Studi Simulasi Penibebanan Impak Pada Helmet Sepeda Dari Baiian Pol}.Uieric Foam Yang Diperkuat Serbuk Tkks Dengan Menggunakan Sottware Ansys 14.5
Tegangan
{Mpa}
[,00
I-----------1
iir0,r]il
tnm)
\L/=
Waktu
(sl
0,00
0,0000
2,23
0,0016
0,98
0,0031
0,L6
a,oa47
Tegangan
Waktu
(Mpa)
(s)
0,00
0,0000
2,27
0,00i.6
1.48
0,003L
0,15
0,0047
5B I]Ii
1.2. Hasil simulasi helmet model2
r#
Tr?rt Edir*irn..tEn ldilis; -X&rit:
Unit.MPi.,:.'.
.Iim*
t59i't03:
ilrnt/i0tt
:. :
.:.:.
E:43
ffiffi-I
t
t,rrl
lIil,r)0 ('nml
50,[iN
-_-*---*-:
\fl
2.
Data hasil simulasi sisi samping
2.1 Hasil simulasi Helmet model I
Tegangan
Waktu
{Moa}
(s)
0,00
0,0000
8,26
0.0016
7,41.
0,0031
5,69
o,oo47
Tegangan
Waktu
{Mpa}
(s)
0,00
0,0000
2,38
0,0016
2,36
0,0031
L,66
a,0047
2.2 Data simulasi helmet model2
,a'iirl:,
-l:,:ll.i''.il
'l*i*{
tii
I,Ir3I,i. )t;,.'ii:,,
ffi:i
I
l*' I
---*=*-**'l
3.
Data hasil simulasi sisi belakang
3.1 Datasimulasi helmet model I
0,06
r-*.-_"-.1
100,{0 (mm)
:s,08
Tegangan
Waktu
(Mna)
(s)
0,00
0,0000
2,OA
0,00L6
0,62
0,0031
0,38
0.0047
Tegangan
Waktu
(Mpa)
(s)
0,00
0,0000
1,65
0,0016
!,2L
0,0031
0,58
0,0447
3.2 Data Simulasi helmet model2
0.08
100,00
5(,BB
-:--:--:--:r
(mm)
DAFTAR PUSTAKA
tl]
Yani, M. Desain dan pembuatan helmet sepeda berbahan komposit
p o Iyme r i c fo am y ang diperkuat serat Tandan Kosong KelapaSawit.
t2l
Wikipedia, Helm, (online),
http :,'',/id.w ikipedia. orgtwiki/Helm. diakses tanggal akses 25 Januari
2A15, puku123:05 WIB.
t3l
Sigit, Simulasi pembebanan impak pada helmet sepeda material komposit
busa polimer diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit.
t4l
Isroi, Pengolahan TKKS (Tandan Kelapa Sawit), (Online)
http://isroi.wordpress.cam/, diakses tanggal 5 Februari 2015, pukul
20:32 WIB.
15]
Suwandy, Analisa repon mekanik genteng komposit concrete foam
deperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) akibat beban
impak jatuh bebas.
16l
thinkbike, (online),
http l/thin gsbike. com/ensiklopedia/sej arah-desain-helm:
sepeda.html, diakses tanggal 25 februari2Al5, pukul20:15 WIB.
171 google, (online)
http://google. com/picture, diakses tanggal 2 5 februari 20 I 5, pukul
21 .00
t8]
wrB.
Sivertsen, K., Polymeric Foam., (online),
http : /iocw.
m i t.
e
du/cour s e s imat er i al s - s c ienc e -and-
engine er ing/ 3 0 6 3 -p olymer -phy s i cs
spr i ng0 A7 r'as s i gnment s/pa lymer ;foams.
pdf., diakses tanggal 29
februari 2A15, pukul20:20 WIB.
t9l
Wikipedia, Material komposit, (online),
http://id. wikipedia. org/wikiAvlaterial_Komposit, diakses tanggal
25 Februari2015, pukul 22:50 WIB.
63
[10] Hashim, J., Pemrosesan Bahan, Edisi pertama, Johor Bahru: Cetak Ratu
Sdn. Bhd.,2003.
t11] Nuryanto, E. Pemanfaatan Tandan Kosong
Kelapa Sawit Sebagai Sumber
Bahan Kimia. Warta PPKS : 137'144. 2444.
[12]
Isroi, Pengolahan TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit), (online),
ht tp
:
rlwww. isro iw ordpr es s. c o m, diakses tanggal 1 4 April 20 I 5,
pukul 2l:30 WIB.
[13]
Halliday and Resnick. (1991). Fi.sika Jilid I. Jakarta:Erlangga.
U4l
jusnita, Ketangguhan Retak Dinamik Bahan Komposit GFRP Untuk
Helmet Industri Disebabkan Beban Impak Menggunakan
MSC/hIASTRAN For Windows
64
BAB
3
METODE PENELITIAN
Metode yang dilakukan dalam penilitian
ini
adalah metode penelitian
simulasi, data diperoleh dengan menggunakan software ansys 11.5.
3.1.
Tempat dan Waktu
3.1.1. Tempat
Tempat penelitian dilakukan
di
laboratorimun pusat riset impak dan
keretakan departemen teknik mesin universitas sumatera utara, pelaksaan kegiatan
ini dapat dilix terperinci pada tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Kegiatan penelitian
No
Kegiatan
1
Pembuatan gambar
Lokasi Penelitian Keterangan
3D Lab. IFRC Unit I Pembuatan
model helmet sepeda.
model
dengan menggunakan
software solid work
2012.
2
simulasi helmer sepeda
Lab. IFRC
unit
I
simulasi
menggunakan
sofnttare AnsYs 14.5.
3.1.2. Waktu
Waktu pelaksanaan penelitian ini direncanakan selama 6 bulan dimulai
penelitian dari bulan november.
3.2.
Peralatan dan Bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini dapat
dilihat padatabel3.2.
27
Tabel 3.2.Peralatan dan bahan
No Nama alat dan bahan
I
Keterargan
Komputer
S oftw ar e s o I idw o r las 2A 12
Software Ansys 14.5
3.3.
Desain Helmet Sepeda
Penelitian ini dilakukan dengan membuat dua permodelan helmet sepeda
dengan menggunakan software solidworks 2012. Desain hemet sepeda dibuat
sederhana, struktur
&e
lmet sepedayang dijadikan objek penelitian memiliki dimensi
panjang 265mm, lebar 210mm, dan tinggi 145mm dengan ketebalan 20mm dan
lingkaran kepala 540mm.
3.3.1. Model lzelmet
Sepeda Dengan Tulang Lurus Kedepan
Desain helmet sepeda dengan tulang lurus kedepan dapat dilihat pada
gambar 3.1 berikut.
;s
i:
q-j
.m
:tt'
I
,J
i
i:;:
r$
#
E
F1
r
Gambar 3.1. Pandangan Desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lunrs
kedepan (lanjutan)
3.3.2. Model Helmet
Sepeda Dengan Tulang Lurus Kesamping
Desain helmet sepeda dengan tulang lurus kesamping dapat dilihat pada
gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2. Pandangan desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lurus
kesamping
29
Gambar 3.2.Pandangan desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lurus
kesamping (lanjutan)
3.4.
Metode Penelitian
3.4.1. Simulasi Impak Jatuh
Bebas MenggunakanAnsys 14.5
Simulasi impak jatuh bebas pada metode penelitian
ini
menggunakan
software Ansys 14.5. Ansys workbench adalah salah satu perangkat lunak berbasis
metode elemen hingga yang dipakai untuk menganalisa masalah-masalah rekayasa
{engineering).
Langkah simulasi aflsys workbench dilakukan dalam
3 golongan proses
pengerjaan yaitu Preprocessing, Solution, Post Processing. Untuk penjelasan
langkah langkah untuk simulasi ansys akan di terangkan sebagai berikut.
30
1.
Anqts workbench 14.5
Untuk memulai ansys bisa melalui dua langkah yaitu dari ikon shortcut dt
desktop atau melalui Start --* all Progranw --+ Ansys 14.5 --+ workbench
11.5_
2.
Setelah workbench 11.5 tertampil pada samping
kiri muncul toolbox lalu
pilih explicit dynamic pada analysis system dapat dilihat pada gambar 3.3
berikut
file Vierq TeElr Lhits Extenso$f,
Jttev* Jap*n.., #savr Ssaveas,.,
v$x
,
EI Analysis Systrru
ffi
Sesign A$s€s$rneflt
ffi
rtuid Fin,i,r'fxtr*sicn
(pulyflc*;i i
l
Gambar 3.3. Explicit $tnamics
J-
Lalu pada pr oj e c t s c h emat i c akan munc ul pr aj e c t exp I i c i t dynam
ic
s, seperti
gambar 3.4 berikut.
?
,
e
3
.t
5
$
gnqirceringsata ,.i'
/t
Uf Geomer'y i ,
$ ruoax -* .
setuo
Z' .
ffi Salutian ? ,
fifl
..,.:
E
7
Bxplicii Dynanrits
Gambar 3.4. Project schematic
4.
Pada project explicit dynamics terdapat step-step proses yang harus di
selesaikan secara pertahap dan berurut, tahap pertama yang harus
diselesaikan pada engine er ing data.
31
3.4.2.
Engineering Data
Pada penelitian
ini digunakan material baru yaitupolymeric
"foam dengan serbuk TKKS yang belum terdaftar pada ansys warkbench
sehingga kita perlu memasukan data materialnya ke engineering data.
Double klik pada enggineering data, kemudian menu engineering
data akan tertampil, pada"autline af schematicBZ ; engineering data,,
terdapat kotak bertuliskan "'click here to add a new ntateriat',klik pada
kotak lalu masukkan nama data material baru yang ingin kita
sinrulasikan, disini penulis memasukan nama material baru "polymer ic
rtto*
dengan serbuk
TKKS"
dapat
fu
dilihat pada gambar 3.5 berikut.
Sbuctrral Steel
ril
:ii
.11
. ".; * ,l
:il
Gambar 3.5. Data material baru
Lalu pada toolboxklikphysical Properties
---+
Density lalu masukan
nilai density pada"tabel ofproperties ro** 2: Density" yangmuncul di
sebelah kanan tentukan satuanya dibawah kolom B dapat dilihat pada
gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6. Data density
Kem udian pada
to o lb
ox khk
l i ne
ar
e
l as
ti
c -+
masukan nilai 'lnodulus young dan poisson's
i s ot r
op i c e l a s t i c i ry
ratio"
lalu
pada "tabel of"
3?
properties row 3: Isotropic elasticity" untuk modulus young tentukan
satuanya dibawah kolom B seperti pada gambar 3.7 berikut.
Gambar 3.7 . Data isotropic elasticigt
Setelah semua step dilakukan maka step pada enp;ineering
data selesai Kemudian kllkreturn to project maka akan kembali ke
menu project schematic dan akan muncul tanda checklist pada
engineering dara.
3.4.3.
Geametry
Pada menu geometri berfungsi sebagai tempat pembuataan
model yang akan disimulasikan pada ansys bisa langsung membuat
model yang akan disimulasikan langsung pada .software ansys dan bisa
juga mengimport model 3D yang akan disimulasikan langsung yang
telah di buat dengan software Iain seperti autocad, solidworks, catia dll.
Disini model 3D helmet dan anvile telah dibuat menggunakan
saftware solidworksjadi model di import langsung ke ansys dengan cara
klik kanan
pada geometry ---+ irnport geometry
--, brows, maka akan
tampil menu pencaianfi/e model helmet yang akan di import,pilihfile
---+
open seperti pada gambar 3.8 berikut
'f,ffi
; #
Saia .
,
,lG^*lf
lk6ffitry*
r -:-E
En-onesng
yMffi.
:
5 qkEo
9 iLj roLDc. 'l
: '$ n*;e
krt,rrti
'
lryl(Mny
.
r i]
fu0i!38
DabFrmfEi' l
TramfsktaTtB*; t
T'drsfe
updite
Reset
S
Lmoe
QJq* Heb
A.id
l!0te
i
Gambar 3.8. lmport geametry
33
Kemudian douhle
generate
-
klik
pada geometry, pada menu geometry krlk
close. Setelah semua srep dilakukan maka step pada
geometri selesai dan akan muncul tanda checklist pada geometri.
3.4.4.
Model I Ansys Mechanical
Pada rnenu model dilakukan simulasi helmet yang akan
diteliti dengan cara double klik pada model maka menu explicil
d!,namics akan tampil, pada outline di samping terdapat keterangan srep
yang harus di selesaikan secara berurutan.
Pertama pada outline pilih project --- model (A4)
*,
geometyy
terdapat dua body yaitu solid 1 dan salid z, klik kanan pada sotid yg
menunjukan anvile
di
keterangan gambar --+ renntne, ganti nama
meniadi anvile pada menu "details oJ'anvile"
di kiri
bawah pilih
definition --+ sti.ffness hehavior, untuk material -+ assignment plllh
structttral steel
se
rti pada gambar 3.9 berikut.
,.\
iilter llami
'
}elaihcf'Amilr
,.
-!l ": t
91nort
n
d
Suppeued
HutdtA4)
;
stifinsrsdrador
: *,$murntr
iu$ffi
llo
@l
Rt{tnnrt ft mptmture g tnlironrlmt
RtlrreNllraru
a&met
laltinlian
i
i-
ltatsiil
i,I f)n$ur(ilt
Aiqnmut
:
1+ Sounding8or
I
i'n**
L (l:lidift
ii
Shti$..i
!
Gambar 3.9. Details of anvile
kedua pada solidyang menujukkan keterangan helmet pada gambar
--+ rena?ne, garfii nama menjadi
di kiri bawah pillh definitiott
-i
Helmet pada menu "detuils of Helmet"
stffiess behavior tetap.flexible, pada
material -'+ tts s i gnment kllk kanan plllh po ly*ter
ic
fo arn dengan serbuk
tkks yang dimasukkan ke engineering data sebelumnya seperti pada
gambar 3.10 berikut.
34
I
r filter
tlant t
Cehd:
d
Helmel
i.i cn$li$
3:rl
I Si r"r.a
, :,- S &oaaGc)
i-
.,
r r ,$Geomert
ii rS L.*
I
I
' q$ rlehtt
j
:
Prop(li€g
oEtnxrn
Suppre,riri
jrrhrilBrhfuro,
(rir$nat!
}',km
-
;'
llfailtt (oordhat{
5yrt6m
FCil$Glamparrtu,c 3Ifmronor0t
Je#lrrcrrame
i
N0
ffif]
ligmtgiar
Irliteri$
l55r!nn.nt
l+ 8{urdi!q
hr
F-.t"--rffirl@l
-
Gambar 3.10. Detail of helmet
Setelah step diatas dilakukan maka pada step pada geometri selesai
dan akan muncul tanda cheeklist pada samping geometri.
Ketiga pada connections
---+
contacts
"details" di kiri bawah pada scope
--+
---+
contact region, pada menu
contac( klik pada gambar
keterangan di sebelah kanan bagian helmet yang terkena anvile
---+
ktik
apply, pada target, klik pada gambar keterangan di sebelah kanan bagian
anvile yang terkena helmet
--
apply, kemudian pada Definition
--+
type
pilih no sep{trcttion seperti pada gambar 3.11 berikut.
+.dir*
litrt,flffie,
+
DIrl
'Chtd
i:.{thodd(s)
1,,6M,
E
I
i
i$ftrk
rd
f&l
* .;, kd6t5,ie
]"&hdk
h:L cf 'lh :€cn, 6q . #M i ilr
nry
e
ldpinq Xdhod
Iilcdlsi!
ffin
toe
|ilffi,-1
uua.
F@iffioPd
flo
Gambar 3.11. Connections
35
setelah semua step diatas dilakukan step pada connections selesai dan
akan muncul tanda checklist pada connetion,s.
Keempat padamesh klik kanan --+ Generate mesh,pada meshtidak
ada pengaturan details di defoult sesuai standar ansys, setelah semua
step diatas selesai maka seluruh pengaturan di Model (a4) seperti pada
gambar 3.l2 berikut.
:l:: a::
:1
x .;-:ro jrdn,>s
{ "&rs
/ri r#ryffirr1}
_n'li( !a:rr ;,r{
ireh i.totn
fr
{
t{ tt.rr
i0 ia
---:::::l
Garnbar 3.12. Meslz
Kelirna menentukanvelacity helmet yang akan disimulasikan impak
jatuh bebas dengan cara pada praject
-*
explicit dyn*mics (A5) --+ p1iL
kanan initial conditions --+ insert -+ velocity, maka akan muncul menu
"detuils
o-f
velocily, pada scape -+ Ge"ometry pilih seluruh body helmet
kemudian definitian
*
dertne hy pilih companents maka akan mrurcul
di kolom bawah coordinate system masukan nilu veloclfi
sesuai arah
sumbu jatuhnya helmet seperti pada gambar 3.13 berikut.
llrtail!
I
Fiiter
r
dl
ft{r '
-:i .-j
pmiect
j
i
i
-l r^(ffidrultSttlanr!
rl ,$ cermr*
,ftr'r*l
E
,Eg [ry*ctDYlancs(A5)
l:r {EillitilasClnr
,-l.5*slonrl
.. ,'JleJJ
*
'!'ri.ilt
kd.P'
!irprfiq
tleiho{
6*cmetry Sf{rdion
i*r*rv Ii$S' Tf
l:
ii.: Sru*t{ll}
| .rr ,$ eeoretr
i
't
l-
+.
i
i
oettnition
lntlt
lype
Val3{it!
)iionpnnfll
t
lqmponill
/ irnrplnril
r
lupprrt!{,
Gambar 3.13. Details ofvelocity
35
Keenam menetukan analysis settings, pada menu analysis settings
masukan data end t.ime yang didapat dari hasil eksperimental impak
jatuh bebas, klik pada analysis settings maka akan muncul menu
"details of analysis settings" padastep control,c
-->
end time seperti pada
gambar 3.14
0erih
d pri.*
;:
1fr
:
. iro,
i- ttrpContsk
i Rrtumr
llumber ol (yclts
i
i tno nme
n**1m1
r&
{;.
i{ *ft
iir
irutsn !dtrng:'
l- Ensnil*ttirurpr*enrue
il i+
lilter ltane r
ri
eesnetl
F(om Cr,;{}i
Coordnate S,a$lerls
l,,laximum
conectitrx
, ,&M
- ---"--;
ftogrrrr iontrolled
:
0
!r.0?
{
E {MIxpfotrynimics(45}
I
,11
i,ritial conditoos
r
xh*a&*a&4i4dk+d
I'6ry89
i.-.
Gambar 3.14. Analysis setlings
Ketujuh menetukan fixed supporr, kegunaan fixed supportbertuiuaa
untuk mengunci bagian body sehingga menjadi tidak bergerak pada
simulasi anvile dikondisikan pada keadaan diam dengan klik kanan
explicit dynamics --+ insert
---
fixed support maka akan muncul menu
details of ftxed support pada scope
---+
geometry pilih semua bo$; dari
anvile seperti pada gambar 3.l5 berikut.
1 fxtalk d"ii:*C 5urpcrt'
0ilti:nc
:r d no*ttl+)
iI r& &omrur
E ,A Cmrdinate$ysteair
E ;fr fonnecuons
,i
r&
!k$\
{0S txdidt 0flrmics (As}
i!
i
n.,*$
iruidtortdtiom
/.j:1 ArirfrE SelElS
S,prl!-ixeo
Swport I
Gambar 3.15. Fixed support
Setelah semua step diatas dilakukan maka step pada explicit
dynamics (A5) telah di selesaikan selanjutnp Solution (A6) pada step
ini untuk memilih hasil apa saja yang akan dicari pada simulasi yang
dilakukan, klik kanan pada solution
---+
insert --- pilih eqivalent stress
37
untuk mencari tegangan pada helmef sepeda seperti pada gambar 3.16
berikut.
jrm* lu-,ri" Jl
Gambar 3.16. Solution
Kedelapan mengklik lkon solver pada toolbar dan proses simulasi
mulai dijalankan aleh ansys, proses simulasi ini berjalan sekitar
6
jam
hingga selesai. Setelah simulasi selesai maka hasil dari sirnulasi bisa
dilihat pada equivalent stress dan bisa dilihat tegangan maksimal yang
terjadi akibat impak jatuh bebas pada hasil simulasi. Pada penelitian
terdapat variable-variable penting yang meliputi sebagai berikut
1.
:
Variable terikat
Variable terikat adalah variable tetap dan akan berubah bila variable
bebas berubah, antara lain
:
a. Tegangan(o)
2.
Variable Bebas
Variable bebas adalah variabel yang
jika
mempengaruhi variable terikat, antara lain
a.
berubah maka akan
:
Kecepatan (v)
b. Massajenis (p)
c. Modulus elastisilas (E)
d. Poisson ratio {u)
38
3,5.
Iliagram Alir Penelitian
Diagram
alir
proses pada penelitian simulasi helmer sepeda dengan
menggunakan software atu\ys 14.5 dapatdilihat pada gambar 3.17 berikut.
M**rxtr;Mme*ffid
n*fu$danAr#ffi
_*
Ffu
ms# gdtr ,}S &6facef s@ {eqrr
mqtmafar sc$mm Saltdworfu 2Ot3
Stuhsi@uel
wxm*lfficmryrsJ{.$
H&**Eodd
t
I
lneUu *tr#M 3
ffikft
fdmilf;qgeM6t
ffid# I defi
rdmd*ry u* *ixoil&ri
tuffi& Minel
8n**d
S:t**@
Garnbar 3.17 Diagram alir penelitian
39
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1,
Pendahuluan
Pengujian simulasi impak jatuh bebas helmet sepeda babanpolymericfoam
diperkuat serbuk TKKS dengan menggunakan saftutare Ansys t 4.5 dllaporkan pada
bab
ini hasil dari perbandingan dua model helmet
4.2.
sepeda.
Hasil Pembuatan Helmet Sepeda
Dimulai dengan pembuatan model Helmet sepeda dengan menggunakan
sofnuare Solidworks 2012 yang dijadikan objek penelitian mempunyai dimensi
panjang 265 mm,lebar 210mm, dan tinggi 145 mm sedangkan massa helmet
berkisar diattara 300 s.d 400 gr pada gambar 4.l berikut.
ffi
i+fiiriiffi
1....i
: .i ::.
:l
a
ffiffi
tjrrtrcii
4iri,r.r.,n:l
(b)
Gambar 4.1. Model helmet sepeda (a) model 1, (b) model2
4A
4.3.
Metode Pengujian Penelitian
Metode Sirnulasi yang akan dilakukan pada penelitian ini ialah pembebanan
pada pengujian impak jatuh bebas yang diberikan pada tiga
dan belakang dari struklur helmet sepeda
ini
titik yaitu
atas, samping
dikarenakan bagian tersebut
merupakan bagian yang memiliki kemugkinan besar mengalami benturan saat
terj adinya kecelakaan.
Data hasil simulasi akan dibandingkan dengan hasil pengujian impakjatuh
bebas, pengujian impak jatuh bebas
kecepatan rendah, alat
ini
digolongkan pada pengujian impak
uji impak jatuh bebas menggunakan
sensor cahaya yang
diletakaan pada ketinggian 1,5 m. Ketinggian helmet sepeda yang diuji impak jatuh
bebas dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan{2.4).
Dengan asumsi bahwa kecepatan maksimum bersepeda 15 km/h dan
ketinggian rata-rata orang indonesia 1,6 m maka tinggi maksimum uji impak jatuh
bebas ialah 1.5 m.
Alat yang digunakan unfuk
mengukur beban impak jatuh
bebas
menggunakan laad celL Data yang diperoleh load cellberupa data analog kemudian
diubah oleh DAQ menjadi data digital.
4,4.
Simulasi Impak Menggunakan,4N^$f,S 74.5 Workbenclt
Pada penelitian ini menggunakan software ansys 11.-i untuk menganalisa
struktur helmet sepeda bahanpolymeric/bam diperkuat serbuk TKKS akibat beban
impak jatuh bebas. Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui besamya tegangan
yang diterima oleh helmet sepda. Selanjutnya hasil pengujian dibandingkan hasil
simulasi mana lebih baik diantara dua model helmet sepeda. Simulasi ini
memerlukan data- datayang telah diambil dari pengujian eksperimental adapun
datanya yang dibutuhkan meliputi
:
Massajenis
2. Modulus Young
3. Poissonratio
4. Kecepatan awal
5. Anvil Material
1.
6.
7.
: 192,56 kdm'
: 37,98 MPa
:0,403
. 5425 mm/s
: Structural steel
Kekakuan material
heknet
:/lexible
Kekakuan material
anvil
:
rigid
4t
4.5.
Simulasi Pembebanan Pada Sisi Atas llelmet Sepeda
Penelitian yang dilakukan pada Simulasi pada sisi atas helnzet sepeda
dengan ketinggian 1.5 meter dilakukan pada dua model helntet sepeda dengan
posisi jatuh helrret dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut.
'i#-""''
.l t
Gambar 4.2. Posisi jatuh helmet sepeda bagian atas
4.5.1 Hasil Simulasi HelmerModel
1
Pada simulasi helmet modei 1 dengan tulang lurus kedepan dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.3 berikut.
n
i{i:*
11
L_tt.L
H
r.1811
&ll
n oaoq
h"l
l,BI2
H i:i*'
5 ffir'
o''o
il;n 4'o'"'
Gambar 4.3. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet
Pada gambar 4.3 hasil simulasi irnpakjatuh bebas pada sisi atas dapat dilihat
distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwa tegangan maksimum sebesar 2,227
MPa.
42
Distribusi tegangan pada sisi atas yang mengalami impak jatuh bebas juga
dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.4,4.5, dan 4.6 berikut.
Gambar 4.4. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi atas
Gambar 4.5. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi atas
Gambar 4.6. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi atas
Pada gambar
4.4,4.5,
dan
4.6 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh helmet
untuk sisi samping berkisar 0 - A,7 MPa dan sisi depan berkisar 0 - 0,2 MPa.
4.5.2 Hasil Simulasi
Helmer Model 2
Pada simulasi helmet model2 dengan tulang lurus kesamping dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.7 berikut.
43
_--Gambar 4.7. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet
Pada gambar 4.7 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi atas dapat dilihat
distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwa tegangan maksimum sebesar 2,267
MPa.
Distribusi tegangan pada sisi atas yang mengalami impak jatuh bebas juga
dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.9,4-g,dan 4.10 berikut.
Gambar 4.8. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi irnpak sisi atas
Gambar 4.9. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi atas
Gambar 4.10. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi atas
Pada gambar 4.8,4.9 dan4.10 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh
helmet untuk sisi samping berkisar a - a,7 Mpa dan sisi depan berkisar 0 * 0,2
MPa.
Pada simulasi impak jatuh bebas pada sisi atas helmet sepeda diperoleh
grafik perbandingan besaran nilai tegangan antara dua model helmet
sepeda
diperlihatkan pada gambar 4.11 berikut.
Grafik Waktu vs Tegangan
,$
:qn
. :i:.
7.,
ii,16
.:
, lil i{
.:.;allr r a;i:
,i$
a
cili
*
trt!
it.r.j:ta t.ii?:
I
I:.:
n
Fl:
i.!of
t:
a1;!
i.3a:t
Gambar 4.11. Grafik perbanding tegangan hasil simulasi sisi atas helmet sepeda
Dari grafik diperoleh pada waktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada
model 1 dan 2 yaitu 2,23 dan 2,27 lvwa kemudian mengalarni penurunan pada
waktu 0,0031 s pada model I dsn 2 yaitu 0,98 dan 1,48 Mpa kemudian pada waktu
0,0047 pada model
I dan 2 yaitu 0,16 dan 0,15 Mpa sehingga dapat ditarik
kesimpulan model 2 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model
4.6.
1.
Simulasi Pembebanan pada sisi sampinghelmet sepeda
Penelitian yang dilakukan Simulasi pada sisi sampin g helmet sepeda dengan
ketinggian 1,5 meter dilakukan pada dua model helmet sepeda dengan posisi jatuh
helmet dapat dilihat pada garnbar 4.12 berikut.
'l----!ii--
'"'''
f4
Garnbar 4. 12. posisi jatuh helmet sepeda bagian samping
Pada gambar 4.12 dapat dilihat posisi jatuh helmet sepeda te{adi pada
bagian samping mengenai anvile yang beradapadabawah helmet sepeda.
45
4.6.1. Hasil Simulasi Helmet Model I
Pada simulasi helmet model 1 dengan tulang lurus kedepan dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.13 berikut.
Gambar 4.13. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi samping helmet
Pada gambar 4.13 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping dapat
dilihat distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar
8,26 MPa.
Dishibusi tegangan pada sisi samping yang mengalami impak jatuh bebas
juga dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.14,4.15, dan4.16 berikut.
Gambar 4.14. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
samping
Gambar 4.15. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak
sisi samping kiri
46
Gambar 4.16. Distribusi teganganpada sisi belakang hasil simulasi impak sisi
samping
Pada gambat 4.14, 4.L5, dan 4.16 dapat diliat distribusi tegangan pada
seluruh helmet untulc sisi yang tidak terkena impak berwana biru yang tertera pada
kontur bernilai tegangan berkisar 0 - 0,9 Mpa.
4.6.2. Hasil Simulasi Helmet Model 2
Pada simulasi helmet model
2 dengantulang lurus kesamping
dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.17 berikut.
0[
100-00
(rhr
Gambar 4.17. Hasil distribusi --.-tegangan maksimum sisi samping helmet
Pada gambar 4.17 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping dapat
dilihat distribusi tegangan dari simulasi drdapat bahwa tegangan maksimum sebesar
2,38 MPa.
Distribusi tegangan pada sisi samping yang mengalami impak jatuh bebas
juga dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.18,4.r9, dan4.20 berikut.
Gambar 4.18. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
sampmg
Gambar 4.19. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak
sisi samping kiri
Gambar 4.20. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi irnpak sisi
samping
Pada gambar 4.18, 4.19, dan4.20 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh
helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0 0,5 Mpa.
Pada simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping helmet sepeda diperoleh
grafik perbandingan besaran nilai tegangan arrtara dua model helmet
diperlihatkan pada gambar 4.21 berikut.
sepeda
Grafik \ffaktu vs Tegangan
'::.
*
i.t:
I ",
li
.
rar
' :.
i],,*a,
. r.r,in i ii!:r!: ,r.:i:.ri :.xr"r. . r::i:
:r..:ir: :..:r:):i
rr
l:ii:
.:.rili! r,:r!l
* -'.",.'
.q
-,:i, .,", ,i
,',.
,., .
Gambar 4.21. Grafrk perbandingan tegangan hasil simulasi sisi samping helmet
Dari grafik diperoleh pada rvaktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada
model 1 dan 2 yaitu 8,26 dan 2,38 MPa kemudian mengalami penurunan pada
waktu 0,0031 s pada model
0,0047 pada model 1 dan
1 dsn
2
2 yaitu7,4l dan2,36 MPa kernudian pada waktu
yartu 5,69 dan 1,66 MPa sehingga dapat ditarik
kesimpulan model 1 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model 2.
Perbedaan yang tinggi disebabkan simulasi area helmer akibat impak jatuh
bebas model
1
mengenai tulang samping yang
kecil luas permungkaannya
mengakibatkan luas permungkaan kecil dan hasil tegangan yang di peroleh tunggr
dibandingkan pada model
2
yang mengenai tulang yang lebih
luas
permungkaannya.
4.7.
Simulasi Pembebanan Pada Sisi BelakangHelmet Sepeda
Penelitian yang dilakukan Simulasi pada sisi helakang helmet sepeda
dengan ketinggian 1,5 meter dilakukan pada dua model helmet sepeda dengan
posisijatuh helmet dapat dilihat pada gambar 4.22 berikut.
l+.-lH-
-
t{l'"*"
/.\
,
Gambar 4.22. posisi jatuh helmet sepeda bagian belakang
49
4.7.1. Hasil Simulasi Helmer Model
Pada simulasi helmet model
I
I
dengan tulang lurus kedepan dengan data-
data yang diperoleh eksperimental maka diperoleh tegangan maksimum seperti
pada gambar 4.23 berikut.
!'ll-:::-3'm{nm)
Gambar 4.23. Hasil distribusi tegangan sisi belakang helmet
Pada gambar 4.23 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi belakang dapat
dilihx distribusi tegangan dari simulasi
didapat bahwategangan maksimum sebesar
1,997 MPa. Distribusi tegangan pada sisi belakang yang mengalami impak jatuh
bebas juga dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan dan
samping helmet secara berturut-turut pada gambar 4.24, dan 4.25 berikut.
Gambar 4.24.Di$nbusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
belakang
Gambar 4.25. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak
sisi belakang
50
Pada gambar 4,24 dan 4.25 dapat diliat distribusi tegangatpada seluruh
helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0 - 0,4 MPa
4.7.2. Hasil Simulasi Helmer Model 2
Pada simulasi helmet model
2 dengantulang lurus kesamping dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.26 berikut.
0,00
!80,00 (mm)
Gambar 4.26.Hasil distribusi tegangan maksimum sisi belakanghelmet
--.-_]
Pada gambar 4.26 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi belakang dapat
dilihat distribusi tegangan dari sirnulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar
1,65 MPa.
Distribusi tegangan pada sisi belakang yang mengalami impak jatuh bebas
juga dapat diamati distribusi tegangan yang tedadi pada sisi depan dan samping
helmet secara berturut-turut pada gambar 4.27 dan4.28 berikut.
Gambar 4.27.Distibusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
belakang
5L
Gambar 4.28. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi
belakang
Pada gambar 4.27 dan 4.28 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh
helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0 * 0,4 Mpa
Pada simulasi impakjatuh bebas pada sisi belakanghelmet sepeda diperoleh
grafik perbandingan besaran nilai tegangan antara dua model helmet
sepeda
diperlihatkan pada gambar 4.29 berik*.
Grafik \Maktu vs Tegangan
i aitii
r.::it1r
ir.all,r:
lir
Gambar 4.29. Graftk perbandingn tegangan hasil simulasi sisi belakang helmet
Dari grafik diperoleh pada waktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada
model 1 dan2 yaitu 1,99 MPa dan 1,65 MPa kemudian mengalami penurunan pada
waktu 0,0031 s pada model 1 dsn 2 yaitu0,62 MPa dan 1.21 Mpa kemudian pada
waktu A,0047 pada model 1 dan 2 yaitu 0,38 MPa dan 0,68 MPa sehingga dapat
ditarik kesimpulan model 1 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model
2.
52
4,8.
Kumpulan dan Perbandingan Data Hasil Simulasi pengujian
Dari hasil simulasi ansys workbench 14.5 akrbatimpakjatuh bebas diatas
bisa dilihat perbandingan mana yang lebih baik diantara kedua model helmer
sepeda dapat dirangkum seperti pada tabel 4.1
berikut
:
Tabel 4.1. Hasil simulasi impak jatuh bebas
1
Model2
(MPa)
Max (MPa)
Model
Pengujian
Max
Atas
ffi"ffi,,'
sampingffi-"ffi"Berakangffi'-ffi"'
Dari tabel 4.1 hasil pengujian menggunakan simulasi impak jatuh bebas
diperoleh kesimpulan bahwa tegangan maksimum pada helmet model
1
lebih tinggi
dengan hasil sisi atas 2,23 MPa, sisi samping 8,26 MPa, dan sisi belakang 1,991
MPa sehingga dipilih helmet 1. selanjutrya dilakukan pengujian eksperimental
Impak jatuh bebas lebih lanjut.
4.9.
Kumpulan Ilata Hasil Pengujian Jatuh Bebas Secara Eksperimental
4.9.1.'Pengujian Pada Sisi Atas Helmer Sepeda
Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi atas helmet sepeda ketinggian
1,5 meter diperoleh datarata-rata sebagai berikut.
53
a.
b.
Luas area impak rutaqata:285,69 mmz
c.
Tegangan
Besar
gayarata-rata
rata-rata
:318,13 N
:
1,12 MPa
Tabel4.2. Hasil pengujian sisi atas helmet sepeda impak jatuh bebas
ketinggian 1,5 m
Area Luas area Gaya Tegangan Keterangan
Impak impak Pengujian
o (Mpa)
A
(mm2) r N)
AtasAl ,s,ti,,6t 3ls,l3
I,l3
Retak
Atas
A2 285,69 309,3 1,08
Retak
Atas
A3 285,69 326,96 l,l4
Retak
4.9.2- Pengujian
Pada Sisi Samping Helmet Sepeda
Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi samping helmet sepeda
ketinggian 1,5 meter diperoleh datarat*rata sebagai berikut.
a.
b.
Luas area impak rrta-rata:226,27 mmz
c.
Tegangan
Besar
gayaruta-rata
: 220,95
N
rata-rata : 0,98 MPa
Tabel 4.3. Hasil pengujian sisi samping helrnet sepeda impakiatuh bebas
ketinggian 1,5 m
Area
Impak
area Gaya
impak Pengujian
Luas
A
(mmz) rim
--
-
Tegangan Keterangan
o (MPa)
samping
ni ---rn:di
Samping
B2 227,65 229,75 1,009
Pecah
Samping
83 223,51 229,84 1,A28
Pecah
i0;i,i6
- o,s0g
netar.
4.9.3. Pengujian
Pada Sisi Belakang Helmet Sepeda
Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi atas helmet sepeda ketinggian
1,5 meter diperoleh datarata-rata sebagai berikut.
a.
b.
Besar
gayarata
{Mpa}
[,00
I-----------1
iir0,r]il
tnm)
\L/=
Waktu
(sl
0,00
0,0000
2,23
0,0016
0,98
0,0031
0,L6
a,oa47
Tegangan
Waktu
(Mpa)
(s)
0,00
0,0000
2,27
0,00i.6
1.48
0,003L
0,15
0,0047
5B I]Ii
1.2. Hasil simulasi helmet model2
r#
Tr?rt Edir*irn..tEn ldilis; -X&rit:
Unit.MPi.,:.'.
.Iim*
t59i't03:
ilrnt/i0tt
:. :
.:.:.
E:43
ffiffi-I
t
t,rrl
lIil,r)0 ('nml
50,[iN
-_-*---*-:
\fl
2.
Data hasil simulasi sisi samping
2.1 Hasil simulasi Helmet model I
Tegangan
Waktu
{Moa}
(s)
0,00
0,0000
8,26
0.0016
7,41.
0,0031
5,69
o,oo47
Tegangan
Waktu
{Mpa}
(s)
0,00
0,0000
2,38
0,0016
2,36
0,0031
L,66
a,0047
2.2 Data simulasi helmet model2
,a'iirl:,
-l:,:ll.i''.il
'l*i*{
tii
I,Ir3I,i. )t;,.'ii:,,
ffi:i
I
l*' I
---*=*-**'l
3.
Data hasil simulasi sisi belakang
3.1 Datasimulasi helmet model I
0,06
r-*.-_"-.1
100,{0 (mm)
:s,08
Tegangan
Waktu
(Mna)
(s)
0,00
0,0000
2,OA
0,00L6
0,62
0,0031
0,38
0.0047
Tegangan
Waktu
(Mpa)
(s)
0,00
0,0000
1,65
0,0016
!,2L
0,0031
0,58
0,0447
3.2 Data Simulasi helmet model2
0.08
100,00
5(,BB
-:--:--:--:r
(mm)
DAFTAR PUSTAKA
tl]
Yani, M. Desain dan pembuatan helmet sepeda berbahan komposit
p o Iyme r i c fo am y ang diperkuat serat Tandan Kosong KelapaSawit.
t2l
Wikipedia, Helm, (online),
http :,'',/id.w ikipedia. orgtwiki/Helm. diakses tanggal akses 25 Januari
2A15, puku123:05 WIB.
t3l
Sigit, Simulasi pembebanan impak pada helmet sepeda material komposit
busa polimer diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit.
t4l
Isroi, Pengolahan TKKS (Tandan Kelapa Sawit), (Online)
http://isroi.wordpress.cam/, diakses tanggal 5 Februari 2015, pukul
20:32 WIB.
15]
Suwandy, Analisa repon mekanik genteng komposit concrete foam
deperkuat serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) akibat beban
impak jatuh bebas.
16l
thinkbike, (online),
http l/thin gsbike. com/ensiklopedia/sej arah-desain-helm:
sepeda.html, diakses tanggal 25 februari2Al5, pukul20:15 WIB.
171 google, (online)
http://google. com/picture, diakses tanggal 2 5 februari 20 I 5, pukul
21 .00
t8]
wrB.
Sivertsen, K., Polymeric Foam., (online),
http : /iocw.
m i t.
e
du/cour s e s imat er i al s - s c ienc e -and-
engine er ing/ 3 0 6 3 -p olymer -phy s i cs
spr i ng0 A7 r'as s i gnment s/pa lymer ;foams.
pdf., diakses tanggal 29
februari 2A15, pukul20:20 WIB.
t9l
Wikipedia, Material komposit, (online),
http://id. wikipedia. org/wikiAvlaterial_Komposit, diakses tanggal
25 Februari2015, pukul 22:50 WIB.
63
[10] Hashim, J., Pemrosesan Bahan, Edisi pertama, Johor Bahru: Cetak Ratu
Sdn. Bhd.,2003.
t11] Nuryanto, E. Pemanfaatan Tandan Kosong
Kelapa Sawit Sebagai Sumber
Bahan Kimia. Warta PPKS : 137'144. 2444.
[12]
Isroi, Pengolahan TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit), (online),
ht tp
:
rlwww. isro iw ordpr es s. c o m, diakses tanggal 1 4 April 20 I 5,
pukul 2l:30 WIB.
[13]
Halliday and Resnick. (1991). Fi.sika Jilid I. Jakarta:Erlangga.
U4l
jusnita, Ketangguhan Retak Dinamik Bahan Komposit GFRP Untuk
Helmet Industri Disebabkan Beban Impak Menggunakan
MSC/hIASTRAN For Windows
64
BAB
3
METODE PENELITIAN
Metode yang dilakukan dalam penilitian
ini
adalah metode penelitian
simulasi, data diperoleh dengan menggunakan software ansys 11.5.
3.1.
Tempat dan Waktu
3.1.1. Tempat
Tempat penelitian dilakukan
di
laboratorimun pusat riset impak dan
keretakan departemen teknik mesin universitas sumatera utara, pelaksaan kegiatan
ini dapat dilix terperinci pada tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Kegiatan penelitian
No
Kegiatan
1
Pembuatan gambar
Lokasi Penelitian Keterangan
3D Lab. IFRC Unit I Pembuatan
model helmet sepeda.
model
dengan menggunakan
software solid work
2012.
2
simulasi helmer sepeda
Lab. IFRC
unit
I
simulasi
menggunakan
sofnttare AnsYs 14.5.
3.1.2. Waktu
Waktu pelaksanaan penelitian ini direncanakan selama 6 bulan dimulai
penelitian dari bulan november.
3.2.
Peralatan dan Bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini dapat
dilihat padatabel3.2.
27
Tabel 3.2.Peralatan dan bahan
No Nama alat dan bahan
I
Keterargan
Komputer
S oftw ar e s o I idw o r las 2A 12
Software Ansys 14.5
3.3.
Desain Helmet Sepeda
Penelitian ini dilakukan dengan membuat dua permodelan helmet sepeda
dengan menggunakan software solidworks 2012. Desain hemet sepeda dibuat
sederhana, struktur
&e
lmet sepedayang dijadikan objek penelitian memiliki dimensi
panjang 265mm, lebar 210mm, dan tinggi 145mm dengan ketebalan 20mm dan
lingkaran kepala 540mm.
3.3.1. Model lzelmet
Sepeda Dengan Tulang Lurus Kedepan
Desain helmet sepeda dengan tulang lurus kedepan dapat dilihat pada
gambar 3.1 berikut.
;s
i:
q-j
.m
:tt'
I
,J
i
i:;:
r$
#
E
F1
r
Gambar 3.1. Pandangan Desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lunrs
kedepan (lanjutan)
3.3.2. Model Helmet
Sepeda Dengan Tulang Lurus Kesamping
Desain helmet sepeda dengan tulang lurus kesamping dapat dilihat pada
gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2. Pandangan desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lurus
kesamping
29
Gambar 3.2.Pandangan desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lurus
kesamping (lanjutan)
3.4.
Metode Penelitian
3.4.1. Simulasi Impak Jatuh
Bebas MenggunakanAnsys 14.5
Simulasi impak jatuh bebas pada metode penelitian
ini
menggunakan
software Ansys 14.5. Ansys workbench adalah salah satu perangkat lunak berbasis
metode elemen hingga yang dipakai untuk menganalisa masalah-masalah rekayasa
{engineering).
Langkah simulasi aflsys workbench dilakukan dalam
3 golongan proses
pengerjaan yaitu Preprocessing, Solution, Post Processing. Untuk penjelasan
langkah langkah untuk simulasi ansys akan di terangkan sebagai berikut.
30
1.
Anqts workbench 14.5
Untuk memulai ansys bisa melalui dua langkah yaitu dari ikon shortcut dt
desktop atau melalui Start --* all Progranw --+ Ansys 14.5 --+ workbench
11.5_
2.
Setelah workbench 11.5 tertampil pada samping
kiri muncul toolbox lalu
pilih explicit dynamic pada analysis system dapat dilihat pada gambar 3.3
berikut
file Vierq TeElr Lhits Extenso$f,
Jttev* Jap*n.., #savr Ssaveas,.,
v$x
,
EI Analysis Systrru
ffi
Sesign A$s€s$rneflt
ffi
rtuid Fin,i,r'fxtr*sicn
(pulyflc*;i i
l
Gambar 3.3. Explicit $tnamics
J-
Lalu pada pr oj e c t s c h emat i c akan munc ul pr aj e c t exp I i c i t dynam
ic
s, seperti
gambar 3.4 berikut.
?
,
e
3
.t
5
$
gnqirceringsata ,.i'
/t
Uf Geomer'y i ,
$ ruoax -* .
setuo
Z' .
ffi Salutian ? ,
fifl
..,.:
E
7
Bxplicii Dynanrits
Gambar 3.4. Project schematic
4.
Pada project explicit dynamics terdapat step-step proses yang harus di
selesaikan secara pertahap dan berurut, tahap pertama yang harus
diselesaikan pada engine er ing data.
31
3.4.2.
Engineering Data
Pada penelitian
ini digunakan material baru yaitupolymeric
"foam dengan serbuk TKKS yang belum terdaftar pada ansys warkbench
sehingga kita perlu memasukan data materialnya ke engineering data.
Double klik pada enggineering data, kemudian menu engineering
data akan tertampil, pada"autline af schematicBZ ; engineering data,,
terdapat kotak bertuliskan "'click here to add a new ntateriat',klik pada
kotak lalu masukkan nama data material baru yang ingin kita
sinrulasikan, disini penulis memasukan nama material baru "polymer ic
rtto*
dengan serbuk
TKKS"
dapat
fu
dilihat pada gambar 3.5 berikut.
Sbuctrral Steel
ril
:ii
.11
. ".; * ,l
:il
Gambar 3.5. Data material baru
Lalu pada toolboxklikphysical Properties
---+
Density lalu masukan
nilai density pada"tabel ofproperties ro** 2: Density" yangmuncul di
sebelah kanan tentukan satuanya dibawah kolom B dapat dilihat pada
gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6. Data density
Kem udian pada
to o lb
ox khk
l i ne
ar
e
l as
ti
c -+
masukan nilai 'lnodulus young dan poisson's
i s ot r
op i c e l a s t i c i ry
ratio"
lalu
pada "tabel of"
3?
properties row 3: Isotropic elasticity" untuk modulus young tentukan
satuanya dibawah kolom B seperti pada gambar 3.7 berikut.
Gambar 3.7 . Data isotropic elasticigt
Setelah semua step dilakukan maka step pada enp;ineering
data selesai Kemudian kllkreturn to project maka akan kembali ke
menu project schematic dan akan muncul tanda checklist pada
engineering dara.
3.4.3.
Geametry
Pada menu geometri berfungsi sebagai tempat pembuataan
model yang akan disimulasikan pada ansys bisa langsung membuat
model yang akan disimulasikan langsung pada .software ansys dan bisa
juga mengimport model 3D yang akan disimulasikan langsung yang
telah di buat dengan software Iain seperti autocad, solidworks, catia dll.
Disini model 3D helmet dan anvile telah dibuat menggunakan
saftware solidworksjadi model di import langsung ke ansys dengan cara
klik kanan
pada geometry ---+ irnport geometry
--, brows, maka akan
tampil menu pencaianfi/e model helmet yang akan di import,pilihfile
---+
open seperti pada gambar 3.8 berikut
'f,ffi
; #
Saia .
,
,lG^*lf
lk6ffitry*
r -:-E
En-onesng
yMffi.
:
5 qkEo
9 iLj roLDc. 'l
: '$ n*;e
krt,rrti
'
lryl(Mny
.
r i]
fu0i!38
DabFrmfEi' l
TramfsktaTtB*; t
T'drsfe
updite
Reset
S
Lmoe
QJq* Heb
A.id
l!0te
i
Gambar 3.8. lmport geametry
33
Kemudian douhle
generate
-
klik
pada geometry, pada menu geometry krlk
close. Setelah semua srep dilakukan maka step pada
geometri selesai dan akan muncul tanda checklist pada geometri.
3.4.4.
Model I Ansys Mechanical
Pada rnenu model dilakukan simulasi helmet yang akan
diteliti dengan cara double klik pada model maka menu explicil
d!,namics akan tampil, pada outline di samping terdapat keterangan srep
yang harus di selesaikan secara berurutan.
Pertama pada outline pilih project --- model (A4)
*,
geometyy
terdapat dua body yaitu solid 1 dan salid z, klik kanan pada sotid yg
menunjukan anvile
di
keterangan gambar --+ renntne, ganti nama
meniadi anvile pada menu "details oJ'anvile"
di kiri
bawah pilih
definition --+ sti.ffness hehavior, untuk material -+ assignment plllh
structttral steel
se
rti pada gambar 3.9 berikut.
,.\
iilter llami
'
}elaihcf'Amilr
,.
-!l ": t
91nort
n
d
Suppeued
HutdtA4)
;
stifinsrsdrador
: *,$murntr
iu$ffi
llo
@l
Rt{tnnrt ft mptmture g tnlironrlmt
RtlrreNllraru
a&met
laltinlian
i
i-
ltatsiil
i,I f)n$ur(ilt
Aiqnmut
:
1+ Sounding8or
I
i'n**
L (l:lidift
ii
Shti$..i
!
Gambar 3.9. Details of anvile
kedua pada solidyang menujukkan keterangan helmet pada gambar
--+ rena?ne, garfii nama menjadi
di kiri bawah pillh definitiott
-i
Helmet pada menu "detuils of Helmet"
stffiess behavior tetap.flexible, pada
material -'+ tts s i gnment kllk kanan plllh po ly*ter
ic
fo arn dengan serbuk
tkks yang dimasukkan ke engineering data sebelumnya seperti pada
gambar 3.10 berikut.
34
I
r filter
tlant t
Cehd:
d
Helmel
i.i cn$li$
3:rl
I Si r"r.a
, :,- S &oaaGc)
i-
.,
r r ,$Geomert
ii rS L.*
I
I
' q$ rlehtt
j
:
Prop(li€g
oEtnxrn
Suppre,riri
jrrhrilBrhfuro,
(rir$nat!
}',km
-
;'
llfailtt (oordhat{
5yrt6m
FCil$Glamparrtu,c 3Ifmronor0t
Je#lrrcrrame
i
N0
ffif]
ligmtgiar
Irliteri$
l55r!nn.nt
l+ 8{urdi!q
hr
F-.t"--rffirl@l
-
Gambar 3.10. Detail of helmet
Setelah step diatas dilakukan maka pada step pada geometri selesai
dan akan muncul tanda cheeklist pada samping geometri.
Ketiga pada connections
---+
contacts
"details" di kiri bawah pada scope
--+
---+
contact region, pada menu
contac( klik pada gambar
keterangan di sebelah kanan bagian helmet yang terkena anvile
---+
ktik
apply, pada target, klik pada gambar keterangan di sebelah kanan bagian
anvile yang terkena helmet
--
apply, kemudian pada Definition
--+
type
pilih no sep{trcttion seperti pada gambar 3.11 berikut.
+.dir*
litrt,flffie,
+
DIrl
'Chtd
i:.{thodd(s)
1,,6M,
E
I
i
i$ftrk
rd
f&l
* .;, kd6t5,ie
]"&hdk
h:L cf 'lh :€cn, 6q . #M i ilr
nry
e
ldpinq Xdhod
Iilcdlsi!
ffin
toe
|ilffi,-1
uua.
F@iffioPd
flo
Gambar 3.11. Connections
35
setelah semua step diatas dilakukan step pada connections selesai dan
akan muncul tanda checklist pada connetion,s.
Keempat padamesh klik kanan --+ Generate mesh,pada meshtidak
ada pengaturan details di defoult sesuai standar ansys, setelah semua
step diatas selesai maka seluruh pengaturan di Model (a4) seperti pada
gambar 3.l2 berikut.
:l:: a::
:1
x .;-:ro jrdn,>s
{ "&rs
/ri r#ryffirr1}
_n'li( !a:rr ;,r{
ireh i.totn
fr
{
t{ tt.rr
i0 ia
---:::::l
Garnbar 3.12. Meslz
Kelirna menentukanvelacity helmet yang akan disimulasikan impak
jatuh bebas dengan cara pada praject
-*
explicit dyn*mics (A5) --+ p1iL
kanan initial conditions --+ insert -+ velocity, maka akan muncul menu
"detuils
o-f
velocily, pada scape -+ Ge"ometry pilih seluruh body helmet
kemudian definitian
*
dertne hy pilih companents maka akan mrurcul
di kolom bawah coordinate system masukan nilu veloclfi
sesuai arah
sumbu jatuhnya helmet seperti pada gambar 3.13 berikut.
llrtail!
I
Fiiter
r
dl
ft{r '
-:i .-j
pmiect
j
i
i
-l r^(ffidrultSttlanr!
rl ,$ cermr*
,ftr'r*l
E
,Eg [ry*ctDYlancs(A5)
l:r {EillitilasClnr
,-l.5*slonrl
.. ,'JleJJ
*
'!'ri.ilt
kd.P'
!irprfiq
tleiho{
6*cmetry Sf{rdion
i*r*rv Ii$S' Tf
l:
ii.: Sru*t{ll}
| .rr ,$ eeoretr
i
't
l-
+.
i
i
oettnition
lntlt
lype
Val3{it!
)iionpnnfll
t
lqmponill
/ irnrplnril
r
lupprrt!{,
Gambar 3.13. Details ofvelocity
35
Keenam menetukan analysis settings, pada menu analysis settings
masukan data end t.ime yang didapat dari hasil eksperimental impak
jatuh bebas, klik pada analysis settings maka akan muncul menu
"details of analysis settings" padastep control,c
-->
end time seperti pada
gambar 3.14
0erih
d pri.*
;:
1fr
:
. iro,
i- ttrpContsk
i Rrtumr
llumber ol (yclts
i
i tno nme
n**1m1
r&
{;.
i{ *ft
iir
irutsn !dtrng:'
l- Ensnil*ttirurpr*enrue
il i+
lilter ltane r
ri
eesnetl
F(om Cr,;{}i
Coordnate S,a$lerls
l,,laximum
conectitrx
, ,&M
- ---"--;
ftogrrrr iontrolled
:
0
!r.0?
{
E {MIxpfotrynimics(45}
I
,11
i,ritial conditoos
r
xh*a&*a&4i4dk+d
I'6ry89
i.-.
Gambar 3.14. Analysis setlings
Ketujuh menetukan fixed supporr, kegunaan fixed supportbertuiuaa
untuk mengunci bagian body sehingga menjadi tidak bergerak pada
simulasi anvile dikondisikan pada keadaan diam dengan klik kanan
explicit dynamics --+ insert
---
fixed support maka akan muncul menu
details of ftxed support pada scope
---+
geometry pilih semua bo$; dari
anvile seperti pada gambar 3.l5 berikut.
1 fxtalk d"ii:*C 5urpcrt'
0ilti:nc
:r d no*ttl+)
iI r& &omrur
E ,A Cmrdinate$ysteair
E ;fr fonnecuons
,i
r&
!k$\
{0S txdidt 0flrmics (As}
i!
i
n.,*$
iruidtortdtiom
/.j:1 ArirfrE SelElS
S,prl!-ixeo
Swport I
Gambar 3.15. Fixed support
Setelah semua step diatas dilakukan maka step pada explicit
dynamics (A5) telah di selesaikan selanjutnp Solution (A6) pada step
ini untuk memilih hasil apa saja yang akan dicari pada simulasi yang
dilakukan, klik kanan pada solution
---+
insert --- pilih eqivalent stress
37
untuk mencari tegangan pada helmef sepeda seperti pada gambar 3.16
berikut.
jrm* lu-,ri" Jl
Gambar 3.16. Solution
Kedelapan mengklik lkon solver pada toolbar dan proses simulasi
mulai dijalankan aleh ansys, proses simulasi ini berjalan sekitar
6
jam
hingga selesai. Setelah simulasi selesai maka hasil dari sirnulasi bisa
dilihat pada equivalent stress dan bisa dilihat tegangan maksimal yang
terjadi akibat impak jatuh bebas pada hasil simulasi. Pada penelitian
terdapat variable-variable penting yang meliputi sebagai berikut
1.
:
Variable terikat
Variable terikat adalah variable tetap dan akan berubah bila variable
bebas berubah, antara lain
:
a. Tegangan(o)
2.
Variable Bebas
Variable bebas adalah variabel yang
jika
mempengaruhi variable terikat, antara lain
a.
berubah maka akan
:
Kecepatan (v)
b. Massajenis (p)
c. Modulus elastisilas (E)
d. Poisson ratio {u)
38
3,5.
Iliagram Alir Penelitian
Diagram
alir
proses pada penelitian simulasi helmer sepeda dengan
menggunakan software atu\ys 14.5 dapatdilihat pada gambar 3.17 berikut.
M**rxtr;Mme*ffid
n*fu$danAr#ffi
_*
Ffu
ms# gdtr ,}S &6facef s@ {eqrr
mqtmafar sc$mm Saltdworfu 2Ot3
Stuhsi@uel
wxm*lfficmryrsJ{.$
H&**Eodd
t
I
lneUu *tr#M 3
ffikft
fdmilf;qgeM6t
ffid# I defi
rdmd*ry u* *ixoil&ri
tuffi& Minel
8n**d
S:t**@
Garnbar 3.17 Diagram alir penelitian
39
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1,
Pendahuluan
Pengujian simulasi impak jatuh bebas helmet sepeda babanpolymericfoam
diperkuat serbuk TKKS dengan menggunakan saftutare Ansys t 4.5 dllaporkan pada
bab
ini hasil dari perbandingan dua model helmet
4.2.
sepeda.
Hasil Pembuatan Helmet Sepeda
Dimulai dengan pembuatan model Helmet sepeda dengan menggunakan
sofnuare Solidworks 2012 yang dijadikan objek penelitian mempunyai dimensi
panjang 265 mm,lebar 210mm, dan tinggi 145 mm sedangkan massa helmet
berkisar diattara 300 s.d 400 gr pada gambar 4.l berikut.
ffi
i+fiiriiffi
1....i
: .i ::.
:l
a
ffiffi
tjrrtrcii
4iri,r.r.,n:l
(b)
Gambar 4.1. Model helmet sepeda (a) model 1, (b) model2
4A
4.3.
Metode Pengujian Penelitian
Metode Sirnulasi yang akan dilakukan pada penelitian ini ialah pembebanan
pada pengujian impak jatuh bebas yang diberikan pada tiga
dan belakang dari struklur helmet sepeda
ini
titik yaitu
atas, samping
dikarenakan bagian tersebut
merupakan bagian yang memiliki kemugkinan besar mengalami benturan saat
terj adinya kecelakaan.
Data hasil simulasi akan dibandingkan dengan hasil pengujian impakjatuh
bebas, pengujian impak jatuh bebas
kecepatan rendah, alat
ini
digolongkan pada pengujian impak
uji impak jatuh bebas menggunakan
sensor cahaya yang
diletakaan pada ketinggian 1,5 m. Ketinggian helmet sepeda yang diuji impak jatuh
bebas dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan{2.4).
Dengan asumsi bahwa kecepatan maksimum bersepeda 15 km/h dan
ketinggian rata-rata orang indonesia 1,6 m maka tinggi maksimum uji impak jatuh
bebas ialah 1.5 m.
Alat yang digunakan unfuk
mengukur beban impak jatuh
bebas
menggunakan laad celL Data yang diperoleh load cellberupa data analog kemudian
diubah oleh DAQ menjadi data digital.
4,4.
Simulasi Impak Menggunakan,4N^$f,S 74.5 Workbenclt
Pada penelitian ini menggunakan software ansys 11.-i untuk menganalisa
struktur helmet sepeda bahanpolymeric/bam diperkuat serbuk TKKS akibat beban
impak jatuh bebas. Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui besamya tegangan
yang diterima oleh helmet sepda. Selanjutnya hasil pengujian dibandingkan hasil
simulasi mana lebih baik diantara dua model helmet sepeda. Simulasi ini
memerlukan data- datayang telah diambil dari pengujian eksperimental adapun
datanya yang dibutuhkan meliputi
:
Massajenis
2. Modulus Young
3. Poissonratio
4. Kecepatan awal
5. Anvil Material
1.
6.
7.
: 192,56 kdm'
: 37,98 MPa
:0,403
. 5425 mm/s
: Structural steel
Kekakuan material
heknet
:/lexible
Kekakuan material
anvil
:
rigid
4t
4.5.
Simulasi Pembebanan Pada Sisi Atas llelmet Sepeda
Penelitian yang dilakukan pada Simulasi pada sisi atas helnzet sepeda
dengan ketinggian 1.5 meter dilakukan pada dua model helntet sepeda dengan
posisi jatuh helrret dapat dilihat pada gambar 4.2 berikut.
'i#-""''
.l t
Gambar 4.2. Posisi jatuh helmet sepeda bagian atas
4.5.1 Hasil Simulasi HelmerModel
1
Pada simulasi helmet modei 1 dengan tulang lurus kedepan dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.3 berikut.
n
i{i:*
11
L_tt.L
H
r.1811
&ll
n oaoq
h"l
l,BI2
H i:i*'
5 ffir'
o''o
il;n 4'o'"'
Gambar 4.3. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet
Pada gambar 4.3 hasil simulasi irnpakjatuh bebas pada sisi atas dapat dilihat
distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwa tegangan maksimum sebesar 2,227
MPa.
42
Distribusi tegangan pada sisi atas yang mengalami impak jatuh bebas juga
dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.4,4.5, dan 4.6 berikut.
Gambar 4.4. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi atas
Gambar 4.5. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi atas
Gambar 4.6. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi atas
Pada gambar
4.4,4.5,
dan
4.6 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh helmet
untuk sisi samping berkisar 0 - A,7 MPa dan sisi depan berkisar 0 - 0,2 MPa.
4.5.2 Hasil Simulasi
Helmer Model 2
Pada simulasi helmet model2 dengan tulang lurus kesamping dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.7 berikut.
43
_--Gambar 4.7. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet
Pada gambar 4.7 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi atas dapat dilihat
distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwa tegangan maksimum sebesar 2,267
MPa.
Distribusi tegangan pada sisi atas yang mengalami impak jatuh bebas juga
dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.9,4-g,dan 4.10 berikut.
Gambar 4.8. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi irnpak sisi atas
Gambar 4.9. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi atas
Gambar 4.10. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi atas
Pada gambar 4.8,4.9 dan4.10 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh
helmet untuk sisi samping berkisar a - a,7 Mpa dan sisi depan berkisar 0 * 0,2
MPa.
Pada simulasi impak jatuh bebas pada sisi atas helmet sepeda diperoleh
grafik perbandingan besaran nilai tegangan antara dua model helmet
sepeda
diperlihatkan pada gambar 4.11 berikut.
Grafik Waktu vs Tegangan
,$
:qn
. :i:.
7.,
ii,16
.:
, lil i{
.:.;allr r a;i:
,i$
a
cili
*
trt!
it.r.j:ta t.ii?:
I
I:.:
n
Fl:
i.!of
t:
a1;!
i.3a:t
Gambar 4.11. Grafik perbanding tegangan hasil simulasi sisi atas helmet sepeda
Dari grafik diperoleh pada waktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada
model 1 dan 2 yaitu 2,23 dan 2,27 lvwa kemudian mengalarni penurunan pada
waktu 0,0031 s pada model I dsn 2 yaitu 0,98 dan 1,48 Mpa kemudian pada waktu
0,0047 pada model
I dan 2 yaitu 0,16 dan 0,15 Mpa sehingga dapat ditarik
kesimpulan model 2 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model
4.6.
1.
Simulasi Pembebanan pada sisi sampinghelmet sepeda
Penelitian yang dilakukan Simulasi pada sisi sampin g helmet sepeda dengan
ketinggian 1,5 meter dilakukan pada dua model helmet sepeda dengan posisi jatuh
helmet dapat dilihat pada garnbar 4.12 berikut.
'l----!ii--
'"'''
f4
Garnbar 4. 12. posisi jatuh helmet sepeda bagian samping
Pada gambar 4.12 dapat dilihat posisi jatuh helmet sepeda te{adi pada
bagian samping mengenai anvile yang beradapadabawah helmet sepeda.
45
4.6.1. Hasil Simulasi Helmet Model I
Pada simulasi helmet model 1 dengan tulang lurus kedepan dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.13 berikut.
Gambar 4.13. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi samping helmet
Pada gambar 4.13 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping dapat
dilihat distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar
8,26 MPa.
Dishibusi tegangan pada sisi samping yang mengalami impak jatuh bebas
juga dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.14,4.15, dan4.16 berikut.
Gambar 4.14. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
samping
Gambar 4.15. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak
sisi samping kiri
46
Gambar 4.16. Distribusi teganganpada sisi belakang hasil simulasi impak sisi
samping
Pada gambat 4.14, 4.L5, dan 4.16 dapat diliat distribusi tegangan pada
seluruh helmet untulc sisi yang tidak terkena impak berwana biru yang tertera pada
kontur bernilai tegangan berkisar 0 - 0,9 Mpa.
4.6.2. Hasil Simulasi Helmet Model 2
Pada simulasi helmet model
2 dengantulang lurus kesamping
dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.17 berikut.
0[
100-00
(rhr
Gambar 4.17. Hasil distribusi --.-tegangan maksimum sisi samping helmet
Pada gambar 4.17 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping dapat
dilihat distribusi tegangan dari simulasi drdapat bahwa tegangan maksimum sebesar
2,38 MPa.
Distribusi tegangan pada sisi samping yang mengalami impak jatuh bebas
juga dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan, samping dan
belakang helmet secara berturut-turut pada gambar 4.18,4.r9, dan4.20 berikut.
Gambar 4.18. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
sampmg
Gambar 4.19. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak
sisi samping kiri
Gambar 4.20. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi irnpak sisi
samping
Pada gambar 4.18, 4.19, dan4.20 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh
helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0 0,5 Mpa.
Pada simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping helmet sepeda diperoleh
grafik perbandingan besaran nilai tegangan arrtara dua model helmet
diperlihatkan pada gambar 4.21 berikut.
sepeda
Grafik \ffaktu vs Tegangan
'::.
*
i.t:
I ",
li
.
rar
' :.
i],,*a,
. r.r,in i ii!:r!: ,r.:i:.ri :.xr"r. . r::i:
:r..:ir: :..:r:):i
rr
l:ii:
.:.rili! r,:r!l
* -'.",.'
.q
-,:i, .,", ,i
,',.
,., .
Gambar 4.21. Grafrk perbandingan tegangan hasil simulasi sisi samping helmet
Dari grafik diperoleh pada rvaktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada
model 1 dan 2 yaitu 8,26 dan 2,38 MPa kemudian mengalami penurunan pada
waktu 0,0031 s pada model
0,0047 pada model 1 dan
1 dsn
2
2 yaitu7,4l dan2,36 MPa kernudian pada waktu
yartu 5,69 dan 1,66 MPa sehingga dapat ditarik
kesimpulan model 1 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model 2.
Perbedaan yang tinggi disebabkan simulasi area helmer akibat impak jatuh
bebas model
1
mengenai tulang samping yang
kecil luas permungkaannya
mengakibatkan luas permungkaan kecil dan hasil tegangan yang di peroleh tunggr
dibandingkan pada model
2
yang mengenai tulang yang lebih
luas
permungkaannya.
4.7.
Simulasi Pembebanan Pada Sisi BelakangHelmet Sepeda
Penelitian yang dilakukan Simulasi pada sisi helakang helmet sepeda
dengan ketinggian 1,5 meter dilakukan pada dua model helmet sepeda dengan
posisijatuh helmet dapat dilihat pada gambar 4.22 berikut.
l+.-lH-
-
t{l'"*"
/.\
,
Gambar 4.22. posisi jatuh helmet sepeda bagian belakang
49
4.7.1. Hasil Simulasi Helmer Model
Pada simulasi helmet model
I
I
dengan tulang lurus kedepan dengan data-
data yang diperoleh eksperimental maka diperoleh tegangan maksimum seperti
pada gambar 4.23 berikut.
!'ll-:::-3'm{nm)
Gambar 4.23. Hasil distribusi tegangan sisi belakang helmet
Pada gambar 4.23 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi belakang dapat
dilihx distribusi tegangan dari simulasi
didapat bahwategangan maksimum sebesar
1,997 MPa. Distribusi tegangan pada sisi belakang yang mengalami impak jatuh
bebas juga dapat diamati distribusi tegangan yang terjadi pada sisi depan dan
samping helmet secara berturut-turut pada gambar 4.24, dan 4.25 berikut.
Gambar 4.24.Di$nbusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
belakang
Gambar 4.25. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak
sisi belakang
50
Pada gambar 4,24 dan 4.25 dapat diliat distribusi tegangatpada seluruh
helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0 - 0,4 MPa
4.7.2. Hasil Simulasi Helmer Model 2
Pada simulasi helmet model
2 dengantulang lurus kesamping dengan data-
data yang diperoleh dari eksperimental maka diperoleh tegangan seperti pada
gambar 4.26 berikut.
0,00
!80,00 (mm)
Gambar 4.26.Hasil distribusi tegangan maksimum sisi belakanghelmet
--.-_]
Pada gambar 4.26 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi belakang dapat
dilihat distribusi tegangan dari sirnulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar
1,65 MPa.
Distribusi tegangan pada sisi belakang yang mengalami impak jatuh bebas
juga dapat diamati distribusi tegangan yang tedadi pada sisi depan dan samping
helmet secara berturut-turut pada gambar 4.27 dan4.28 berikut.
Gambar 4.27.Distibusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi
belakang
5L
Gambar 4.28. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi
belakang
Pada gambar 4.27 dan 4.28 dapat diliat distribusi tegangan pada seluruh
helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0 * 0,4 Mpa
Pada simulasi impakjatuh bebas pada sisi belakanghelmet sepeda diperoleh
grafik perbandingan besaran nilai tegangan antara dua model helmet
sepeda
diperlihatkan pada gambar 4.29 berik*.
Grafik \Maktu vs Tegangan
i aitii
r.::it1r
ir.all,r:
lir
Gambar 4.29. Graftk perbandingn tegangan hasil simulasi sisi belakang helmet
Dari grafik diperoleh pada waktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada
model 1 dan2 yaitu 1,99 MPa dan 1,65 MPa kemudian mengalami penurunan pada
waktu 0,0031 s pada model 1 dsn 2 yaitu0,62 MPa dan 1.21 Mpa kemudian pada
waktu A,0047 pada model 1 dan 2 yaitu 0,38 MPa dan 0,68 MPa sehingga dapat
ditarik kesimpulan model 1 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model
2.
52
4,8.
Kumpulan dan Perbandingan Data Hasil Simulasi pengujian
Dari hasil simulasi ansys workbench 14.5 akrbatimpakjatuh bebas diatas
bisa dilihat perbandingan mana yang lebih baik diantara kedua model helmer
sepeda dapat dirangkum seperti pada tabel 4.1
berikut
:
Tabel 4.1. Hasil simulasi impak jatuh bebas
1
Model2
(MPa)
Max (MPa)
Model
Pengujian
Max
Atas
ffi"ffi,,'
sampingffi-"ffi"Berakangffi'-ffi"'
Dari tabel 4.1 hasil pengujian menggunakan simulasi impak jatuh bebas
diperoleh kesimpulan bahwa tegangan maksimum pada helmet model
1
lebih tinggi
dengan hasil sisi atas 2,23 MPa, sisi samping 8,26 MPa, dan sisi belakang 1,991
MPa sehingga dipilih helmet 1. selanjutrya dilakukan pengujian eksperimental
Impak jatuh bebas lebih lanjut.
4.9.
Kumpulan Ilata Hasil Pengujian Jatuh Bebas Secara Eksperimental
4.9.1.'Pengujian Pada Sisi Atas Helmer Sepeda
Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi atas helmet sepeda ketinggian
1,5 meter diperoleh datarata-rata sebagai berikut.
53
a.
b.
Luas area impak rutaqata:285,69 mmz
c.
Tegangan
Besar
gayarata-rata
rata-rata
:318,13 N
:
1,12 MPa
Tabel4.2. Hasil pengujian sisi atas helmet sepeda impak jatuh bebas
ketinggian 1,5 m
Area Luas area Gaya Tegangan Keterangan
Impak impak Pengujian
o (Mpa)
A
(mm2) r N)
AtasAl ,s,ti,,6t 3ls,l3
I,l3
Retak
Atas
A2 285,69 309,3 1,08
Retak
Atas
A3 285,69 326,96 l,l4
Retak
4.9.2- Pengujian
Pada Sisi Samping Helmet Sepeda
Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi samping helmet sepeda
ketinggian 1,5 meter diperoleh datarat*rata sebagai berikut.
a.
b.
Luas area impak rrta-rata:226,27 mmz
c.
Tegangan
Besar
gayaruta-rata
: 220,95
N
rata-rata : 0,98 MPa
Tabel 4.3. Hasil pengujian sisi samping helrnet sepeda impakiatuh bebas
ketinggian 1,5 m
Area
Impak
area Gaya
impak Pengujian
Luas
A
(mmz) rim
--
-
Tegangan Keterangan
o (MPa)
samping
ni ---rn:di
Samping
B2 227,65 229,75 1,009
Pecah
Samping
83 223,51 229,84 1,A28
Pecah
i0;i,i6
- o,s0g
netar.
4.9.3. Pengujian
Pada Sisi Belakang Helmet Sepeda
Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi atas helmet sepeda ketinggian
1,5 meter diperoleh datarata-rata sebagai berikut.
a.
b.
Besar
gayarata