Simulasi Dinamik Stik Golf Wilson Menggunakan Software Ansys 14.0

SIMULASI DINAMIK STIK GOLF WILSON MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.0

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

AHMAD FAIZ RAMADHAN HASIBUAN 070401003

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara..

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Terimakasih saya ucapkan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Orang tua saya tercinta dan adik-adik saya yang tersayang, yang telah banyak berperan memberikan bantuan moril maupun materil selama perkuliahan sampai penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Prof.Dr.Ir Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya tugas akhir ini.

3. Departemen Teknik Mesin FT USU serta seluruh staf pengajar, tempat saya menimba ilmu.

4. Bapak/ibu mahasiswa s2 MTM FT USU yang sudah banyak membantu dalam penyelesain tugas akhir ini.

5. Rekan-rekan mahasiswa DTM FT USU khususnya stambuk 2007 yang selalu memberikan dukungan kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini. Penulis menerima kritik dan saran untuk kesempurnaan ke depannya. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Februari 2013

ABSTRAK

Stik golf Wilson selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk) dan patah. Untuk itu peneliti ingin mengetahui penyebab dari kerusakan yang terjadi, dengan cara mensimulasikan menggunakan software ansys 14.0. Tujuan penelitian ini adalah mensimulasikan stik golf wood Wilson yang mengalami beban dinamik dengan menggunakan

software ansys 14.0 untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf. Metode yang dilakukan adalah setelah melakukan simulasi dengan menggunakan software ansys 14.0, diambil beberapa sampel untuk mengetahui distribusi teganan. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood

diperoleh tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tegangan besar inilah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.

Kata kunci: stik golf wilson, tegangan, dan ansys 14.0.

ABSTRACT

Wilson golf clubs have always suffered damage to the stem sticks. The damage is deformation (change in shape) and broken. The researchers wanted to find out the cause of the damage, by simulating using ansys 14.0 software. The purpose of this study is to simulate wood golf club Wilson is experiencing dynamic loads using ansys 14.0 software to determine the stress distribution (response) at a golf club after impact and determine the cause of damage to the golf club. The method is performed after performing simulations using ansys 14.0 software, a sample was taken to determine the distribution of tension was. From the simulation results on the club face golf club wood obtained maximum stress is located at the top of the connection between the rod sticks bat. Based on simulation results, obtained the largest stress value, 1.5866 Gpa, occur on the trunk sticks, large stress that causes damage to the sticks, if this voltage occurs repeatedly.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ……….. i

ABSTRAK ……… ii

DAFTAR ISI ………. iii

DAFTAR TABEL ………. v

DAFTAR GAMBAR ……… vi

DAFTAR NOTASI... ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……… 1

1.2 Batasan Masalah ………. 2

1.3 Tujuan Penelitian ……… 2

1.4 Manfaat Penelitian ……….. 3

1.5 Sistematika Penelitian ………. 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stik Golf ……….. 5

2.1.1 Istilah-istilah Dalam Permainan Golf ... 6

2.1.2 Wood ..... 7

2.1.3 Iron... 8

2.1.4 Putter... 9

2.1.5 Mekanika Ayunan Stik Golf ... 10

2.1.6 Data Primer Permainan Golf ... 11

2.1.7 Pemodelan Ayunan Stik ... 11

2.2 Material Stik Golf ……… 13

2.2.1 Grafit ...... 13

2.2.2 Titanium ... 14

2.3 Pengujian Stik Golf ……….. 16

2.4.1. Sifat Mekanik ... 17

2.4.2. Sifat Fisik ... 19

2.4.3. Sifat Teknologi ... 19

2.4.4 Kekerasan... 19

2.4.5 Uji Tarik... 20

2.4.6 Kekuatan Tarik... 21

2.4.7 Kekuatan Luluh... 22

2.4.8 Keuletan... 24

2.4.9 Modulus Elastisitas ( E )... 25

2.4.10Kelentingan (Resilience)...... 25

2.4.11 Ketangguhan (Toughness) ... 25

2.4.12 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya... 26

2.5 Ayunan Bandul Sederhana ………... 27

BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ……… 29

3.2 Material Yang Digunakan ………. 29

3.3 Desain Stik Golf Wood Wilson... 29

3.4 Metode Penelitian ………. 31

3.4.1 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf Wilson... 31

3.4.1.1 Simulasi ... 31

3.4.1.2 Mendapatkan Distribusi Tegangan Pada Permukaan Stik Golf... 40

3.4.2 Mengetahui Penyebab Kerusakan pada stik golf... 40

3.5 Diagram Alir Penelitian ..………. 40

BAB 4 HASIL DAN ANALISA 4.1 Pemodelan Stik Golf Wood Wilson ………. 42

4.2.2 Hasil Simulasi... 45

4.2.3 Ditribusi Tegangan Pada Stik Golf... 48

4.2.4 Perhitungan Momen Pada Kepala Pemukul Stik... 51

4.2.5 Kesetimbangan Momentum... 52

4.2.6 Momen kopel... 52

4.3. Penyebab Kerusakan yang terjadi Pada Stik Golf Wilson... 54

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan …... 55

5.2 Saran ……….. 55

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakterisktik Mekanik Grafit ……….. 14

Tabel 2.2 Karakterisktik Mekanik Titanium ………. 15

Tabel 4.1 Nilai Tegangan Selama Pengimpakan ……….. 47

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Stik Golf Wood ………. 5

Gambar 2.2 Stik golf wood ……….. 8

Gambar 2.3 Stik iron 3-9……….. 9

Gambar 2.4 Stik putter ……… 9

Gambar 2.5 mekanika ayunan stik golf ………. 10

Gambar 2.6 Pemodelan Ayunan Pukulan ……… 12

Gambar 2.7 Model ganda pendulum dari ayunan golf, (a) pada awal downswing,(b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan klub dan (d) pada dampak………. 13

Gambar 2.8 Gerakan pendulum ganda yang berayun ... 15

Gambar 2.9 Diagram benda bebas pendulum ganda yang berayun ... 15

Gambar 2.10 Posisi dua link pada dampak dalam kasus backswing berkurang... 18

Gambar 2.11 Pemodelan pendulum ganda saat downswing Jorgensen ... 19

Gambar 2.12 Evolusi dari energi kinetik dari dua link dalam model ayunan pendulum ganda. Diadaptasi dari angka 5,1 di Jorgensen (1994)…. 20 Gambar 2.13Kurva Tegangan Regangan teknik (σ - ε) ... 28

Gambar 2.14Kurva tegangan regangan yang mengindikasikan kriteria luluh... 30

Gambar 2.15Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknik... 33

Gambar 2.16 Gerakan bandul sederhana……….. 34

Gambar 3.1 kepala stik ( a ), pegangan stik ( b ), batang stik ( c )………... 37

Gambar 3.2 Stik golf yang sudah di gabungkan………...……… 38

Gambar.3.3 Jendela utama ansys……….. 39

Gambar 3.4 jendela engineering data Ansys 14.0………. 39

Gambar 3.5 geometry yang di input dari inventor……… 40

Gambar 3.6 Jendela ansys, memasukkan material pada setiap komponen…….. 40

Gambar 3.8 (a) nilai kecepatan, (b) pengaturan analisa, (c) penentuan fixed

support ………. 41

Gambar 3.9 menentukan variable yang akan disimulasikan………. 43

Gambar 3.10 Diagram alir penelitian……… 45

Gambar 4.1 Kepala stik (a) pegangan stik (b) batang stik(c) ... 46

Gambar 4.2 Geometry stik golf redesain setelah dieksport ke ansys 14.0……… 47

Gambar 4.3 arah vektor ... 48

Gambar 4.4 (a)Hasil simulasi tegangan, (b)tegangan maksimum………. 50

Gambar 4.5 Grafik antara nilai tegangan dan waktu impak……….. 52

Gambar 4.6 Sampel elemen pada (a) batang dan (b) kepala stik……….. 53

DAFTAR NOTASI

θ sudut rilis

σ tegangan pascal

ρ massa jenis kg/m2

A luas penampang m2

a percepatan m/s2

B modulus bulk

Ek energi kinetik Joule

Ep energi potensial Joule

F gaya Newton

g percepatan gravitasi m/s2

L panjang m

m massa kg

M momen kopel Nm

P momentum Kgm/s

r jari-jari m

S modulus geser

t waktu detik

Y modulus young

v kecepatan m/s

ABSTRAK

Stik golf Wilson selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk) dan patah. Untuk itu peneliti ingin mengetahui penyebab dari kerusakan yang terjadi, dengan cara mensimulasikan menggunakan software ansys 14.0. Tujuan penelitian ini adalah mensimulasikan stik golf wood Wilson yang mengalami beban dinamik dengan menggunakan

software ansys 14.0 untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf. Metode yang dilakukan adalah setelah melakukan simulasi dengan menggunakan software ansys 14.0, diambil beberapa sampel untuk mengetahui distribusi teganan. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood

diperoleh tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tegangan besar inilah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.

Kata kunci: stik golf wilson, tegangan, dan ansys 14.0.

ABSTRACT

Wilson golf clubs have always suffered damage to the stem sticks. The damage is deformation (change in shape) and broken. The researchers wanted to find out the cause of the damage, by simulating using ansys 14.0 software. The purpose of this study is to simulate wood golf club Wilson is experiencing dynamic loads using ansys 14.0 software to determine the stress distribution (response) at a golf club after impact and determine the cause of damage to the golf club. The method is performed after performing simulations using ansys 14.0 software, a sample was taken to determine the distribution of tension was. From the simulation results on the club face golf club wood obtained maximum stress is located at the top of the connection between the rod sticks bat. Based on simulation results, obtained the largest stress value, 1.5866 Gpa, occur on the trunk sticks, large stress that causes damage to the sticks, if this voltage occurs repeatedly.

BAB 1 PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas gambaran penelitian yang akan dilakukan, mulai dari latar belakang, batasan masalah, tujuan, manfaat penelitian dan sitematika penulisan.

1.1Latar Belakang

Peralatan golf terus berkembang sesuai kemajuan teknologi. Di awal perkembangannya, kayu kayu

Sementara itu pada akhir

2012).

mulai mencoba membuat tangkai stik dari

Pangeran Wales menggunakannya di St Andrews pada tahun 1929. Setelah memenangi sebagai pegolf pertama yang memenangi turnamen utama dengan stik bertangkai baja (Wikipedia, 2012).

Pada awal 1970-an, tangkai baja digantikan dengan tangkai

dariwood pertama dari logam dibuat pada awal

1980-an, dan perlahan-lahan logam dipakai menggantikan kayu karena logam lebih tahan lama. Stik golf produk teknologi mutakhir menggunakan tangkai dari grafit dan kepala stik dari

titanium, kepala stik dapat dibuat cukup besar tapi tidak menjadi berat, (Wikipedia, 2012).

Umumnya pemain golf hanya mengetahui teknik bermain, tanpa mengetahui respon yang terjadi pada stik golf, pada saat bola di pukul. Oleh karena itu, pada penelitian ini, peneliti akan menganalisa respon stik yang terjadi.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah penelitian ini adalah stik golf standar (Wilson) selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk) dan patah. Untuk itu peneliti ingin mengetahui penyebab dari kerusakan yang terjadi, dengan cara mensimulasikan menggunakan software ansys 14.0.

1.3Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini dibagi menjadi 2, yaitu tujuan umum dan tujuan khusus.

1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mensimulasikan stik golf

wood Wilson yang mengalami beban dinamik dengan menggunakan software ansys 14.0.

1.3.2. Tujuan Khusus

1. Mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan.

2. Mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah:

1. Menambah wawasan bagi mahasiswa dalam penggunaan software ansys 14.0.

2. Memberikan informasi kepada industri dalam pembuatan produk.

3. Memberikan informasi kepada pengguna olahraga golf, dalam pemilihan stik golf wood.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari lima bab dengan rincian:

BAB I : PENDAHULUAN

Memberikan gambaran menyeluruh mengenai penelitian ini.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan landasan teori dan literature yang berkaitan.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Menjelaskan metode penelitian yang dilakukan.

Penyajian hasil desain, simulasi dan analisis yang diperoleh.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Jawaban dari tujuan penelitian

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini akan disajikan landasan teori dan literatur yang berkaitan, yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini.

2.1 Stik Golf

Pada dasarnya ada tiga jenis stik golf, yaitu wood, iron dan putter. Setiap stik golf dirancang untuk jenis pukulan dengan jarak tertentu. Ada pun bagian-bagian stik golf dapat kita lihat pada gambar 2.1.

Pegangan stik

Tangkai stik

Gambar 2.1 stik golf wood

2.1.1 Istilah-istilah Dalam Permainan Golf

Sebagai awalan untuk mengenal golf, harus mengetahui beberapa istilah yang biasa digunakan dalam permainan golf. Berikut ini akan diterangkan beberapa istilah dalam permainan golf.

1. Golf course adalah lapangan golf

2. Tee shot adalah pukulan pertama dari teeing ground. Tee shot biasanya dilakukan dengan menggunakan driver (misalnya 1-wood) untuk hole yang panjang atau iron pada hole yang lebih pendek.

3. Fairway shot, di mana stik golf jenis iron atau wedge biasa digunakan untuk melakukan pukulan ini.

4. Bunker shot. Pukulan ini dilakukan jika bola mendarat di atas bunker. Pukulan ini biasanya menggunakan sand wedge.

5. Punch atau knockdown adalah pukulan rendah yang dilakukan untuk menghindari cabang pohon atau angin yang kuat di atas.

6. Putting adalah pukulan yang dilakukan di atas green dan menggunakan putter dan bagi sebagian besar pegolf merupakan pukulan tersulit.

7. Teeing ground adalah tempat mulai pukulan pertama.

8. Grass adalah daerah sekitar lubang tempat bola masuk.

9. Hole atau cup adalah lubang tempat bola masuk, selalu berada di grass dan harus berdiameter 108 mm (4.25 in.)

11.Approach shot adalah pukulan yang dilakukan untuk mendekatkan bola ke green. Pukulan ini biasanya dilakukan pada jarak yang sedang atau dekat. Tipe approach shot terdiri dari 3 jenis:

a. Pitch adalah approach shot yang menerbangkan bola ke atas green atau dekat green. Pitch shot biasa dilakukan dengan menggunakan iron 6 hingga lob wedge.

b. Flop adalah approach shot yang lebih tinggi lagi dan langsung berhenti sesaat setelah menghantam tanah. Pukulan ini dilakukan ketika pemain harus menghadapi rintangan untuk mencapaigreen. Flop biasa dilakukan dengan menggunakan stik golf sand wedge atau lob wedge.

c. Chip adalah approach shot yang rendah ketika bola terbang rendah dan kemudian bergulir mengarah ke green.

12.Fairway adalah rumput tempat mendarat, dipotong pendek sehingga bola mudah untuk dipukul.

13. Rough adalah daerah yang rumputnya lebih panjang daripada di fairway

sehingga bola sulit untuk dipukul.

14.Hazards adalah rintangan, water hazards seperti sungai, danau dan bunkers yang merupakan suatu cekungan berisi pasir.

15.Par adalah jumlah pukulan maksimum yang harus dipenuhi para golfer di setiap hole, dalam golf biasanya suatu hole memiliki par 3, 4 atau 5.

(sumber: Wikipedia, 2013)

Wood adalah stik panjang dengan tiang kecil yang digunakan untuk jarak yang lebih jauh. Stik wood terbagi jadi tiga nomor dan sesuai dengan jarak pukulannya. Produsen saat ini hanya menggunakan stik yang terbuat dari material grafit untuk tangkai dan material titanium untuk kepala stik.

Wood biasanya terdiri dari driver dan tangkai wood. Untuk lebih jelasnya stik wood ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Stik golf wood.

Stik iron biasanya digunakan untuk jarak pendek. Stik iron biasanya terdiri dari 3-9 iron untuk wedge pasir dan wedge pitching. Stik iron di rancang untuk pukulan jarak pendek. Untuk lebih jelasnya stik iron ditunjukkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Stik iron 3-9.

2.1.4 Putter

Stik putter digunakan di green dan finishing hole. Pada dasarnya, putter

digunakan untuk memasukan bola ke dalam lubang. Untuk lebih jelasnya stik

Gambar 2.4 Stik putter.

2.1.5 Mekanika Ayunan Stik Golf

Gerakan ayunan stik golf yang tepat, memiliki dampak yang besar pada permainan golf. Ayunan stik golf memiliki mekanika fisika tertulis dan merupakan contoh yang bagus dari sudut gerak. Ayunan memutar menghasilkan torsi pada stik. Hal ini memaksa perubahan torsi kecepatan sudut stik, menyebabkan rotasi, sehingga kunci untuk mendapat pukulan bola yang jauh terletak pada kecepatan kepala stik dan pada bola akan mengalami impak geser. Semakin cepat kepala stik diayun, maka semakin besar jumlah energi kinetik yang akan ditransfer dari kepala ke bola karena energi kinetik sebanding dengan massa dari kepala dan kuadrat kecepatannya. Pada Gambar 2.5 kita dapat melihat lintasan pukulan stik golf wood (driver) (a), lintasan pukulan stik golf iron 6 (b), dan lintasan pukulan stik golf putter(c).

(a)

(b)

Gambar 2.5 (a) lintasan pukulan stik golf wood, (b) lintasan pukulan stik golf iron

(c)

Gambar 2.5 ( (c) lintasan pukulan stik golf putter.

Kecepatan bola golf lebih tinggi dari pada kecepatan kepala stik pada saat impak. Cochran dan Stobbs (1968) melaporkan bahwa pegolf dunia mempunyai kecepatan kepala stik 272,2 m/s. Kecepatan ini sama dengan 160,9 km/h. Kecepatan bola selanjutnya adalah 362 m/s. Perbedaan kecepatan ini diakibatkan karena massa bola yang lebih kecil. Fakta menunjukkan bahwa bola menjadi rata permukaannya pada saat impak, dan selama waktu 0,0005 detik (500 µs) kontak dengan bola elastis yang lepas dari kepala stik. Waktu impak hampir sama untuk seluruh pukulan, bahkan untuk putting.

2.1.7 Pemodelan Ayunan Stik

Pada gambar 2.6, ditunjukkan gerakan dalam permainan golf, dimulai dari

backswing sampai pada downswing oleh pegolf professional. Pemodelan yang digunakan untuk menganalisis gerakan ini didasarkan pada pendulum ganda.

(c) (d)

Gambar 2.6 pemodelan ayunan pukulan (a) pada awal downswing, (b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan club dan (d) pada saat terjadi impak

Dasar untuk model pendulum ganda berasal dari praktek modern, yaitu menjaga lengan kiri (untuk pegolf tangan kanan) lurus selama ayunan ke bawah. Gerakan lengan dan stik selama melakukan ayunan stik dapat di lihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Model ganda pendulum dari ayunan golf, (a) pada awal downswing, (b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan club dan (d) pada saat terjadi impak..

Dengan asumsi, di mana batang dan gagang pada massa tertentu diabaikan, nilai massa dari kepala stik akan menjadi acuan pehitungan gaya dorong.

m = ρ x V (2.1)

Nilai gaya dorong (F) stik dapat diperoleh dari perhitungan massa (m) dikali dengan percepatan (a). Dapat dihitung dengan persamaan:

F = m x a (2.2)

2.2 Material Stik Golf

Pada saat ini, material yang sedang dikembangkan untuk membuat stik golf adalah karet untuk pegangan stik, grafit untuk tangkai stik dan titanium untuk kepala stik.

2.2.1 Grafit

Grafit adalah suatu modifikasi dari karbon dengan sifat yang mirip logam (pengantar panas dan listrik yang baik). Di samping tidak cukup padat, grafit tidak terdapat dalam jumlah bayak di alam. Pembuatan: grafit alam atau grafit yang di buat dari kokas di perkecil ukurannya, dicampur dengan ter atau resin sintetik, kemudian dipanaskan sehingga membentuk padatan(sintering)dalam 105 cetakan. Pemanasan yang dilakukan sekali lagi sampai temperatur 3000oC akan menghasilkan lebih banyak grafit(grafit elektro).

Sifat grafit adalah pengantar listrik dan panas yang cukup baik tetapi bersifat rapuh. Grafit merupakan konduktor listrik yang bisa digunakan sebagai material elekroda pada sebuah lampu listrik (Rukihati, 1986). Ditinjau dari segi ketahanan terhadap korosi, grafit merupakan bahan yang bidang penggunaannya sangat luas. Bahan tersebut tahan terhadap semua asam dan sebagian besar basa

hingga di atas 100oC

Data mekanik dari grafit bisa dilihat dari tabel 2.1.

Tabel 2.1 Karakteristik mekanik grafit

Sifat mekanik Besaran Satuan

Kekuatan tarik 2 Kgf/mm2

Massa jenis 2,2 Kg/dm3

Kekerasan 1 HB

Sumber

2.2.2 Titanium

Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel priodik yang memiliki simbol Ti dan nomor 22. Dia merupakan logam transisi yang kuat, ringan,berkilau, tahan korosi. Titanium dihargai lebih mahal dari emas karena sifat-sifatnya.

Ada dua bentuk alotropidan lima isotop alami dari unsur ini; Ti-46, Ti-50, dengan Ti-48 yang paling bayak terdapat di alam (73,8%). Sifat titanium mirip dengan zirkonium secara kimia maupun fisika (Wikipedia, 2012).

Data mekanik titanium dapat dilihat dari tabel 2.2.

Tabel 2.2 karakteristik mekanik titanium

Sifat mekanik Besaran Satuan

Modulus young 116 Gpa

Massa jenis 4.506 g/cm3

Kekuatan tarik 44 Gpa

Sumber:Wikipedia, 2012 Keuntungan titanium, sebagai berikut:

1. Salah satu karakteristik titanium yang paling terkenal adalah dia sama kuat dengan baja tapi hanya 60% dari berat baja.

2. Kekuatan lelah (fatigue strength) yang lebih tinggi dari pada paduan aluminium.

3. Tahan suhu tinggi. Ketika temperatur pemakaian melebihi 150oC maka dibutuhkan titanium karena aluminium akan kehilangan kekuatannya secara nyata.

4. Tahan korosi. Ketahanan korosi titanium lebih tinggi dari pada aluminium dan baja.

5. Dengan rasio berat- kekuatan yang lebih rendah daripada aluminium, maka komponen yang terbuat dari titanium membutuhkan ruang yang lebih sedikit di bandingkan aluminium (campbell, 2006)

Pengujian club dianjurkan untuk menjaga kualitas terhadap pesaing di pasar yang sama dengan produk anda. Panjang dan berat ayunan juga harus dipertimbangkan. Pengujian terdiri dari membandingkan club dengan menekan masing-masing pada kaki, pusat dan tumit club. Off data hit center memberikan informasi mengenai hilangnya jarak dan akurasi. Selain itu, data ini dapat memberikan informasi tentang bobot dari club dan efek gigi nya.

Pengujian poros merupakan bagian penting dari pengujian bobot. Melalui pengujian poros, klien dapat membandingkan manfaat dari berbagai jenis bahan.

Berikut ini adalah daftar program untuk pengujian poros:

a. Tip Prosedur Untuk Lintasan Optimal

Bentuk pengujian ini digunakan untuk menentukan dengan tepat bagaimana poros harus berujung untuk mengoptimalkan lintasan.

b. Jarak Karakteristik

Dengan pengujian club pada kecepatan yang berbeda klien akan dapat melihat hubungan antara karakteristik lentur dari poros dan pola jarak pada kecepatan yang ditetapkan. Ini akan memungkinkan anda untuk menentukan panjang dari sebuah club didasarkan pada poros.

c. Karakteristik Dispersi

Dengan pengujian club pada kecepatan yang berbeda klien akan dapat melihat hubungan antara karakteristik torsi poros dan pola dispersi pada kecepatan yang ditetapkan. Ini akan memungkinkan anda untuk menentukan akurasi dari

d. Jarak vs Kecepatan

Kedua grafit dan poros baja memiliki rentang kecepatan di mana mereka mencapai jarak optimal dan dispersi dalam kaitannya dengan kepala

club. Kecepatan pengujian akan mengevaluasi kinerja poros ini pada berbagai kecepatan untuk mengoptimalkan club untuk berbagai kecepatan.

Untuk menguji poros dianjurkan bahwa kepala yang sama dapat digunakan pada semua club diuji. Kepala ini, dan club, harus diperiksa untuk loft mereka, lie, panjang, berat, tonjolan, dan roll. Dengan cara itu anda telah mengisolasi poros sebagai variabel yang anda periksa. Setelah ini dicapai kita dapat mengevaluasi poros berdasarkan jarak (panjang), dispersi (akurasi), lintasan, dan kecepatan kepala club.

2.4 Sifat – Sifat Material

Secara garis besar, material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya, pada bidang teknik mesin umumnya sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat-sifat itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah sifat mekanik, sifat fisik, dan sifat teknologi.

2.4.1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Perbedaan antara

keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu.

Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujian mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructive test), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan keadaan dari material tersebut.

Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau spesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran, kemampuan mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak, kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya.

Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:

1. Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi persatuan luas. 2. Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.

3. Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.

4. Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau kemampuan material untuk menahan deformasi.

5. Kekuatan luluh yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis.

6. Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula.

7. Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.

8. Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi perpatahan. 9. Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal akibat

penetrasi pada permukaan. 2.4.2. Sifat Fisik

Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain : temperatur cair, konduktivitas panas dan panas spesifik.

Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat mekanik dapat diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan material bahkan penemuan material baru.

2.4.3. Sifat Teknologi

Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las, sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu bentuk. Sifat material terdiri dari sifat mekanik yang merupakan sifat material terhadap pengaruh yang berasal dari luar serta sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang

2.4.4 Kekerasan

Kekerasan adalah ukuran ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis lokal. Nilai kekerasan tersebut dihitung hanya pada tempat dilakukannya pengujian tersebut (lokal), sedangkan pada tempat lain bisa jadi kekerasan suatu material berbeda dengan tempat yang lainnya. Tetapi nilai kekerasan suatu material adalah homogen dan belum diperlakupanaskan secara teoritik akan sama untuk tiap-tiap titik.

Pengujian kekerasan sering sekali dilakukan karena mengetahui kekerasan suatu material maka (secara umum) juga dapat diketahui beberapa sifat mekanik lainnya, seperti kekuatan. Pada pengujian kekerasan dengan metoda penekanan, penekan kecil (identor) ditekankan pada permukaan bahan yang akan diuji dengan penekanan tertentu. Kedalaman atau hasil penekanan merupakan fungsi dari nilai kekerasan, makin lunak suatu bahan makin luas dan makin dalam akibat penekanan tersebut, dan makin rendah nilai kekerasannya.

2.4.5 Uji Tarik

Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara kontinu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjang yang dialami benda uji dengan extensometer.

Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan teoritik adalah tegangan yang membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara membagi beban dengan luas awal penampang lintang benda uji itu.

σ = P / Ao

(2.3)

Regangan yang didapatkan adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan (gage length) benda uji (δ atau ∆L), dengan panjang awal.

e = δ/ Lo = ∆L/ Lo = ( L - Lo ) / Lo

(2.4)

Karena tegangan dan regangan dipeoleh dengan cara membagi beban dan perpanjangan dengan faktor yang konstan, kurva beban – perpanjangan akan mempunyai bentuk yang sama seperti pada gambar 2.8. Kedua kurva sering dipergunakan.

Gambar 2.8 Kurva Tegangan Regangan teknik (σ - ε)

Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakukan panas, deformasi plastis yang pernah dialami, laju

Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan, dan pengurangan luas. Parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan yang kedua menyatakan keuletan bahan.

2.4.6 Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strenght), adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan material. Untuk logam ulet, kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban lmaksimum, diman logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Pada tegangan yang lebih komplek, kaitan nilai tersebut dengan kekuatan logam, kecil sekali kegunaannya. Kecenderungan yang banyak ditemui adalah, mendasarkan rancangan statis logam ulet pada kekuatan luluhnya. Tetapi karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dipakai.

Kekuatan tarik adalah besarnya beban maksimum dibagi dengan luas penampang lintang awal benda uji.

σu = P maks / Ao

(2.5)

Korelasi emperis yang diperluas antar kekuatan tarik dengan sifat mekanik lainnya seperti kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Hubungan tersebut hanya terbatas pada hasil penelitian beberapa jenis material.

Kekuatan luluh menyatakan besarnya tegangan yang dibutuhkan tegangan yang dibutuhkan untuk berdeformasi plastis material. Pengukuran besarnya tegangan pada saat mulai terjadi deformasi plastis atau batas luluh, tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar material mengalami perubahan sifat dari elastis menjadi plastis, yang berlangsung sedikit demi sedikit dan titik saat deformasi plastis mulai terjadi, sukar ditentukan secara teliti. Sehingga kekuatan luluh sering dinyatakan sebagai kekuatan luluh offset, yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan (regangan offset). Kekuatan luluh offset ditentukan tegangan pada perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis sejajar dengan kemiringan kurva pada regangan tertentu, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8. Di Amerika Serikat regangan offset ditentukan sebesar 0,2 atau 0,1 % ( e = 0,002 atau 0,001 mm/mm).

σy = P(offset) / Ao

Gambar 2.8Kurva tegangan regangan yang mengindikasikan kriteria luluh Beberapa bahan pada dasarnya tidakmempunyai bagian linear pada kurva tegangan-regangan, misalnya tembaga lunak atau besi cor kelabu. Untuk bahan-bahan tersebut, metode offset tidak dapat digunakan dan untuk pemakaian praktis, kekuatan luluh didiefinisikan sebagai tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan regangan total tertentu, misalnya e = 0,5%.

2.4.8 Keuletan

Keuletan adalah suatu besaran kualitatif dan sifat subyektif suatu bahan, yang secara umum pengukurannya dilakukan untuk memenuhi tiga kepentingan, yaitu:

1. Menyatakan besarnya deformasi yang mampu dialami suatu material,

tanpa terjadi patah. Hal ini penting untuk proses pembentukan logam, seperti pengerolan dan ekstruksi.

2. Menunjukkan kemampuan logam untuk mengalir secara plastis sebelum patah.Keuletan logam yang tinggi menunjukkan kemungkinan yang besar untuk berdeformasi secara lokal tanpa terjadi perpatahan.

3. Sebagai petunjuk adanya perubahan kondisi pengolahan.

Ukuran keuletan dapat digunakan untuk memperkirakan kualitas suatu bahan, walaupun tidak ada hubungan langsung antara keuletan dengan perilaku dalam pemakaian bahan.

Cara untuk menentukan keuletan yang diperoleh dari uji tarik adalah regangan teknis pada saat patah (ef), yang biasa disebut perpanjangan dan

pengukuran luas penampang pada patahan (q). Kedua sifat ini didapat setelah terjadi patah, dengan cara menaruh benda uji kembali, kemudian diukur panjang akhir benda uji (Lf) dan diameter pada patahan (Df), untuk menghitung luas

penampang patahan (Af).

ef = ( Lf – Lo ) / Lo

(2.7)

q = ( Ao – Af ) / Ao

(2.8)

Baik perpanjangan maupun pengurangan luas penampang, biasanya dinyatakan dalam persentase. Karena cukup besar bagian deformasi plastis yang akan terkonsentrasi pada daerah penyempitan setempat, maka harga ef akan

bergantung pada panjang ukur awal (Lo). Makin kecil panjang ukur, makin besar

pengaruhnya pada perpanjangan keseluruhan. Oleh karena itu bila diberikan harga persentase perpanjangan, maka panjang ukur Lo akan selalu disertakan.

Gradien bagian linear awal kurva tegangan-regangan adalah modulus elastisitas atau modulus Young. Modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan suatu bahan. Makin besar modulus elastisitas makin kecil regangan elastis yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.

Modulus elastisitas dirumuskan seperti persamaan 2.8. E = σ / e

(2.9)

Modulus elastisitas biasanya diukur pada temperatur tinggi dengan metode dinamik.

2.4.10Kelentingan (Resilience)

Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya dihilangkan. Kelentingan biasa dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yaitu energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh. Modulus kelentingan (Resilience Mudulus)

dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.8.

UR = σo2 / 2E

(2.10)

2.4.11 Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan adalah jumlah energi yang diserap material sampai terjadi patah, yang dinyatakan dalam Joule. Energi yang diserap digunakan untuk berdeformasi, mengikuti arah pembebanan yang dialami. Pada umumnya ketangguahan menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan..Terdapat beberapa pendekatan matematik untuk menentukan luas

daerah dibawah kurva tegangan-regangan. Untuk logam-logam ulet mempunyai kurva yang dapat didekati dengan persamaan-persamaan berikut:

UT≈σu .ef

(2.11)

UT≈ ( σo + σu ) ef / 2

(2.12)

UT≈ 2/3 (σu ) ef

(2.13)

2.4.12 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya

Kurva tegangan regangan teknik, seperti pada gambar 2.9, tidak memberikan indikasi karekteristik deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi. Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera mengecil.

Kurva tegangan regangan teknik juga menurun setelah melewati beban maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya (σs)

adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji,

Ao dimana beban itu bekerja (Haliday, 1985).

2.5 Ayunan Bandul Sederhana

Pada gambar 2.10 ditunjukkan gerakan bandul sederhana.

Gambar 2.10 Gerakan bandul sederhana

Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan maka benda akan dian dititik keseimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak keB, C, lalu kembali lagi ke A.

Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan katalain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana.Bandul adalah benda yang terikat pada sebuah tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan.Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan pada tahun 1602 oleh Galileo Galilei, bahwa perioda (lama gerak osilasi satu ayunan, T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatangravitasi.gerak osilasi (getaran) yang

populer adalah gerak osilasi pendulum (bandul). Pendulumsederhana terdiri dari seutas tali ringan dan sebuah bola kecil (bola pendulum) bermassa m yangdigantungkan pada ujung tali, gaya gesekan udara kita abaikan dan massa tali sangat kecil sehingga dapat diabaikan relatif terhadap bola. Dengan bandulpun kita dapat mengetahui grafitasi di tempat bandul tersebut diuji.Bandul sederhana adalah sebuah benda kecil, biasanya benda berupa bola pejal,digantungkan pada seutas tali yang massanya dapat diabaikan dibandingkan dengan massa bola dan panjang bandul sangat besar, dibandingkan dengan jari-jari bola. Ujung lain talidigantungkan pada suatu penggantung yang tetap, jika bandul diberi simpangan kecil. dan kemudian dilepaskan, bandul akan berosilasi (bergetar) di antara dua titik, misalnya titik A dan B, dengan periode T yang tetap. Seperti sudah dipelajari pada percobaan mengenai, getaran, satugetaran (1 osilasi) didefinisikan sebagai gerak bola dari A ke B dan kembali ke A, atau dari B keA dan kembali ke B, atau gerak dari titik A ke B dan kembali ke titik O. Ada beberapa parameter (atau variabel) pada bandul, yaitu periodenya (T), ), massa bandul (m), dan simpangan sudut (O) panjangnya (l) (Wiliam, 1986).

BAB 3

METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas metode penelitian yang dilakukan, mulai dari waktu dan tempat penelitian, material yang digunakan, desain, dan simulasi.

3.1 Waktu Dan Tempat

Waktu penelitian, melingkupi waktu survei, desain, dan simulasi dimulai dari akhir Februari 2012 sampai akhir Februari 2013.

Tempat dilaksanakanya penelitian adalah di Laboraturium Impact and Fracture Research Center (IFRC) unit I dan II program Magister dan Doktor Teknik Mesin Fakultas Teknik Sumatera Utara.

3.2 Material Yang Digunakan

Dalam penelitian ini, material yang digunakan adalah titanium untuk kepala dan grafit untuk tangkai stik. Alasannya karena material tersebut adalah material standar yang digunakan pada stik golf umumnya.

3.3 Desain Stik Golf Wood Wilson

Desain stik golf wood wilson didesain menggunakan autodesk inventor. . Autodesk inventor adalah software cad yang dapat digunakan untuk mendesain benda 2D atau 3D yang lebih kompleks (Curtis, 2010). Dimulai dari pembuatan sket desain stik golf wood yang akan dibuat. Setelah itu program secara otomatis

akan mengabungkan sket dan akan mumbuatnya solid. Pada gambar 3.1 desain stik golf yang dibuat di autodesk inventor.

( a )

( b )

( c )

Setelah ketiga komponen di desain, langkah berikutnya adalah menggabungkan ketiga komponen menjadi satu bagian. Pada gambar 3.2 ditunjukkan stik golf yang sudah di gabungkan.

Gambar 3.2 Stik golf yang sudah di gabungkan.

3.4 Metode Penelitian

3.4.1 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf Wilson

Distribusi tegangan dapat diketahui dari hasil simulasi yang dilakukan menggunakan ansys 14.0.

3.4.1.1 Simulasi

Stik golf wood standar didesain menggunakan autodesk inventor. Dimulai dari pembuatan sket desain stik golf wood yang akan dibuat. Setelah itu program

secara otomatis akan mengabungkan sket dan akan membuatnya solid. Setelah selesai didesain di autodesk inventor, hasil desain di import ke ansys 14.0 untuk disimulasikan. Ansys 14.0 adalah software analisa yang dapat menyelesaikan problem mechanical (Ifrc, 2012).

1.Buka program ansys14.0, dan pilih explicit dynamic, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4. Explicit dynamic digunakan untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan dinamik.

Gambar.3.4 Jendela utama ansys14.0

2. Pilih engineering data, kemudian isi data engineering yang akan digunakan, seperti ditunjukkan pada gambar 3.5. Data yang dipilih adalah data yang sudah ada pada software yaitu, titanium alloy,rubber, dan polyethylene. Pada simulasi ini juga menggunakan jenis material graphite, yang tidak terdapat pada

software, sehingga harus ditambahkan.

Gambar 3.5 Jendela engineering data ansys 14.0

3. Return to project kemudian pilih geometri untuk mendesain geometri yang akan didesain. Karena desain gambar sudah dikerjakan terlebih dahulu pada

cad inventor, maka gambar langsung di input ke ansys 14.0, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6. Dengan langkah, klik file, klik import external geometri file, pilih file yang dimaksu, dan klik generarte.

4. Pada model, pilih material untuk masing-masing komponen gambar sesuai material yang digunakan, seperti pada gambar 3.7, dengan langkah, klik part

1, kemudian pada kolom assignment, pilih titanium alloy. Ikuti langkah yang sama untuk part berikutnya. Part 2 pilih graphite, part 3 pilih rubber, dan

Gambar 3.7 Jendela ansys, memasukkan material pada setiap komponen

5. Langkah berikutnya pemberian meshing pada benda, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.8. Langkah-langkahnya adalah klik mesh, klik kanan pada body sizing, klik insert dan klik sizing. Ulangi langkah sampai

body sizing 3. Kemudian klik kanan pada mesh dan pilih generate mesh.

Gambar 3.8 Pemberian meshing

6. Masukkan parameter simulasi, yaitu, nilai kecepatan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.9 (a), dengan langkah, klik Explicit dynamics,

klik velocity, dan pada kolom total isi nilai kecepatann. Untuk waktu impak, seperti ditunjukkan pada gambar 3.9 (b), dengan langkah klik analysis settings dan pada kolom end time isi waktu impak. Dan untuk fixed support,

seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.9(c), dengan langkah klik kanan pada analysis settings, klik insert, klik fixed support, kemudian tentukan letak

fixed support menggunakan face, dan klik apply.

(c)

Gambar 3.9 (c) penentuan fixed support (sambungan)

7. Langkah berikutnya adalah menentukan variabel yang akan disimulasi, dalam simulasi ini adalah tegangan dan regangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.10. Kemudian simulasi siap dijalankan. Dengan langkah klik kanan

solution, klik insert, klik stress, klik equivalent (von-mises). Kemudian klik kanan solution lagi dan pilih solve.

Setelah langkah-langkah, secara garis besar di atas selesai, kita dapat memperoleh hasil simulasi yang diminta.

3.4.1.2Mendapatkan Distribusi Tegangan Pada Permukaan Stik Golf

Untuk mendapatkan distribusi tegangan yang terjadi pada permukaan stik golf dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:

1. Dari hasil simulasi yang sudah didapatkan, ambil beberapa sampel elemen dari permukaan stik golf, yaitu pada daerah pegangan, batang dan kepala stik.

2. Kemudian, bandingkan tegangan yang terjadi pada setiap sampel elemen yang sudah diambil.

3. Dari data sampel elemen tersebut, dibuat grafik distribusi tegangan yang terjadi.

3.4.2 Mengetahui Penyebab Kerusakan pada stik golf

Setelah hasil simulasi distribusi tegangan sudah diperoleh kita dapat mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf, berdasarkan hasil simulasi.

3.5 Diagram Alir Penelitian

Berikut disajikan diagram alir penelitian yang dilakukan, ditunjukkan pada gambar 3.10. Dimulai dari studi literatur, pengumpulan data, melakukan simulasi, mendapatkan hasil dan kesimpulan.

tidak

Ya

Mulai

Pengambilan data material peralatan dan data primer permainan golf (kecepatan dan waktu

impak)

Mendesain Geometri stik golf redesain

Input geometri ke ansys 14.0

Memasukkan data material dan data primer permainan golf serta pemberian mesh

Menentukan variabel yang akan dicari (tegangan)

Menjalankan program simulasi

Pengujian Hasil simulasi

Selesai

Studi literatur

Kesimpulan dan saran Hasil dan pembahasan

BAB 4

DATA DAN ANALISA

Pada bab ini disajikan hasil dan analisa dari penelitian. Hasil penelitian mencakup tujuan khusus dari penelitian ini.

4.1 Pemodelan Stik Golf Wood Wilson

Model stik golf yang didesain menggunakan autodesk inventor dibuat dengan geometri yang sama dengan stik golf wilson. Geometri stik golf Wilson ditunjuukan pada gambar 4.1.

( a )

( b )

( c )

Geometri yang sudah dibuat kemudian disatukan menjadi satu bentuk stik golf yang utuh. Stik golf wilson yang didesain di inventor autodesk dieksport

ditunjukan pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Geometri stik golf redesain setelah dieksport ke ansys 14.0

4.2 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf Wilson 4.2.1 Perhitungan Secara Teoritis

Tegangan yaitu perbandingan antara gaya dorong yang bersentuhan antara stik golf dan bola. Dengan demikian gaya (F) yang diberikan oleh stik golf berupa gaya dorong yang diperoleh melalui nilai tegangan ayunan stik, dengan bobot massa yang bergerak. Asumsi dimana batang dan gagang pada massa tertentu

diabaikan, dengan demikian nilai massa dari kepala stik yang akan menjadi acuan pehitungan gaya dorong.

Massa (m) stik diperoleh dari perhitungan massa jenis (ρ) dikali dengan volume (V) dari kepala stik= 97782 mm3.

m = ρ x V

m = 4620 kg/m3 x 97782 mm3

m = 4620 kg/m3 x 0,000097782 m3

m = 0,45175284 kg

Nilai gaya dorong (F) stik dapat diperoleh dari perhitungan massa (m) dikali dengan percepatan (a). Gambar 4.3 menunjukkan arah vektor v, yaitu kecepatan stik memukul bola.

Gambar 4.3 Arah vektor v

F = m x a di mana Δv= 272,2 m/s ; Δt= 0,0005 s F = m x (Δv /Δt)

F = 245,93 kN

Tegangan yang bekerja pada kepala stik merupakan nilai tegangan yang terjadi pada massa (m) dan kecepatan yang sama.

Nilai tegangan (σ) diperoleh dari perhitungan gaya dorong (F) yang dikenakan per satuan luas (A) permukaan. Luas permukaan yang dimaksud adalah area titik kontak antara bola dengan permukaan pemukul stik. Diasumsikan diameter titik kontak antara bola dengan permukaan pemukul adalah 10 mm, sehingga:

A=

π

r2

A= 3,14 x 52

A= 0,785 mm2 = 0,0000785 m2 σ = F / A

= 245934,2461 / 0,0000785

= 3132920332,5 N/m2 = 3,13 GPa

4.2.2 Hasil Simulasi

Dari simulasi dapat diketahui tegangan maksimum yang terjadi adalah 1.5866e9 Pa. Tegangan maksimum terletak pada sambungan antara pemukul stik dengan batang, tegangan juga tejadi pada batang stik. Terlihat batang stik mengalami deformasi atau perubahan bentuk pada saat terjadi pengimpakan. Distribusi tegangan dapat dilihat pada gambar 4.4.

(a)

(b)

Gambar 4.4 (b)tegangan maksimum

Pada tabel 4.1 ditunjukkan nilai tegangan yang terjadi selama pengimpakan.

Tabel 4.1 Nilai tegangan selama pengimpakan

Time [s] Minimum [Pa] Maximum [Pa] 1.1755e-038

0.

0.

2.5e-005 3.884e+008

5.e-005 4.8004e+008

7.5e-005 3.1032e+008

1.e-004 1.4999e+008

1.25e-004 1.0914e+008

1.5e-004 1.5953e+008

1.75e-004 1.7883e+008

2.e-004 9.5576e+008

Dari tabel, kita dapat melihat perbedaan nilai tegangan yang terjadi sebelum dan sesudah pengimpakan. Sehingga kita dapat memperoleh grafik antara nilai tegangan dan waktu impak, seperti ditunjukkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik antara nilai tegangan dan waktu impak.

4.2.3 Ditribusi Tegangan Pada Stik Golf

Untuk melihat distribusi tegangan pada stik golf, dapat diambil sampel elemen pada setiap bagian stik golf. Sampel yang di ambil sebanyak 10 sampel yang mewakili setiap bagian. Berikut 10 sampel yang di ambil dari bagian stik golf, seperti ditunjukkan pada gambar 46..

(a)

Pada tabel 4.2 akan ditunjukkan distribusi tegangan untuk setiap sampel elemen yang ada pada komponen stik golf wilson ini.

Tabel 4.2 Distribusi tegangan untuk setiap elemen

Elemen tegangan maksimum (Gpa)

1 0

2 0.70514

3 0

4 0.88143

5 1.5866

6 0.88143

7 0

8 0

9 0

10 0

Dari tabel 4.2 diperoleh grafik distribusi tegangan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik distribusi tegangan

elemen tegangan

4.2.4 Perhitungan Momen Pada Kepala Pemukul Stik

Pemukul yang begerak rotasi pada kecepatan tertentu, yang dikonversikan ke dalam kecepatan translasi, maka akan menghasilkan gaya dorong tertentu.

Dimana: m(kepala pemukul) = 0,45175284 kg

v(kepala pemukul) = 272,2 m/s

t (impact) = 0,0005 s

F = 245934,2461 N

m(bola) = 5,434e-004kg

v(bola) = 0 (dalam keadaan diam)

Sehingga dapat ditentukan momentum yang terjadi pada kepala pemukul dan bola, yaitu:

Momentum pada kepala pemukul

P = m x v

P = (0,45175284 kg) x (272,2 m/s)

P = 122,96712305 kg m/s

Momentum bola

P = m x v

Dengan asumsi, bahwa kecepatan pemukul tidak sama pada saat setelah memukul maupun pada saat sebelum memukul bola, v1 = v11 (untuk kecepatan

kepala pemukul). Dimana v11 = 0

4.2.5 Kesetimbangan Momentum

P = P1

m1 v1 + m2 v2 = (m1 + m2)v21

P1 + P2 = P1

122,96712305 kg m/s +0=( 0,45175284 + 5,432e-004 kg) x v21

v21 = (122,96712305 kg m/s) : (0.45229604 kg)

sehingga diperoleh v21 = 271,8730923m/s

4.2.6 Momen kopel

Momen kopel adalah momen yang terdapat pada permukaan kepala pemukul dimana terdapat 2 gaya yang sama besar bergerak berlawanan arah.

sehingga persamaan umum untuk momen kopel :

Sehingga M1 = M2

F1 x l1= F2 x l2

Asumsi : bola yang dipukul berada pada 3 titik pada permukaan pemukul, yaitu,

1. Senter (c) = ½ l , dimana l(panjang permukaan pemukul dari atas kebawah) = 67 mm, sehingga c = 33,5 mm

2. Terletak pada l1 di atas titik center c, sehingga diperoleh:

l1= c – 14 mm

= 19,5 mm

3. Terletak pada l2 di bawah titik center, l1 = l2

Sehingga persamaan momen kopel, adalah:

1. Untuk titik senter:

M = F x 0

M = 0

2. Untuk titik di atas titik senter :

M = F x l1

M = 2495934,2461 x 0,0195

Karena l1 = l2,

M = 4795,717799 N.m

4.3. Penyebab Kerusakan yang terjadi Pada Stik Golf Wilson

Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tepatnya pada bagian atas sambungan antara kepala dan batang stik. Teganga besar ini lah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa:

1. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood diperoleh distribusi tegangan dengan nilai yang berbeda untuk setiap sampel elemen yang diambil. Tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang, Tegangan juga tejadi pada batang stik. Terlihat batang stik mengalami deformasi atau perubahan bentuk pada saat terjadi pengimpakan.

2. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tepatnya pada bagian atas sambungan antara kepala dan batang stik. Tegangan besar ini lah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.

5.2 Saran

1. Departemen Teknin Mesin menyediakan sarana (perangkat komputer) khusus untuk simulasi agar mahasiswa dapat terbantu bila akan melakukan penelitian seperti ini lagi.

2. Penelitian ini haru menggunakan perangkat komputer yang memiliki spesifikasi tinggi untuk mempermudah simulasi.

3. Mahasiswa yang ingin melanjutkan penelitian ini, dapat mengembangkan simulasi dengan memvariasikan material stik.

DAFTAR PUSTAKA

Callister, William D Jr, 2003. Materials Science and Enginering. Utah: University of Utah.

Campbell, FC, 2006. Manufacturing Technology for Aerospace Stuctural Materials.

Cochran and Stobbs, 1968.The Search for My Perfect Swing.

Curtis,Waguespack and Loren Jaharus, 2010. Mastering Autodesk Inventor 2010. Indiana: Willey Publishing.

Halliday, Resnick, 1985. Fisika.Jakarta: Erlangga.

Ifrc, Team, 2012. Modul Workshop on The Application of Ansys for Engineering Problems. Medan: IFRC.

Ismoyo dan Smith M.J, 1999, Bahan Konstruksi dan Struktur Teknik (eds.2).

Jakarta.

Kenneth, G. Budinski, 1996. Engineering Material. NewJersey: Upper Saddle River.

Purnomo, Edy, 2007. Pedoman Mengajar Dasar Gerak Atletik. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.

hysics of a golf swing

Robert, E. Krebs, 1998. The History and Use of our Earth Chemical Element. Westport, CT: Greenwood Press.

Rukihati, 1968. Diklat Keahlian Dasar Bidang Tenaga Atom Spektrografi Emisi. Jakarta: PUSDIKLAT-BATAN.

Sears, Zemansky. 1962. Fisika untuk Universitas (terjemahan). Jakarta: Binacipta. Stwertka, Albert, 1998. Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. Sumanto, 1994. Pengetahuan Bahan Untuk Mesin dan Listrik. Yogyakarta: Andi

Wikipedia, 2013. Golf

Wikipedia, 2012. Grafit

Wikipedia, 2012. Sejarah Golf.

Maret 2012].

Wikipedia, 2012. Titanium.

2012].

Sehingga M1 = M2 F1 x l1= F2 x l2

Asumsi : bola yang dipukul berada pada 3 titik pada permukaan pemukul, yaitu,

1. Senter (c) = ½ l , dimana l(panjang permukaan pemukul dari atas kebawah) = 67 mm, sehingga c = 33,5 mm

2. Terletak pada l1 di atas titik center c, sehingga diperoleh: l1= c – 14 mm

= 19,5 mm

3. Terletak pada l2 di bawah titik center, l1 = l2 Sehingga persamaan momen kopel, adalah:

1. Untuk titik senter: M = F x 0

M = 0

2. Untuk titik di atas titik senter :

M = F x l1

M = 2495934,2461 x 0,0195 M = 4795,717799 N.m

3. Untuk titik di bawah titik senter:

Karena l1 = l2,

M = 4795,717799 N.m

4.3. Penyebab Kerusakan yang terjadi Pada Stik Golf Wilson

Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tepatnya pada bagian atas sambungan antara kepala dan batang stik. Teganga besar ini lah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa:

1. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood diperoleh distribusi tegangan dengan nilai yang berbeda untuk setiap sampel elemen yang diambil. Tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang, Tegangan juga tejadi pada batang stik. Terlihat batang stik mengalami deformasi atau perubahan bentuk pada saat terjadi pengimpakan.

2. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tepatnya pada bagian atas sambungan antara kepala dan batang stik. Tegangan besar ini lah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.

5.2 Saran

1. Departemen Teknin Mesin menyediakan sarana (perangkat komputer) khusus untuk simulasi agar mahasiswa dapat terbantu bila akan melakukan penelitian seperti ini lagi.

2. Penelitian ini haru menggunakan perangkat komputer yang memiliki spesifikasi tinggi untuk mempermudah simulasi.

3. Mahasiswa yang ingin melanjutkan penelitian ini, dapat mengembangkan simulasi dengan memvariasikan material stik.

DAFTAR PUSTAKA

Callister, William D Jr, 2003. Materials Science and Enginering. Utah: University of Utah.

Campbell, FC, 2006. Manufacturing Technology for Aerospace Stuctural Materials.

Cochran and Stobbs, 1968.The Search for My Perfect Swing.

Curtis,Waguespack and Loren Jaharus, 2010. Mastering Autodesk Inventor 2010. Indiana: Willey Publishing.

Halliday, Resnick, 1985. Fisika.Jakarta: Erlangga.

Ifrc, Team, 2012. Modul Workshop on The Application of Ansys for Engineering Problems. Medan: IFRC.

Ismoyo dan Smith M.J, 1999, Bahan Konstruksi dan Struktur Teknik (eds.2). Jakarta.

Kenneth, G. Budinski, 1996. Engineering Material. NewJersey: Upper Saddle River.

Purnomo, Edy, 2007. Pedoman Mengajar Dasar Gerak Atletik. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.

hysics of a golf swing

Robert, E. Krebs, 1998. The History and Use of our Earth Chemical Element. Westport, CT: Greenwood Press.

Rukihati, 1968. Diklat Keahlian Dasar Bidang Tenaga Atom Spektrografi Emisi. Jakarta: PUSDIKLAT-BATAN.

Sears, Zemansky. 1962. Fisika untuk Universitas (terjemahan). Jakarta: Binacipta. Stwertka, Albert, 1998. Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press. Sumanto, 1994. Pengetahuan Bahan Untuk Mesin dan Listrik. Yogyakarta: Andi

Offset.

Wikipedia, 2013. Golf Wikipedia, 2012. Grafit Wikipedia, 2012. Sejarah Golf.

Maret 2012].

Wikipedia, 2012. Titanium.

2012].