Studi Simulasi Penibebanan Impak Pada Helmet Sepeda Dari Baiian Pol}.Uieric Foam Yang Diperkuat Serbuk Tkks Dengan Menggunakan Sottware Ansys 14.5
--l
STUI}I SIMULASI PEMBBBANA]\ TMPAK PADA HBLMET SBPBDA
DARI BAHAN POLYMERIC FOAM YAI{G DIPBRI(UAT SERBUK
TKKS I}ENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.5
SKRIPSI
Skripsi Yang Diujukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelsr Surjann Teknik
AFRINEDI
NrM.100401005
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
F'AKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
-l
ABSTRAK
Helmet sepeda adalah alat perlindungan tubuh yang dipakai pengendara sepeda
untuk melindungi kepala ketika tedatuh dan meminimalkan cedera karena
benturan. Dewasa ini material untuk pembuatan helrnet sepeda relatif rnahal ini
menyebabkan biaya produksi mahal dan berdampak pada harga jual oleh sebab itu
dilakukan Penelitian baru tentang serbuk alam dari tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) Bahan baku yang melimpah dikarenakan kerap menjadi limbah
diperkirakan cukup ekonomis dan dikembangkan menjadi material altematif yang
ramah lingkungan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensimulasi pembebanan
impak pada helmel sepeda dari bahan polymer ic foam yaugdiperkuat serbuk TKKS
dengan menggunakan software Ansys 14.5. pada penelitian ini spesirnen yang akan
diuji dua model dan disimulasi irnpak pada sisi atas, samping dan belakang untuk
mengetahui distribusi tegangan pada helm. Helmet dimodel dengan rnenggunakan
solidworks 2A10 dan disimulasi menggunakan Software ansys 14.5 untuk
dibandingkan distribusi tegangannya kemudian dibandingkan dengan helmet yang
diuji secara eksperimental. Pada penelitian ini, berhasil ditemukan bahwa dari hasil
simulasi impak pada sisi atas helmet pada ketinggian 1,5 m dengan kecepatan 5425
mm./s, pada model 1 dan 2 diperoleh tegangan maksimum 2,23Nffa dan2,27 MPa,
pada sisi sarnping model 1 danT diperoleh tegangan maksimum 8,26 MPa dan2,38
MPa dan pada sisi belakang model I dan 2 diperoleh tegangan maksimum 1,99
MPa dan 1,64 MPa sehingga dipilih helmet dengan model 1. Dengan
membandingkan tegangan model 1 dengan eksperimental uji impak jatuh bebas
sisi atas tegangan pada simulasi 1,04 MPa dengan eksperimental selisih 0,08 MPa
atau 7 ,39 o/o, pada sisi samping 1,1 1 MPa dengan eksperirnental selisih 0,1 3 MPa
atau 12,99 o/o dan pada sisi belakang 0,72 Nffa dengan eksperimental selisih 0,051
MPa atau 6,73 Yo.
Kata kunci : Helmet sepeda, Sofiware ANSYS 14.5, Impak jatuh bebas.
ABSTRACT
Bicycle helmet is a form of body protection that was used qtclists to protect the
head when/blling and minimizing injury caused by impact. Nowadays the material
.for bike helmet mandacturingrelatively expensive this makes production costs and
selling price higher, therefore new research conducted on natural powder from oil
palm empty fruit bunches (EFB). Raw abundant often become waste, it was
estimated to be quite economical and can be developed into alternative materials
that are environmentally friendly. The purpose of this study was to simulating
impact load on bicycle helmet from polymeric materials reinforced EFB powder
using Ansys 14.5 safruara In this study the specimens will be tested in two dffirent
types and simulated by giving the impact load on the top, side, and rear to know the
stress di,stribution on the helmet. Helmet was modeled by using SolidWorla 2012
and simulated using INSFS 14.5 software to compare the stress distributian
betweenthe two type,s and then comparisingthe datawith the helmetwhich is tested
experimentally. In this study, it is found thot the results of the impact simulation on
the topface of the helmet at the height o/'1.5 m and velocity af 5425 mm/s, an type
I and 2 obtained the maximum stress 2.23 MPa cnd 2.27 MPc, on the sideface of
the type I and 2 obtained the maximumSrre^ss 8.26 MPa and 2.i8 Mpa, and on the
rear face of the type I qnd 2 obtained maximum stress 1.99 MPa and 1.64 MPa, so
we found that type I helmet is better on recieving irnpact stress. Comparing tlte
stress that occurs on top face in the simulation results is 1.01 and experimental
results offreefall impact test obtained by the dffirence of 0.08 MPa ar 7.39ok, the
stress that occurs on side .face in the simulation results is L I I and experimental
results offreefall impact test obtained by the dffirence of 0.13 MPa or 12.99%,
and the stress that occurs on rear face in the sirnulation results is 0.72 and
experiruental results offree fall impact test on top face obtained by the dffirence
of 0.051 MPa or 6.73%.
Keyword: Bicycle helmet,l,^'/,SyS 14.5 Software, Free-Fall Impact.
KATA PENGANTAR
P{i
dan syukur penulis panjatkan kepada Ailah S.W.T yang memberikan
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini dengan sebaik mungkin.
Skripsi ini be{udul "STUDI SIMULASI PENIBEBANAN IMPAK PADA
HELMET SEPEDA DARI BAIIAN POL}.UIERIC FOAM YANG
DIPERKUAT SERBUK TKKS DENGAN MENGGUNAKAN SOTTWARE
ANSYS 14.5". Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk menyelasaikan pendidikan
Strata-l (S1) pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Proses penyusunan skripsi dari awal hingga selesai yang penulis lakukan
dapatterlaksana berkat bantuan dan dukungan dari semua pihak. Untuk itulah, pada
kesempatan
ini penulis ingin menyampaikan
rasa terima kasih yang mendalam dan
setulusnya kepada:
L Kedua orang tua penulis yang telah memberikan
rasa cinta dan kasih sayang
serta doanyayang sangat besar kepada penulis sehingga pengerjaan skripsi
dapat berjalan dengan baik.
2.
Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME. selaku dosen pembimbing
penulis yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan
bimbingan ilmu kepada penulis.
J
Bapak Dr -Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
5.
Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang
telah membirnbing, membantu, dan mengajari penulis selama kuliah di
Departemen Teknik Mesin.
6.
Kawan-kawan stambuk 2009 dan 2010 terutama Suhandika Putra, Feby
Danimasthari, Ahmad Riyaldi, Muhammad llham, Fakhrur Rozy,
Muhammad ZaW, Siddiqi, Brema Tarigan, Amma dan teman-teman
ill
mahasiswa Mesin USU, kemudian juga abangda Ade Irwan dan abangda
Faclviza yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam
penyelesaian skripsi ini.
7
.
Seluruh pihak yatgbanyak membantu penulis dalam pengerjaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan ilmu bagi penulis dan
bagi masyarakat pada umumnya. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan
saran yang mambangun dari pembaca.
Medan, 8 Juli
2015
AFRINEDI
i0040100s
tv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
KATA PENGANTAR.........
................i
......iii
DAFTAR rsr...................
BAB
I PENDAIIULUAN
1.1. LatarBelakang
1.2. Rumusan Masalah....
1.3 Tujuan Penelitian
TujuanUmum......
Khusus.
1.4. Batasan Masalah....
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan..
1.3.1.
1.3.2. Tujuan
PUSTAKA
2.1. Sejarah Helmet sepeda
2.2. Desain Helmet sepeda
2.2.1. Standarisasi Helmet Sepeda......
2.3. Bahan komposit...
BAB 2 TINJAUAN
,.............1
.......1
................2
.....................3
.........3
.............3
..................3
....."............4
............4
...................5
............5
,............6
.....10
....................10
2.3.1. Polyesterresintakjenuh@QTN157-EX) ......11
..........""......12
2.3.2. Blowing Agent ..............
...........14
2.3.3. Katalis MEKPO
2.3.4. Serbuk tandan kosong kelapa sawit (TKKS) .............. .......14
2.4. Komposit Material yang digunakan.......... ..................16
............18
2.5. Uji Impak Jatuh Bebas
........19
2.5.1. Gerak Jatuh Bebas
..................20
2.5.2. Gerak Lurus
...................22
2.5.3. Momentum dan Impuls
...................23
2.5.4. Gaya Impak
......................23
2.5.5. Tegangan
2.6.
2.7
Mekanisme Retak Tegang
Simulasi
Numerik...
Komposit.
PENELrrrAN..........
3.1. Tempat dan Waktu
BAB 3 METODOLOGT
.......24
.................25
............27
............-.....27
Tempat.....
3.L2. Waktu.......
Peralatan dan Bahan
Desain Helmet Sepeda......
3.1.1.
3.2.
J.J-
3.4.
3.5.
....................27
....................27
................27
.......28
3.3.1. Model Helmet Sepeda dangan Tulang Lurus kedepan .......28
3.3.2. Model Helmet Sepeda dengan Tulang Lurus kesamping...29
Metode Penelitian..
..................30
3.4.1. Simulasi Impak Jatuh Bebas MenggunakanAnsys 14.5,..-.30
3.4.2. EngineeringData
..........32
3.4.3- Geometry
......................33
3.4.4. Model I Ansys Mechanical ................
...............34
Diagram Aliran Penelitian..
.....39
BAB 4IIASIL DAN PEMBAEASAN
..................... 40
4.1. Pendahuluan.............
................40
4.2. Hasil Pembuatan Helmet Sepeda
...............40
4.3. Metode Pengujian Penelitian..
....................41
4.4. Simulasi Impak Menggunak an An,tys I 4. 5 Workb ench ................. 41
4.5. Simulasi Pembebanan Pada Sisi Atas Helmer Sepeda.. .................42
4.5.1. Hasil Simulasi Helmer Model 1................
4.5.2. Hasil Simulasi Helmer Model 2................
4.6.
.......43
Simulasi Pembebanan Pada Sisi Samping Helmet Sepeda............45
4.6.1. Hasil Simulasi Helmer Model
.......46
1................
4.6.2. Hasil Simul*si Helmer Model 2...............
4.7.
.......42
........47
Simulasi Pembebanan Pada Sisi Belakang Helmet Sepeda ...........49
4.7.1. HasilSimulasiHelmerModel1................ .......50
4.7.2. HasilSimulasiHelmerModel2............... ........51
4.8. Kumpulan dan Perbandingan Data Hasil Simulasi Pengujian. ......53
4.9. Kumpulan Data Hasil Pengujian Jatuh Bebas Eksperimental........53
4.9.1. Pengujian Pada Sisi Atas Helmer Sepeda..
.....53
4.9.2. Pengujian Pada Sisi Samping Helmet Sepeda .................. 54
4.9.3. Pengujian Pada Sisi Belakang H elmet Sepeda ................. 55
4. 1 0. PerBandingan
Hasil Simulasi Dengan Uj i Eksperimental ............. 55
4. I 0. 1. Perbandingan Penguj ian Atas H elmet Sepeda................... 55
4.1A.2. Perbandingan Pengujian Samping He lmet Sepeda...... ...... 57
4. 1 0. 3. Perbandingan Penguj ian Belakang H elmet Sepeda...... ...,. 59
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
6t
5.1. Kesimpulan
61
5.2. Saran
61
DAF'TAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Halaman
.....,.............."...5
Gambar2.1
..........8
Gambar 2.2 Bentuk dan struktur helmet sepeda di
........................8
Gambar 2.3 Komponen helmet
Gambar 2.4 Gabungan makroskopis thsa-fasa pembentuk komposit..............11
Gambar 2.5 Resin unsaturated polyester BQTN-157 EX...............................11
......12
Gambar 2.6 Blowing
..................14
Gambar2.1
..................15
Gambar 2.8 Serbuk
............17
Gambar 2.9 Perbandingan
..........17
Perbandingan modulus
Gambar 2.
..............17
Gambar 2.11 Perbandingan kekuatan tarik per
Gambar 2.12 Perbandingan kekuatan tekan per komposisi............................... I8
Gambar2.l3 Perbandingankekuatanlenturperkomposisi..............................18
..... 19
Gambar 2.14 Alrt uji impakiatuh
....................20
Garnbar 2.15 Grafrk hubungan
................21
Gambar 2.16 Diagram kecepatan .............22
Garnbar 2.17 Grafrkgayavs
Gambar 3.1 Pandangn helmet sepedatulang lurus kedepan......................."....28
Gambar 3.2 Pandangan helmet sepeda tulang lurus kesamping...... ... ............29
...................31
Gambar 3.3 Explicit
..................31
Gambar 3.4 Project
.............32
Gambar 3.5 Data material
.............32
Gambar 3.6
Helmetsepeda
sepeda
pasaran.
agent
Katalis
TKKS.......
densitas
t0
elastisitas
komposisi
bebas
v-t.............
waktu......
waktu
dynamics
schematic
baru.....
Datadensity...............
Gambar 3.7 Data isotropic elasticity
Gambar 3.8 Import geometry..
Gambar 3.9 Details of anvile
Garnbar 31A Deuils of he\met................
Gambar 3.1t Connectiong......
Gambar 3.12 Mesh
Gambar 3.13 Details ofve|ocity...............
Gambar 3.1.4 Analysis settings..
Gambar 3.15 Fixed support
Gambar 3.16 5o1ution............
Gambar 3.17 Diagtam alir penelitian..
Gambar 4.1 Model helmet sepeda.......
Gambar 4 .2 Posisi jatuh helmet sepeda bagian atas.
.. ..
..,....".33
^..................33
.....................34
......................35
......................35
.....................36
......................36
...................37
.......37
... .. ...............38
.........39
.......40
..
..
..
............42
4.3 Hasil distribusi tegangan mksimum sisi atas helmet...................42
Gambar 4.4 Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi atas.........43
Gambar
vlt
Gambar 4.5
Gambar 4"6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi sisi atas.....43
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi sisi atas ...43
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet model 2....44
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi atas.........44
Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi sisi atas.....44
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi sisi atas....44
Grafik perbanding tegangan hasil simulasi sisi atas
..................45
helmet
...............45
Posisi jatuhhelmel sepeda bagian
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi samping helmet ..........46
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi samping.46
Distribusi tegangan pada sisi samping kiri hasil simulasi sisi
............46
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi
............47
Hasil distribusi tegangan sisi samping helmet model 2...............47
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi samping.43
Distribusi tegangan pada sisi samping kiri hasil simulasi sisi
............48
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi sisi
................48
perbandingan
tegangan hasil simulasi sisi samping
Grafik
.. ......,.........49
jatuh
..............49
helmet sepeda bagian
Posisi
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi belakan g he|met.......... 50
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi belakang 50
Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi sisi
............50
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi belakang helmet
....................51
rnodel
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi belakang 51
Distribusi tegangan pada sisi samping kiri hasil simulasi sisi
............52
Grafik perbandingn tegangan hasil simulasi sisi belakang
............52
Titik pembebanan impak sisi atas helmet sepeda......,.................. 56
Pola kerusakan spesimen uji impak area atas he|met...................56
Area pembebanan impak sisi samping helmet sepeda....... ...........57
Pola kerusakan spesimen uji impak area samping he|met............58
Area pembebanan impak sisi belakan g helmet sepeda................. 59
Pola kerusakan spesimen uji impak area belakang he|met...........60
sepeda.......
Gambar 4.T2
Gambar 4,13
Garnbar 4.14
Gambar 4.15
samping
samping....
Gambar 4.16
Gambar 4.17
Gambar 4.18
Gambar 4.19
samping....
samping....
Gambar 4.24
samping
Gambar 4.21
helmet
Gambar 4.22
Gambar 4.23
Gambar 4.24
Gambar 4.25
belakang
belakang...
Gambar 4.26
Gawrbar 4.27
Gambar 4.28
Gambar 4.29
2..............,
belakang...
helmet.......
Gambar 4.30
Gambar 4.31
Gambar 4.32
Gambar 4.33
Gambar 4.34
Gambar 4.35
vlil
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1.
TabelZ.Z.
Tabel2.3.
Tabel}.A.
Tabel3.1.
Tabel3.Z.
Halaman
jenuh............
.....".".......-.12
Karakteristik mekanik polyester resin tak
..................15
Parameter tipikal TKKS per
spesimen
kg
.................16
Komposisi
..............20
Waktu dan kecepatan benda
...................27
Kegiatan
........28
Alat dan
jatuh
...............53
Tabel 4.1. Hasil simulasi impak
......54
Tabel4.2. Hasil pengujian sisi atas ketinggian
Tabel4.3. Hasil pengujian sisi samping ketinggian 1.5 ..................................54
Tabel 4.4. Hasil pengujian sisi belakang ketinggian 1.5..................................55
...............56
Tabel 4.5. Perbandingan penguji atas
...............58
Tabel 4.6. Perbandingan penguji
...............59
Tabel4.7. Perbandingan penguji
penelitian
bahan
jatuh
bebas.
1.5
...........
samping....
belakang...
lx
DAFTAR NOTASI
Satuan
Ao
Keterangan
Tegangan
Luas penampang
F
Gaya
Newton
h
Ketinggian
Densitas
g/.*'
Panjang
Mm
Kecepatan
mm/s
Waktu
Jarak
Gaya Gravitasi
Massa Benda
s
Simbol
(,
p
L
v
t
S
s
m
MPa
mm2
M
m
mls2
Kg
STUI}I SIMULASI PEMBBBANA]\ TMPAK PADA HBLMET SBPBDA
DARI BAHAN POLYMERIC FOAM YAI{G DIPBRI(UAT SERBUK
TKKS I}ENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.5
SKRIPSI
Skripsi Yang Diujukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelsr Surjann Teknik
AFRINEDI
NrM.100401005
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
F'AKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
-l
ABSTRAK
Helmet sepeda adalah alat perlindungan tubuh yang dipakai pengendara sepeda
untuk melindungi kepala ketika tedatuh dan meminimalkan cedera karena
benturan. Dewasa ini material untuk pembuatan helrnet sepeda relatif rnahal ini
menyebabkan biaya produksi mahal dan berdampak pada harga jual oleh sebab itu
dilakukan Penelitian baru tentang serbuk alam dari tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) Bahan baku yang melimpah dikarenakan kerap menjadi limbah
diperkirakan cukup ekonomis dan dikembangkan menjadi material altematif yang
ramah lingkungan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensimulasi pembebanan
impak pada helmel sepeda dari bahan polymer ic foam yaugdiperkuat serbuk TKKS
dengan menggunakan software Ansys 14.5. pada penelitian ini spesirnen yang akan
diuji dua model dan disimulasi irnpak pada sisi atas, samping dan belakang untuk
mengetahui distribusi tegangan pada helm. Helmet dimodel dengan rnenggunakan
solidworks 2A10 dan disimulasi menggunakan Software ansys 14.5 untuk
dibandingkan distribusi tegangannya kemudian dibandingkan dengan helmet yang
diuji secara eksperimental. Pada penelitian ini, berhasil ditemukan bahwa dari hasil
simulasi impak pada sisi atas helmet pada ketinggian 1,5 m dengan kecepatan 5425
mm./s, pada model 1 dan 2 diperoleh tegangan maksimum 2,23Nffa dan2,27 MPa,
pada sisi sarnping model 1 danT diperoleh tegangan maksimum 8,26 MPa dan2,38
MPa dan pada sisi belakang model I dan 2 diperoleh tegangan maksimum 1,99
MPa dan 1,64 MPa sehingga dipilih helmet dengan model 1. Dengan
membandingkan tegangan model 1 dengan eksperimental uji impak jatuh bebas
sisi atas tegangan pada simulasi 1,04 MPa dengan eksperimental selisih 0,08 MPa
atau 7 ,39 o/o, pada sisi samping 1,1 1 MPa dengan eksperirnental selisih 0,1 3 MPa
atau 12,99 o/o dan pada sisi belakang 0,72 Nffa dengan eksperimental selisih 0,051
MPa atau 6,73 Yo.
Kata kunci : Helmet sepeda, Sofiware ANSYS 14.5, Impak jatuh bebas.
ABSTRACT
Bicycle helmet is a form of body protection that was used qtclists to protect the
head when/blling and minimizing injury caused by impact. Nowadays the material
.for bike helmet mandacturingrelatively expensive this makes production costs and
selling price higher, therefore new research conducted on natural powder from oil
palm empty fruit bunches (EFB). Raw abundant often become waste, it was
estimated to be quite economical and can be developed into alternative materials
that are environmentally friendly. The purpose of this study was to simulating
impact load on bicycle helmet from polymeric materials reinforced EFB powder
using Ansys 14.5 safruara In this study the specimens will be tested in two dffirent
types and simulated by giving the impact load on the top, side, and rear to know the
stress di,stribution on the helmet. Helmet was modeled by using SolidWorla 2012
and simulated using INSFS 14.5 software to compare the stress distributian
betweenthe two type,s and then comparisingthe datawith the helmetwhich is tested
experimentally. In this study, it is found thot the results of the impact simulation on
the topface of the helmet at the height o/'1.5 m and velocity af 5425 mm/s, an type
I and 2 obtained the maximum stress 2.23 MPa cnd 2.27 MPc, on the sideface of
the type I and 2 obtained the maximumSrre^ss 8.26 MPa and 2.i8 Mpa, and on the
rear face of the type I qnd 2 obtained maximum stress 1.99 MPa and 1.64 MPa, so
we found that type I helmet is better on recieving irnpact stress. Comparing tlte
stress that occurs on top face in the simulation results is 1.01 and experimental
results offreefall impact test obtained by the dffirence of 0.08 MPa ar 7.39ok, the
stress that occurs on side .face in the simulation results is L I I and experimental
results offreefall impact test obtained by the dffirence of 0.13 MPa or 12.99%,
and the stress that occurs on rear face in the sirnulation results is 0.72 and
experiruental results offree fall impact test on top face obtained by the dffirence
of 0.051 MPa or 6.73%.
Keyword: Bicycle helmet,l,^'/,SyS 14.5 Software, Free-Fall Impact.
KATA PENGANTAR
P{i
dan syukur penulis panjatkan kepada Ailah S.W.T yang memberikan
limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini dengan sebaik mungkin.
Skripsi ini be{udul "STUDI SIMULASI PENIBEBANAN IMPAK PADA
HELMET SEPEDA DARI BAIIAN POL}.UIERIC FOAM YANG
DIPERKUAT SERBUK TKKS DENGAN MENGGUNAKAN SOTTWARE
ANSYS 14.5". Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk menyelasaikan pendidikan
Strata-l (S1) pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Proses penyusunan skripsi dari awal hingga selesai yang penulis lakukan
dapatterlaksana berkat bantuan dan dukungan dari semua pihak. Untuk itulah, pada
kesempatan
ini penulis ingin menyampaikan
rasa terima kasih yang mendalam dan
setulusnya kepada:
L Kedua orang tua penulis yang telah memberikan
rasa cinta dan kasih sayang
serta doanyayang sangat besar kepada penulis sehingga pengerjaan skripsi
dapat berjalan dengan baik.
2.
Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME. selaku dosen pembimbing
penulis yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan
bimbingan ilmu kepada penulis.
J
Bapak Dr -Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
Bapak Ir. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
5.
Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang
telah membirnbing, membantu, dan mengajari penulis selama kuliah di
Departemen Teknik Mesin.
6.
Kawan-kawan stambuk 2009 dan 2010 terutama Suhandika Putra, Feby
Danimasthari, Ahmad Riyaldi, Muhammad llham, Fakhrur Rozy,
Muhammad ZaW, Siddiqi, Brema Tarigan, Amma dan teman-teman
ill
mahasiswa Mesin USU, kemudian juga abangda Ade Irwan dan abangda
Faclviza yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam
penyelesaian skripsi ini.
7
.
Seluruh pihak yatgbanyak membantu penulis dalam pengerjaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan ilmu bagi penulis dan
bagi masyarakat pada umumnya. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan
saran yang mambangun dari pembaca.
Medan, 8 Juli
2015
AFRINEDI
i0040100s
tv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
KATA PENGANTAR.........
................i
......iii
DAFTAR rsr...................
BAB
I PENDAIIULUAN
1.1. LatarBelakang
1.2. Rumusan Masalah....
1.3 Tujuan Penelitian
TujuanUmum......
Khusus.
1.4. Batasan Masalah....
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan..
1.3.1.
1.3.2. Tujuan
PUSTAKA
2.1. Sejarah Helmet sepeda
2.2. Desain Helmet sepeda
2.2.1. Standarisasi Helmet Sepeda......
2.3. Bahan komposit...
BAB 2 TINJAUAN
,.............1
.......1
................2
.....................3
.........3
.............3
..................3
....."............4
............4
...................5
............5
,............6
.....10
....................10
2.3.1. Polyesterresintakjenuh@QTN157-EX) ......11
..........""......12
2.3.2. Blowing Agent ..............
...........14
2.3.3. Katalis MEKPO
2.3.4. Serbuk tandan kosong kelapa sawit (TKKS) .............. .......14
2.4. Komposit Material yang digunakan.......... ..................16
............18
2.5. Uji Impak Jatuh Bebas
........19
2.5.1. Gerak Jatuh Bebas
..................20
2.5.2. Gerak Lurus
...................22
2.5.3. Momentum dan Impuls
...................23
2.5.4. Gaya Impak
......................23
2.5.5. Tegangan
2.6.
2.7
Mekanisme Retak Tegang
Simulasi
Numerik...
Komposit.
PENELrrrAN..........
3.1. Tempat dan Waktu
BAB 3 METODOLOGT
.......24
.................25
............27
............-.....27
Tempat.....
3.L2. Waktu.......
Peralatan dan Bahan
Desain Helmet Sepeda......
3.1.1.
3.2.
J.J-
3.4.
3.5.
....................27
....................27
................27
.......28
3.3.1. Model Helmet Sepeda dangan Tulang Lurus kedepan .......28
3.3.2. Model Helmet Sepeda dengan Tulang Lurus kesamping...29
Metode Penelitian..
..................30
3.4.1. Simulasi Impak Jatuh Bebas MenggunakanAnsys 14.5,..-.30
3.4.2. EngineeringData
..........32
3.4.3- Geometry
......................33
3.4.4. Model I Ansys Mechanical ................
...............34
Diagram Aliran Penelitian..
.....39
BAB 4IIASIL DAN PEMBAEASAN
..................... 40
4.1. Pendahuluan.............
................40
4.2. Hasil Pembuatan Helmet Sepeda
...............40
4.3. Metode Pengujian Penelitian..
....................41
4.4. Simulasi Impak Menggunak an An,tys I 4. 5 Workb ench ................. 41
4.5. Simulasi Pembebanan Pada Sisi Atas Helmer Sepeda.. .................42
4.5.1. Hasil Simulasi Helmer Model 1................
4.5.2. Hasil Simulasi Helmer Model 2................
4.6.
.......43
Simulasi Pembebanan Pada Sisi Samping Helmet Sepeda............45
4.6.1. Hasil Simulasi Helmer Model
.......46
1................
4.6.2. Hasil Simul*si Helmer Model 2...............
4.7.
.......42
........47
Simulasi Pembebanan Pada Sisi Belakang Helmet Sepeda ...........49
4.7.1. HasilSimulasiHelmerModel1................ .......50
4.7.2. HasilSimulasiHelmerModel2............... ........51
4.8. Kumpulan dan Perbandingan Data Hasil Simulasi Pengujian. ......53
4.9. Kumpulan Data Hasil Pengujian Jatuh Bebas Eksperimental........53
4.9.1. Pengujian Pada Sisi Atas Helmer Sepeda..
.....53
4.9.2. Pengujian Pada Sisi Samping Helmet Sepeda .................. 54
4.9.3. Pengujian Pada Sisi Belakang H elmet Sepeda ................. 55
4. 1 0. PerBandingan
Hasil Simulasi Dengan Uj i Eksperimental ............. 55
4. I 0. 1. Perbandingan Penguj ian Atas H elmet Sepeda................... 55
4.1A.2. Perbandingan Pengujian Samping He lmet Sepeda...... ...... 57
4. 1 0. 3. Perbandingan Penguj ian Belakang H elmet Sepeda...... ...,. 59
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
6t
5.1. Kesimpulan
61
5.2. Saran
61
DAF'TAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Halaman
.....,.............."...5
Gambar2.1
..........8
Gambar 2.2 Bentuk dan struktur helmet sepeda di
........................8
Gambar 2.3 Komponen helmet
Gambar 2.4 Gabungan makroskopis thsa-fasa pembentuk komposit..............11
Gambar 2.5 Resin unsaturated polyester BQTN-157 EX...............................11
......12
Gambar 2.6 Blowing
..................14
Gambar2.1
..................15
Gambar 2.8 Serbuk
............17
Gambar 2.9 Perbandingan
..........17
Perbandingan modulus
Gambar 2.
..............17
Gambar 2.11 Perbandingan kekuatan tarik per
Gambar 2.12 Perbandingan kekuatan tekan per komposisi............................... I8
Gambar2.l3 Perbandingankekuatanlenturperkomposisi..............................18
..... 19
Gambar 2.14 Alrt uji impakiatuh
....................20
Garnbar 2.15 Grafrk hubungan
................21
Gambar 2.16 Diagram kecepatan .............22
Garnbar 2.17 Grafrkgayavs
Gambar 3.1 Pandangn helmet sepedatulang lurus kedepan......................."....28
Gambar 3.2 Pandangan helmet sepeda tulang lurus kesamping...... ... ............29
...................31
Gambar 3.3 Explicit
..................31
Gambar 3.4 Project
.............32
Gambar 3.5 Data material
.............32
Gambar 3.6
Helmetsepeda
sepeda
pasaran.
agent
Katalis
TKKS.......
densitas
t0
elastisitas
komposisi
bebas
v-t.............
waktu......
waktu
dynamics
schematic
baru.....
Datadensity...............
Gambar 3.7 Data isotropic elasticity
Gambar 3.8 Import geometry..
Gambar 3.9 Details of anvile
Garnbar 31A Deuils of he\met................
Gambar 3.1t Connectiong......
Gambar 3.12 Mesh
Gambar 3.13 Details ofve|ocity...............
Gambar 3.1.4 Analysis settings..
Gambar 3.15 Fixed support
Gambar 3.16 5o1ution............
Gambar 3.17 Diagtam alir penelitian..
Gambar 4.1 Model helmet sepeda.......
Gambar 4 .2 Posisi jatuh helmet sepeda bagian atas.
.. ..
..,....".33
^..................33
.....................34
......................35
......................35
.....................36
......................36
...................37
.......37
... .. ...............38
.........39
.......40
..
..
..
............42
4.3 Hasil distribusi tegangan mksimum sisi atas helmet...................42
Gambar 4.4 Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi atas.........43
Gambar
vlt
Gambar 4.5
Gambar 4"6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi sisi atas.....43
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi sisi atas ...43
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet model 2....44
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi atas.........44
Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi sisi atas.....44
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi sisi atas....44
Grafik perbanding tegangan hasil simulasi sisi atas
..................45
helmet
...............45
Posisi jatuhhelmel sepeda bagian
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi samping helmet ..........46
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi samping.46
Distribusi tegangan pada sisi samping kiri hasil simulasi sisi
............46
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi
............47
Hasil distribusi tegangan sisi samping helmet model 2...............47
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi samping.43
Distribusi tegangan pada sisi samping kiri hasil simulasi sisi
............48
Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi sisi
................48
perbandingan
tegangan hasil simulasi sisi samping
Grafik
.. ......,.........49
jatuh
..............49
helmet sepeda bagian
Posisi
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi belakan g he|met.......... 50
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi belakang 50
Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi sisi
............50
Hasil distribusi tegangan maksimum sisi belakang helmet
....................51
rnodel
Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi sisi belakang 51
Distribusi tegangan pada sisi samping kiri hasil simulasi sisi
............52
Grafik perbandingn tegangan hasil simulasi sisi belakang
............52
Titik pembebanan impak sisi atas helmet sepeda......,.................. 56
Pola kerusakan spesimen uji impak area atas he|met...................56
Area pembebanan impak sisi samping helmet sepeda....... ...........57
Pola kerusakan spesimen uji impak area samping he|met............58
Area pembebanan impak sisi belakan g helmet sepeda................. 59
Pola kerusakan spesimen uji impak area belakang he|met...........60
sepeda.......
Gambar 4.T2
Gambar 4,13
Garnbar 4.14
Gambar 4.15
samping
samping....
Gambar 4.16
Gambar 4.17
Gambar 4.18
Gambar 4.19
samping....
samping....
Gambar 4.24
samping
Gambar 4.21
helmet
Gambar 4.22
Gambar 4.23
Gambar 4.24
Gambar 4.25
belakang
belakang...
Gambar 4.26
Gawrbar 4.27
Gambar 4.28
Gambar 4.29
2..............,
belakang...
helmet.......
Gambar 4.30
Gambar 4.31
Gambar 4.32
Gambar 4.33
Gambar 4.34
Gambar 4.35
vlil
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1.
TabelZ.Z.
Tabel2.3.
Tabel}.A.
Tabel3.1.
Tabel3.Z.
Halaman
jenuh............
.....".".......-.12
Karakteristik mekanik polyester resin tak
..................15
Parameter tipikal TKKS per
spesimen
kg
.................16
Komposisi
..............20
Waktu dan kecepatan benda
...................27
Kegiatan
........28
Alat dan
jatuh
...............53
Tabel 4.1. Hasil simulasi impak
......54
Tabel4.2. Hasil pengujian sisi atas ketinggian
Tabel4.3. Hasil pengujian sisi samping ketinggian 1.5 ..................................54
Tabel 4.4. Hasil pengujian sisi belakang ketinggian 1.5..................................55
...............56
Tabel 4.5. Perbandingan penguji atas
...............58
Tabel 4.6. Perbandingan penguji
...............59
Tabel4.7. Perbandingan penguji
penelitian
bahan
jatuh
bebas.
1.5
...........
samping....
belakang...
lx
DAFTAR NOTASI
Satuan
Ao
Keterangan
Tegangan
Luas penampang
F
Gaya
Newton
h
Ketinggian
Densitas
g/.*'
Panjang
Mm
Kecepatan
mm/s
Waktu
Jarak
Gaya Gravitasi
Massa Benda
s
Simbol
(,
p
L
v
t
S
s
m
MPa
mm2
M
m
mls2
Kg