Analisis Eksperimental Komposit Pada Pelindung Dada Pengendara Sepeda Motor

i

ANALISIS EKSPERIMENTAL KOMPOSIT PADA
PELINDUNG DADA PENGENDARA SEPEDA MOTOR

IRVIN
NIM. 090401067

TUGAS AKHIR YANG DIAJUKAN UNTUK MEMENUHI
SALAH SATU SYARAT MEMPEROLEH
GELAR SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014

Universitas Sumatera Utara

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT. Karena atas izin-Nya penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Tugas akhir ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana
Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses
Manufaktur Material Polimer dan Komposit, yaitu “Analisis Eksperimental
Komposit pada Pelindung Dada Pengendara Sepeda Motor”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan,
motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah
berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan
disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta
bimbingan dan arahan dari Bapak DR.Ir. Muhammad Sabri, MT sebagai Dosen
Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1.

Kepada kedua orang tua saya, Drs. Ir. Helmi Thalib dan Ir. Yasmin atas doa,

kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis,
dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.

2.

Bapak DR.Ir.Muhammad Sabri, MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang
banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang
sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.

3.

Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.

4.

Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai

administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.

Universitas Sumatera Utara

ii

5.

Teman satu tim saya (Gunawan Hartono) yang telah memberikan kesempatan
kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

6.

Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, yang banyak
memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai
pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat
kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini
sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan

dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya.

Medan, 9 Juni 2014
Penulis,

Universitas Sumatera Utara

iii

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan tegangan dangayayang
terjadipadapelindung dada pengendara sepeda motor yang terbuat dari bahan
komposit. Pengujian impak jatuh bebas dilakukan dengan menggunakan alat uji
jatuh bebas multiguna. Spesimen yang diuji diletakkan pada test rig yang dapat
diatur ketinggian jatuhnya. Perhitungan waktu impak pada alat uji dilengkapi
dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Spesimen akan jatuh dan menabrak
anvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor

pengukuran beban yang disebut dengan load cell yang diletakkan di bawah anvil.
Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistem data akusisi yang berfungsi
untuk merubah sinyal analog ke bentuk sinyal digital. Data akan disimpan pada
PC sebagai gaya (F) dan waktu (t).Hasil uji impak dengan cara eksperimental
untuk spesimen pelindung dada dari material GFRP pada ketinggian impaktor 3 m
diperoleh transmisi gaya impak 698,17 kgf dan tegangan 0,14 MPa. Setelah hasil
eksperimental dibandingkan dengan komputasi maka diperoleh transmisi gaya
impakrata-rata 14,95kN dan transmisi gaya impakmaksimum adalah 29,18 kN.
Transmisi gaya yang terjadi tidak melebihi dengan standarisasi perlindungan
Eropa EN 1621-2 yaitu transmisi gaya impak rata-rata 20kN dan transmisi gaya
impakmaksimum 35 kN.

Kata Kunci: Impak Jatuh Bebas, Transmisi Gaya, GFRP

Universitas Sumatera Utara

iv

ABSTRACT

The goal of this research is to identify the stress and force thatoccur in the
motorbikebody protector which created using composite material. Free-fall drop
test is done using Multifunctional Free-fall impact test tools. Specimen placed to
the test rig which has adjustable drop height. The fall time of test is calculated
using 8 inductive proximity sensors. It will fall and crashed the anvil. Impact force
that occurs by the drop is measured using a load cell that placed under the anvil.
Measurement data will transfer to analog device that changed the analog signal
into a digital signal. Result data is saved in the PC as a table of force (F) and time
(t). Experimental test data for the body protector specimens using GFRP at the
impactor height 3 m is 698.17 kgf and stress 0.014 MPa. After the result
compared with the computational result the mean transmission impact force is
14.95 kN and the maximum transmission impact force is 29.18 kN. Thus the
transmission force that occur is not pass the European de Normalization (EN
1621-2) which for average impact force transmitted is 20kN and maximum impact
force transmitted is 35 kN.

Kata Kunci: Free-fall Impact, Force Transmission, GFRP

Universitas Sumatera Utara

v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................. i
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
ABSTRACT ........................................................................................................... iv
DAFTAR ISI ........................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... x
DAFTAR NOTASI ................................................................................................ xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang............................................................................................... 1
1.2 Tujuan penelitian ........................................................................................... 3
1.3 Batasan masalah ............................................................................................ 3
1.4 Manfaat Penulisan ......................................................................................... 4
1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 6
2.1 Model Pelindung Dada .................................................................................. 6
2.2 Komposit ....................................................................................................... 8

2.2.1 Resin ..................................................................................................... 12
2.2.2 Serat Kaca ............................................................................................. 14
2.2.3 Busa EVA ............................................................................................. 16
2.3 Stimulasi Sifat dan Data Validasi ................................................................ 20
2.3.1 Standar keamanan EN1621................................................................... 20
2.3.2 Data dan Sifat Bahan Polimer............................................................... 21
2.4 Pengujian Komposit .................................................................................... 22
2.4.1 Uji Impak Jatuh Bebas .......................................................................... 22
2.4.2 Gerak Jatuh Bebas ................................................................................ 22
2.4.3 Hukum Gerakan .................................................................................... 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 27
3.1 Pendahuluan ................................................................................................ 27

Universitas Sumatera Utara

vi

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................................... 27
3.3 Bahan dan Alat penelitian ........................................................................... 27
3.3.1 Bahan .................................................................................................... 27

3.3.2 Alat ....................................................................................................... 30
3.4 Pembuatan Spesimen ................................................................................... 33
3.5 Cara Pelaksanaan Penelitian ........................................................................ 38
3.5.1 Alat Uji Impak jatuh Bebas .................................................................. 38
3.5.2 Prosedur Pengujian ............................................................................... 39
3.6 Variabel Penelitian ...................................................................................... 42
BAB IV PEMBAHASAN ..................................................................................... 43
4.1 Pendahuluan ................................................................................................ 43
4.2 Data Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas Secara Eksperimental ................ 44
4.2.1 Pengujian Spesimen Polyester Polymer ............................................... 44
4.2.2 Pengujian Spesimen Polyester Polymer Sandwich EVA Foam ........... 48
4.2.3 Pengujian Spesimen Glass Fibre Reinforced Polymer Sandwich EVA
Foam .............................................................................................................. 53
4.2.4 Pengujian Spesimen Glass Fibre Reinforced Polymer ......................... 57
4.3 Data Simulasi Software ............................................................................... 61
4.4 Desain Pelindung Dada ............................................................................... 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 65
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 66
5.2 Saran ............................................................................................................ 67
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 68

Universitas Sumatera Utara

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Tabrakan dari samping ........................................................................ 2
Gambar 1.2 Tabrakan dari depan ............................................................................ 2
Gambar 1.3 Tabrakan yang terjadi akibat mengenai samping mobil...................... 2
Gambar 2.1 Chest Protector LEATT 5.5 PRO LITE .............................................. 6
Gambar 2.2 motorcycle/motorcross body armorVELORTA .................................. 7
Gambar 2.3Skema Struktur Komposit .................................................................. 10
Gambar 3.1 Busa EVA.......................................................................................... 28
Gambar 3.2 Resin .................................................................................................. 28
Gambar 3.3 Serat Kaca ......................................................................................... 29
Gambar 3.4 Katalis................................................................................................ 29
Gambar 3.5 Gelas Plastik ...................................................................................... 30
Gambar 3.6 Glazing Wax ...................................................................................... 30
Gambar 3.7 Jangka sorong .................................................................................... 31

Gambar 3.8 Timbangan digital ............................................................................. 31
Gambar 3.9 Cetakan Kaca..................................................................................... 32
Gambar 3.10 Lempengan Kaca ............................................................................. 32
Gambar 3.11 Beban............................................................................................... 33
Gambar 3.12 Alat Uji Impak Jatuh Bebas ............................................................ 33
Gambar 3.13 Campuran Resin dan Katalis ........................................................... 35
Gambar 3.14 Penuangan Campuran Resin dan Katalis ........................................ 35

Universitas Sumatera Utara

viii

Gambar 3.15 Peletakan Lapisan Serat Kaca ......................................................... 36
Gambar 3.16 Proses penutupan spesimen EVA Resin.......................................... 36
Gambar 3.17 Pemberian beban pada pembuatan spesimen EVA Fiber................ 39
Gambar 3.18 Proses Pelepasan Spesimen dari Cetakan........................................ 37
Gambar 3.19 Spesimen Pelindung Dada............................................................... 38
Gambar 3.20 Perangkat Alat Uji Impak Jatuh Bebas ........................................... 38
Gambar 3.21 Pemasangan load cell dan anvil support ......................................... 39
Gambar 3.22 Posisi test rig pada alat uji ............................................................... 40
Gambar 3.23 Peletakan Sterofoam ke test rig ....................................................... 40
Gambar 3.24 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 41
Gambar 4.1 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 1 ............................. 45
Gambar 4.2 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 2 ............................. 46
Gambar 4.3 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Resin 3 ............................. 47
Gambar 4.4 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas........................................ 48
Gambar 4.5 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 1 .................... 49
Gambar 4.6 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 2 .................... 50
Gambar 4.7 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Resin 3 .................... 51
Gambar 4.8 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas........................................ 52
Gambar 4.9Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 1...................... 54
Gambar 4.10 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 2................... 55
Gambar 4.11 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen EVA Fiber 3................... 56
Gambar 4.12 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas ...................................... 57
Gambar 4.13 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 1 ............................ 58
Gambar 4.14 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 2 ............................ 59
Gambar 4.15 Grafik Uji Impak Jatuh Bebas Spesimen Fiber 3 ............................ 60
Gambar 4.16 Bentuk Spesimen Setelah Uji Jatuh Bebas ...................................... 61

Universitas Sumatera Utara

ix

Gambar 4.17 Simulasi Impak yang terjadi pada spesimen GFRP pada waktu 16 ms ..... 62

Gambar 4.18 Tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen .......................... 63
Gambar 4.19 Desain Pelindung Dada ................................................................... 64
Gambar 4.20Pelindung Dada ................................................................................ 65
DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Pengujian EN 1621-3 untuk Chest Protector LEATT ................................ 7
Tabel 2.2 Sifat Material Komposit .................................................................................... 21
Tabel 3.1Komposisi Spesimen .......................................................................................... 34
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Spesimen Resin 1 ................................................................... 44
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Spesimen Resin 2 ................................................................... 45
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Spesimen Resin 3 ................................................................... 46
Tabel 4.4 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen Resin ...................... 48
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 1 .......................................................... 49
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 2 .......................................................... 50
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Spesimen EVA Resin 3 .......................................................... 51
Tabel 4.8 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen EVA Resin ............. 52
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber1 ............................................................ 53
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber2 .......................................................... 54
Tabel 4.11 Hasil Pengujian Spesimen EVA Fiber3 .......................................................... 55
Tabel 4.12 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen EVA Fiber ............ 57
Tabel 4.13 Hasil Pengujian Spesimen Fiber1 ................................................................... 58
Tabel 4.14 Hasil Pengujian Spesimen Fiber2 ................................................................... 59
Tabel 4.15Hasil Pengujian Spesimen Fiber3 .................................................................... 60
Tabel 4.16 Hasil perhitungan Tegangan yang terjadi pada Spesimen Fiber ..................... 61
Tabel 4.17 Pembandingan Transmisi Gaya ...................................................................... 64

Universitas Sumatera Utara

x

DAFTAR NOTASI

Simbol

Keterangan

Satuan

σ

Tegangan

MPa

Ao

Luas penampang

m2

F

Gaya

N

v

Kecepatan

m/s

t

Waktu Pembebanan

ms

P

Beban

kgf

D


Diameter

m

Densitas

Kg/m3

E

Modulus Young

GPa

Universitas Sumatera Utara