BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan
Waktu
Pengambilan data telah dilaksanakan oleh peneliti sebelumnya [5] di laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sedangkan
klarifikasi dengan simulasi komputer akan dilaksanakan di IC-STAR. Waktu penelitian mulai dari tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dinyatakan selesai.
3.2. Bahan, Peralatan dan Metode
3.2.1. Bahan Dalam penelitian ini spesimen helm yang akan disimulasikan adalah helm industri yang
terbuat dari komposit polimer GFRP yang terdiri dari polyester resin 157 BQTN EX dan dua lapis serat E-Glass jenis Chop Strand Mat yang dibuat dengan metode hand lay up Gambar 3.1.
a tampak atas b tampak samping Gambar 3.1 Helm komposit
3.2.2. Peralatan Peralatan yang digunakan untuk mengambil data tegangan insiden dan tegangan yang terjadi
pada helm adalah alat uji kompak seperti yang terlihat pada gambar 2.8, data ini merupakan data rujukan yang diperoleh dari peneliti sebelumnya [5]. Untuk simulasi tegangan pada helm digunakan
software MSC Nastran 4.5, sedangkan pemodelan helm dibuat dengan bantuan software Autocad.
M. Rafiq Yanhar : Simulasi Tegangan Pada Helm Industri Dari Bahan Komposit Gfrp Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2008
USU Repository © 2008
3.2.3 Metode
3.2.3.1 Metode pengumpulan data
3.2.3.1.1 Sifat mekanik helm
Sifat mekanik helm yang diperlukan dalam simulasi komputer adalah modulus elastisitas dan poisson ratio, yang telah diperoleh dari uji tarik material helm tersebut [1].
3.2.3.1.2 Massa jenis helm Massa jenis
ρ spesimen uji merupakan salah satu informasi penting yang dibutuhkan untuk simulasi komputer. Harga massa jenis spesimen uji telah diperoleh dengan cara mengukur besarnya
massa dibagi dengan volume spesimen [5]. Volume diketahui dengan mengukur dimensi pada saat spesimen berbentuk potongan pelat yang berukuran 10
×
10
×
4 mm, sedang massa diukur dengan timbangan digital.
3.2.3.1.3 Pengukuran tidak langsung metode dua gage Pengimpakan helm dengan metode dua gage dimaksudkan untuk menghitung tegangan impak
yang merambat pada input bar dan tegangan insiden yang masuk serta berpropagasi ke dalam helm, tegangan insiden inilah yang akan dimasukkan sebagai beban impak dalam simulasi komputer.
Pengukuran tidak langsung ini dilakukan dengan cara menempel dua buah semi conductor gage pada input bar pada posisi 1100 mm dan 1300 mm dari ujung kiri input bar seperti diperlihatkan pada
Gambar 3.10. Sinyal gelombang tegangan dihasilkan dari ujung impak striker dan input bar, setelah pengimpakan.
500 1500
st r ik e in pu t
b 1100
gage a gage b
M. Rafiq Yanhar : Simulasi Tegangan Pada Helm Industri Dari Bahan Komposit Gfrp Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2008
USU Repository © 2008
1300
35.82866023
-80 -40
40 80
700 800
900 1000
1100 1200
1300
Waktu μs
Te g
an g
an MP
a
3.6543645
-15 -10
-5 5
10 15
100 200
300 400
500 600
Time
μ
s S
tr ess
MP a
Gambar 3.2 Tipikal grafik tegangan impak dan tegangan insiden 3.2.3.1.4. Pengukuran langsung
Pengujian respon helm yang dilakukan secara langsung bertujuan untuk memperoleh data tegangan yang terjadi pada helm, data inilah yang akan dibandingkan dengan data hasil simulasi
komputer. Pengukuran langsung ini dilakukan dengan menggunakan uniaxial strain gage yang dipasangkan arah-X dan arah-Y pada jarak 15 mm dan 30 mm pada bagian atas helm. Helm diimpak
dengan jarak impak yang bervariasi dengan tekanan impak 0,4 Mpa. Pemasangan strain gage dengan jarak yang sudah ditentukan di atas bertujuan untuk
mendeteksi karakteristik tegangan sedekat mungkin dengan beban impak dengan memvariasikan tekanan dan jarak impak. Adapun set-up pengukuran langsung pada helm tersebut dapat dilihat pada
Gambar 3.3 dan 3.4. Set-up pengukuran tegangan arah-X
σ
x
dan Y
y
σ
akibat impak pada helm dari arah atas ditunjukkan pada Gambar 3.3 dan 3.4.
M. Rafiq Yanhar : Simulasi Tegangan Pada Helm Industri Dari Bahan Komposit Gfrp Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2008
USU Repository © 2008
Gambar 3.3 Set-up pengukuran respon helm dengan uniaxial gage arah-X σ
x
b= 15 mm dan 30 mm dari titik impak
Gambar 3.4 Set-up pengukuran respon helm dengan uniaxial gage arah-Y σ
y
b= 15 mm dan 30 mm dari titik impak
3.2.3.2 Metode Analisa Dengan Simulasi Dalam penelitian ini analisa dengan simulasi komputer dilakukan dengan menggunakan software
MSCNASTRAN 4.5 sedangkan model helm industri digambar dengan bantuan software Autocad. Adapun langkah-langkah analisa dengan simulasi komputer dapat dilihat seperti berikut ini,
1. Helm industri digambar sesuai dengan dimensi dan geometri helm yang sebenarnya dengan
menggunakan software Autocad. Karena bentuknya yang simetris maka helm akan dibagi menjadi dua bagian dengan tujuan untuk mempercepat proses analisa yang akan dilakukan
dengan software Nastran. 2.
Permukaan helm dibagi dalam elemen-elemen yang berbentuk heksagonal atau tetrahedral dengan ukuran elemen sesuai dengan yang diinginkan dengan mengisi item-item yang
diperlukan pada kotak dialog di bawah ini.
Input Bar
500 mm 1500 mm
Striker
Input Bar Striker
1500 mm 500 mm
M. Rafiq Yanhar : Simulasi Tegangan Pada Helm Industri Dari Bahan Komposit Gfrp Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2008
USU Repository © 2008
Gambar 3.5 Kotak dialog ukuran elemen 3.
Sifat mekanik helm seperti modulus elastisitas, poisson ratio, dan massa jenis dimasukkan ke software MSCNASTRAN 4.5.
Gambar 3.6 Kotak dialog sifat mekanik 4.
Pada titik-titik tertentu dari helm diconstraint sehingga pada sumbu-sumbu yang diinginkan helm tidak dapat bergerak sesuai dengan keadaan pada waktu melakukan pengujian di
laboratorium.
M. Rafiq Yanhar : Simulasi Tegangan Pada Helm Industri Dari Bahan Komposit Gfrp Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2008
USU Repository © 2008
Gambar 3.7 Kotak dialog constraint
5. Waktu impak pada simulasi MEH diambil dari grafik tegangan insiden dari hasil pengujian
dan akan dimasukkan ke kotak dialog berikut ini :
Gambar 3.8 Kotak dialog model fungsi 6. Dalam software Nastran ini beban akan diberikan dalam bentuk tegangan pressure, karena
berdasarkan hasil eksperimen beban impak yang membentur helm adalah dalam bentuk tegangan insiden. Beban impak tersebut akan diletakkan pada elemen yang sesuai dengan titik
impak sewaktu pengujian, beban impak akan dimasukkan ke kotak dialog berikut ini :
M. Rafiq Yanhar : Simulasi Tegangan Pada Helm Industri Dari Bahan Komposit Gfrp Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2008
USU Repository © 2008
Gambar 3.9 Kotak dialog beban impak 7.
Setelah langkah-langkah di atas selesai dilakukan maka langkah terakhir yaitu proses analisa bisa dilakukan sehingga distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm dapat diperoleh.
Gambar 3.10 Kotak dialog analisa
3.3. Rancangan Penelitian
Kategori