangan
Atas 4
415,355 8,267
Rusak
samping 4
415,355 8,267
Rusak
Dari grafik dan data diatas dapat dilihat gaya maksimum yang diterima helm dengan menggunakan anvil peluru adalah sama yaitu sebesar 415,335 N.
Namun jika dibandingkan dengan gaya impak yang diterima oleh helm dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan anvil plat datar dan anvil plat peluru, gaya impak maksimum yang diterima oleh helm relatif lebih kecil. Namun pada pengujian ini helm mengalami
kerusakan. Kerusakan pada helm diakibatkan karena luas daerah impak yang terjadi dengan menggunakan anvil plat peluru lebih kecil dibandingkan dengan
menggunakan anvil yang lainnya, sehingga pada pengujian dengan menggunakan anvil peluru terjadi konsentrasi ataupun pemusatan tegangan pada permukaan
helm yang mengakibatkan helm mengalami kerusakan. Grafik tegangan yang terjadi pada helm dapat dilihat pada gambar 4.15 dan 4.16.
Gambar 4.15. Tegangan yang dihasilkan dengan anvil plat peluru, posisi atas helm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.16. Tegangan yang dihasilkan dengan anvil peluru, posisi samping helm
Data waktu dan impuls yang terjadi pada pengujian dengan menggunakan anvil peluru yaitu sebesar 58,56 N.s dan 64,79 N.s. Untuk tabel dan grafiknya
diperlihatkan pada tabel 4.6 dan gambar 4.17.
Tabel 4.6. Data waktu impak ∆t dan Impuls yang terjadi pada uji impak
jatuh bebas helm SNI dengan anvil peluru.
Posisi Ketinggian m
F
maks
N ∆t ms
Impuls N.s
Atas 4
415,355 141
58,56 samping
4 415,355
156 64,79
Universitas Sumatera Utara
a b
Gambar 4.17. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helm sepeda
motor SNI dengan anvil peluru a atas dan b samping.
Dari hasil pengujian eksperimental, tegangan impak yang diteima helm semuanya dibawah 2,5 KN. Dimana syarat pada pengujian helm SNI, gaya impak
maksimum yang diterima helm tidak boleh lebih dari 2,5 KN.
4.3. Penyerapan Energi Impak
Kategori