SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA BUMPER MOBIL DARI BAHAN KOMPOSIT GFRP EX 157 DILAPISI SERAT KACA DENGAN MENGGUNAKAN MSC/NASTRAN 4.5 | Karya Tulis Ilmiah
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA BUMPER MOBIL
DARI BAHAN KOMPOSIT GFRP EX 157 DILAPISI SERAT
KACA DENGAN MENGGUNAKAN MSC/NASTRAN 4.5
Parlindungan S. Pasaribu
Dosen : Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan
Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui besarnya tegangan yang terjadi pada bumper
mobil berbahan komposit GFRP yang mendapat beban. Dengan mnggunakan metode simulasi MSC/
Nastran 4.5, maka penulis dapat mengetahui besarnya tegangan yang terjadi pada bumper mobil.
Bumper terbuat dari penggabungan polyester resin 157 EX dan dan dua (2) lapis e-glass.
Pemodelan bumper akan dibuat sesuai dengan dimensi aslinya dengan menggunakan sofware
Autocad 2002, sedangkan distribusi tegangan yang terjadi pada bumper akan dianalisa dengan
software MSC/ Nastran. Dengan pemberian beban impak yang sama yaitu sebesar 2,2 MPa pada
impak depan dan impak samping, maka diperoleh selisih hasil pada setiap pemberian beban impak,
yaitu impak depan posisi A arah X = 1,548 MPa, arah Z = 1,717 MPa dan impak depan posisi B
arah X = 1,538 MPa, arah Z = 1,538 MPa. Sedangkan impak samping posisi A arah Y = 1,35 MPa,
arah Z = 1,265 MPa, dan impak depan posisi B arah Y = 1,748 MPa, arah Z = 1,686 MPa. Maka
dapat disimpulkan bahwa setiap pemberian beban pada setiap elemen yang berbeda akan
menghasilkan distribusi tegangan yang berbeda.
Kata-kata Kunci: Simulasi, Bumper, Komposit GFRP, Tegangan.
Pendahuluan
Bagian mobil yang paling sering menerima
benturan maupun gesekan akibat tabrakan
adalah bumper mobil tersebut. Pemasangan
bumper mobil ini bertujuan untuk menahan
benturan yang diterima mobil pada saat
bertabrakan dengan benda lain. Selain itu,
berfungsi juga untuk melindungi penumpangnya dari tabrakan tersebut. Namun, ketika
bumper mobil menerima beban akibat
tabrakan/gesekan yang terjadi, belum diketahui
seberapa besar distribusi tegangan yang terjadi
pada bumper mobil tersebut.
Oleh karena itu, untuk mengetahui besarnya
distribusi tegangan yang terjadi pada bumper
mobil yang diakibatkan oleh tabrakan maupun
gesekan tersebut, maka dilakukanlah simulasi
distribusi tegangan dengan menggunakan
software MSC/ Nastran for Windows 4.5.
Dengan melakukan simulasi tersebut akan
diperoleh informasi mengenai besarnya
distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil akibat dari benturan maupun gesekan.
Untuk mengetahui besar distribusi tegangan
yang diterima bumper mobil dari pembebanan
68
samping dan depan, peneliti melakukan
simulasi dengan menggunakan software
Autocad 2002 dan MSC/ NASTRAN for
Windows 4.5, sehingga diperoleh informasi
mengenai kekuatan bumper mobil dari bahan
komposit GFRP EX 157 yang dilapisi dengan
serat kaca.
Tinjauan Pustaka
Bumper Mobil
Kata “bumper” berasal dari bahasa Belanda
yang artinya menahan benturan. Bagian yang
paling sering menerima benturan atau gesekan
pada mobil ketika terjadi tabrakan adalah
bumper mobil tersebut. Bumper merupakan
komponen tambahan yang dipasang pada
bagian depan dan belakang mobil. Manfaat
dari bumper adalah sebagai pengaman pertama
terhadap body mobil dan penumpangnya
apabila terjadi benturan atau tabrakan. Bumper
terbagi atas 2 (dua) jenis, yaitu bumper depan
dan bumper belakang. Pada dasarnya
komponen bumper depan dan belakang sama,
yaitu bumper sub, bumper arm, bumper side
extension sub (bumper samping) dan bumper
filler. Penggunaan bumper juga berperan dalam
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
menjaga tampilan mobil agar terlihat bagus dan
menarik.
Adapun bentuk bumper depan dapat dilihat
pada Gambar 1.
Komposit
Gambar 1. Bumper depan mobil
Serat Kaca
Kaca sering kita temui dalam kehidupan
sehari-hari. Unsur penyusun utama kaca adalah
silikon dioksida. Disamping itu, ada juga
senyawa-senyawa lain seperti aluminium
oksida dan natrium oksida. Senyawa ini
merupakan senyawa tambahan yang diperlukan
untuk mempermudah pembuatan kaca. Silikon
kita ketahui adalah salah satu unsur yang
paling banyak ditemui di alam setelah oksigen
dan karbon. Jadi kaca bukanlah barang yang
mahal. Namun demikian, serat kaca bukan
barang yang murah pula. Proses pembuatan
serat kaca menyebabkan harga serat kaca
menjadi mahal.
Plastik Berserat Kaca
Plastik berserat kaca (glass-reinforced plastic –
GRP), yang juga dikenal sebagai plastik yang
diperkuat oleh serat kaca (Glass FiberReinforced Plastic – GFRP), merupakan suatu
polimer yang diperkuat. Polimer ini terbuat
dari bahan plastik yang diperkuat oleh seratserat halus yang terbuat dari kaca. Bahan ini
juga dikenal dengan nama GFK yang
merupakan
kepanjangan
dari
Glasfaserverstärkter Kunststoff atau yang
biasanya lebih akrab dikenal oleh serat kaca
yang digunakan dalam proses penguatannya,
yang dalam bahasa inggrisnya disebut
fiberglass.
GRP adalah suatu bahan serba guna yang
mengkombinasikan keringanan bahan dengan
69
kekuatan intrinsik untuk menyediakan suatu
lapisan luar yang tahan segala cuaca, dengan
berbagai variasi tekstur permukaan dan
cakupan pilihan warna yang tidak terbatas.
Kegunaannya yang pertama di dunia sipil
adalah dalam pembuatan perahu, dimana bahan
ini diterima secara umum di tahun 1950-an.
Kegunaannya sekarang telah merambah bidang
otomotif dan perlengkapan olahraga seperti
juga model pesawat terbang, walaupun untuk
yang disebut terakhir ini, kegunaannya
sekarang sebagian telah diambil alih oleh
bahan carbon fiber yang beratnya lebih ringan
per volumenya namun lebih kuat baik secara
volume maupun beratnya.
Komposit merupakan merupakan rekayasa
skala makro (engineering macroscale), yang
tersusun dari kombinasi dua material atau lebih
yang menghasilkan kemampuan yang lebih
baik daripada apabila komponen itu berdiri
sendiri, artinya penggabungan sifat-sifat
unggul dari pembentukan masih terlihat nyata.
Komposit dikenal sebagai bahan teknologi dan
bukan bahan struktur konvensional melainkan
bahan struktur yang artinya dapat diperoleh
dari hasil teknologi pemrosesan bahan.
Kemajuan teknologi pemroresan bahan dewasa
ini telah menghasilkan bahan teknik yang
dikenal sebagai bahan komposit.
Klasifikasi Bahan Komposit
Adapun klasifikasi dari bahan komposit antara
lain sebagai berikut:
1. Komposit Partikel (Particle-Reinforced)
Merupakan komposit yang diperkuat
partikel, penguat dalam suatu atau lebih
partikel yang tersebar diikat oleh matriks
yag berbeda phasa. Komposit partikel
diperkuat oleh logam, polymer, keramik.
Komposit partikel ini terdiri dari partikel
besar dan partikel kecil. Partikel besar
(Large Particle) merupakan hubungan
antara suatu matriks dan artikel yang
merupakan satu kesatuan. Sifat-sifat bahan
phasa partikel lebih keras dan lebih kaku
daripada phasa matriks. Contoh bahan
campuran semen dan kerikil. Partikel kecil
(Dispersion
Strengthened)
merupakan
hubungan antar matriks dan partikel yang
bukan merupakan satu kesatuan, lebih kuat
dan kaku dibandingkan dengan komposit
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
partikel besar. Adapun bentuk komposit
partikel dapat dilihat pada Gambar 2.
ISSN : 1693 – 6809
Mekanisme
kegagalan
komposit
yang
diperkuat serat yang tidak searah dapat dilihat
pada Gambar 4.
Gambar 2. Komposit partikel
2. Komposit Serat
Komposit serat merupakan komposit yang
diperkuat serat phasa penguat berbentuk
serat dalam diikat oleh matriks, diameter
0,01-0,1 µm. Ukuran serat sangat
menentukan bahan komposit menerima
gaya-gaya luar. Semakin panjang ukuran
serat, maka semakin efisien dalam
menerima gaya searah serat. Panjang serat
berfungsi
untuk
menghilangkan
kemungkinan retak sepanjang batas
pertemuan serat dengan matriks. Selain itu,
komposit serat juga berfungsi untuk
mencegah cacat permukaan. Adapun jenisjenis dari komposit serat antara lain:
continuous fiber composite, woven fiber
composite (bi-directional), discontinuous
fiber composite dan hybrid fiber composite.
3. Komposit/ Struktur Laminat
Komposit yang terdiri dari dua bahan yang
berlainan (lamina) terdiri atas susunan
phasa penguat dan matriks dalam bentuk
lamina bias dalam arah searah dan tegak
lurus, arah tidak beratuan tergantung pada
keperluan terhadap beban. Adapun bentuk
komposit laminat dapat dilihat pada
Gambar 3.
Gambar 4. Model kegagalan komposit
diperkuat serat yang tidak
searah
Kegagalan komposit juga terjadi karena
kerusakan laminasi pada matriks dan terjadinya
delaminasi pada lapisan matriks seperti yang
terlihat pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Gambar 5. Mikro kerusakan laminasi pada
Matriks dan terjadi delaminasi
pada lapisan matriks
Gambar 6. Mikro kerusakan laminasi, terjadi
kerusakan serat dan matriks serta
delaminasi antara lapisan serat dan
matriks
MSC/NASTRAN For Windows V. 4.5
Gambar 3. Komposit Laminat
Mekanisme Kegagalan Komposit
Sifat komposit sangat kompleks karena sangat
tergantung pada bagaimana masing-masing
komponen
dikombinasikan.
Kemampuan
mekanis secara keseluruhan dapat saja menjadi
sangat
berbeda
walaupun
komponen
penyusunannya
sama,
tetapi
proses
pembuatannya berbeda.
MSC/NASTRAN For Windows V. 4.5
merupakan salah satu dari beberapa software
untuk menganalisis struktur dengan elemen
hingga (Finite Elemen Hingga). Nastran terdiri
dari 2 program utama, yaitu: Pre/Post
Processor yang disebut FEMAP dan
prosesornya yaitu MSC/NASTRAN 4.5.
FEMAP digunakan untuk membuat model,
validasi kondisi dan melihat hasil analisa FEM
yang seluruhnya berorientasikan grafik dan
bersifat interaktif (Graph User Interface/ GUI).
Prosesor Nastran merupakan software utama
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
70
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
FEM yang berorientasikan angka numeric yang
berfungsi manganalisis dengan metode elemen
sehingga diperoleh hasil sesuai dengan jenis
analisanya.
Toleransi Impak Pada Bumper
Untuk memperoleh besar beban (impak) Ft
dimana bumper merupakan yang paling sering
bersentuhan dengan benda keras yang lain,
maka dengan melihat kurva toleransi dapat
diketahui besar distribusi tegangan yang
diterima bumper mobil. Adapun bentuk kurva
dari distribusi tegangan dapat dilihat pada
Gambar 7.
MPa
300
(MPa)
Sumbu T = Waktu akhir kerusakan bumper
(m/s)
g
= Grafitasi m/s
a
= Percepatan (m/s)
V
= Percepatan benda ( m/s
12
2∆
T
2
)
= Perubahan jarak (MPa)
= Waktu pemberian beban (s)
Konsep kerangka
Permasalahan:
Berapa besar distribusi
tegangan dan berapa
tegangan terbesar bumper
mobil dari bahan komposit
dilapisi serat kaca
200
Simulasi bumper mobil
100
Injury ukely
menggunakan MSC/
NASTRAN 4.5
Injury unukely
0
10
20
30
40
50
T(m/s)
Hasil yang diperoleh:
- Distribusi tegangan
- Tegangan terbesar
Gambar 7. Kurva toleransi impak bumper
Dimana:
Pada sumbu Av
merupakan garis akhir
kerusakan bumper dengan rumus 1.
Av =
a1
g
(1)
Percepatan maksimum = 300.g (g = percepatan
gravitasi bumi) dihitung dengan menggunakan
rumus 2.
V
a=
Jangka waktu yang
dengan rumus 3.
T=
12
2Δ
dibutuhkan
2Δ
V2
1
(2)
dihitung
(3)
Dimana:
Sumbu AV
71
Variabel Bebas:
Propertis Bumper:
- Young Modulus
- Poission’s Ratio
- Mass Density
- Jarak
- Besar Tegangan
Gambar 8. Kerangka pemikiran
Metode Penelitian
Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium
Universitas Sumatera Utara (USU) Medan.
Sedangkan simulasi ini dikerjakan dengan
menggunakan perangkat lunak AUTOCAD
2002 dan MSC/NASTRAN for Windows 4.5.
Adapun penelitian ini dimulai pada bulan
Desember 2012.
Bahan, Peralatan dan Metode
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah komposit jenis Glass Fiber Reinforced
Plastics (GFRP) 157 EX dan serat kaca jenis
E-glass. Adapun mekanikal propertis komposit
GFRP dapat dilihat pada Tabel 1.
= Garis akhir kerusakan bumper
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Tabel 1. Mekanikal propertis komposit
GFRP
No
.
1.
2.
3.
Propertis
Unit
Young Modulus, E
Poission Ratio, v
Massa Jenis, ρ
199,93 Mpa
0,33
1,555 x 10−6 kg/mm 3
1. Mendesain
bumper
mobil
dengan
menggunakan software Autocad 2002.
2. Menggambar bumper mobil dalam software
MSC/ NASTRAN for Windows 4.5 sesuai
dengan desain yang diimport dari Autocad
2002.
3. Setelah itu, hasil gambar tersebut akan
diproses dan dianalisa untuk mendapatkan
besarnya tegangan yang dihasilkan.
Peralatan
Metode Analisa dengan Simulasi Komputer
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah sebagai berikut:
1. Software AutoCad 2002
Autocad dapat merancang dan mendesain
berbagai macam gambar dalam hal ukuran
dimensi, model dimensi yaitu: 1 dimensi, 2
dimensi dan 3 dimensi sesuai dengan
kebutuhan, sehingga terbentuk gambar
sesuai dengan bentuk bumper yang
sebenarnya. Hasil penggambar pada
Autocad 2002 dapat dilihat pada Gambar 9.
Adapun metode yang digunakan pada analisis
bumper mobil ini adalah:
1) MenggambarBumper dengan Menggunakan
Autocad 2002
Bumper mobil digambar di Autocad 2002
dengan ukuran sebagai berikut:
Panjang : 1716 mm,
Lebar : 540 mm,
Tinggi : 550 mm dan
Tebal : 10 mm.
Kemudian hasil penggambaran bumper
mobil di Autocad 2002 tersebut diimpor ke
MSC/ NASTRAN 4.5.
2) Simulasi Komputer Menggunakan MSC/
NASTRAN for Windows 4.5
Dalam MSC/ NASTRAN for Windows 4.5
akan
dilakukan
pengujian
untuk
memperoleh hasil besar distribusi tegangan
yang terjadi pada bumper mobil berbahan
komposit GFRP EX 157 yang dilapisi serat
kaca.
Gambar 9. Hasil penggambaran bumper
di Autocad 2002
Variabel Yang Diamati
2. Software MSC/NASTRAN for Windows4.5
Software yang dapat menganalisa dan
mensimulasi. Prosesor Nastran merupakan
software utama FEM yang berorientasikan
angka numeric yang berfungsi manganalisis
dengan metode elemen,sehingga diperoleh
hasil sesuai dengan jenis analisanya serta
melihat hasilnya secara grafik dengan
FEMAP.
Metode Pengolahan Data
Simulasi ini dilakukan dengan menggunakan
software MSC/ NASTRAN for Windows 4.5.
Data daya tekan diperoleh dari young modulus,
poisson’s ratio, dan mass density. Adapun
langkah-langkah untuk mengolah data adalah:
Adapun variabel-variabel yang akan diamati
dalam
simulasi
dengan
software
MSC/NASTRAN for Windows 4.5 secara
keseluruhan adalah sebagai berikut:
1. Bahan pembuatan bumper
2. Posisi pengimpakan
3. Arah pengimpakan
4. Waktu pemberian beban
5. Distribusi tegangan akibat pemberian beban
pada bumper
Pelaksanaan Penelitian
Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini
akan dilaksanakan secara berurutan dan
sistematis. Pelaksanaan penelitian dimulai dari
penelusuran literature dan penyusunan
proposal penelitian, desain/modeling bumper
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
72
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
komposit dilapisi serat kaca, dengan
menggambar bumper mobil terlebih dahulu di
software Autocad 2002 kemudian diimpor ke
MSC/NASTRAN for Windows 4.5, dan
melakukan analisis untuk mendapatkan besar
distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil pada saat terjadi benturan.
Untuk lebih jelasnya pada Gambar 10. dapat
dilihat alur pelaksanaan penelitian secara
ringkas.
Gambar 11. Hasil penggambaran dari
Autocad 2002
Mulai
Simulasi Komputer Menggunakan MSC/
NASTRAN for Windows 4.5
Penelusuran Literatur dan Penelitian
Simulasi adalah suatu proses peniruan dari
suatu yang nyata beserta keadaan yang
sebenarnya. Setelah bumper didesain dalam
Autocad 2002, maka langkah selanjutnya
adalah menggambar bumper mobil dalam
MSC/ NASTRAN for Windows 4.5 dengan
menggunakan desain yang telah dibuat dalam
Autocad 2002. Young Modulus (E)
Desain/ Modeling Bumper Komposit
Dilapisi Serat Kaca
Analisis Simulasi Menggunakan
MSC/ Nastran For Windows 4.5
σ 162,7 kgf
E= =
ε 7,97 mm 2
Hasil Distribusi Tegangan
E=
Kesimpulan
1)
162 ,7(9,8 )
1593 ,48 N
=
= 199 ,03 x 10 6 Pa = 199 , 93 Mpa
7,97 x 10−6 m2 7,97 x 10−6 m2
Massa Jenis (ρ)
ρ = 1555
Selesai
ρ=
Gambar 10. Diagram alir pelaksanaan
penelitian
ρ= 1,555 x 10−6
2)
Hasil Dan Pembahasan
Menggambar Bumper Mobil
Menggunakan Autocad 2002
1555 kg
109 mm 3
kg
kg
= 1,555 E−6
3
mm
mm3
Poisson Ratio (υ)
υ = 0,33
dengan
Bumper yang digunakan dalam simulasi ini
adalah bumper mobil dari bahan komposit
Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP).
Sebelum simulasi dilakukan, maka terlebih
dahulu bumper didesain dalam software
Autocad 2002. Ketika bumper didesain dengan
menggunakan Autocad 2002, ukuran bumper
dibuat dalam satuan millimeter, dengan
panjang 1716 mm, tinggi 550 mm, lebar 540
mm dan tebal 10 mm. Hasil penggambaran
bumper mobil dari Autocad 2002 dapat dilihat
pada Gambar 11.
73
kg
m3
Dalam software MSC/Nastran tersedia
beberapa jenis pembebanan, diantaranya
adalah force (gaya) dan pressure (tegangan
atau tekanan). Sedangkan untuk simulasi ini
jenis pembebanan yang digunakan adalah
pressure. Besar beban yang diberikan adalah
2,2 Mpa dengan fungsi DYNA. Adapun
perhitungan untuk beban yang diberikan adalah
sebagai berikut (Jones):
V1 = 108 km/jam (diasumsikan)
= 30 m/s (kecepatan kendaraan pada saat
tabrakan)
M1
= 15 kg (berat bumper)
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
g
a
ISSN : 1693 – 6809
Av
= 10 MPa (0 ≤ Av
≤ 300)
= 10 m/s
= Av
.g
= 10 MPa.10 m/s = 100 MPa.m/s
Adapun gambar distribusi tegangan normal
arah X untuk impak depan dapat dilihat pada
Gambar 13.
V2
L1
C1
Perubahan jarak waktu terjadi benturan pada
bumper adalah:
0.732
0.677
0.623
0.568
0.513
0.458
0.404
2
1
0.349
F
2
V
30
2 ∆= =
=9 MPa
a 100
F
0.294
2.2(1)
0.239
F
0.184
F
0.13
F
0.0748
F
Z
F
Y
F
X
-0.0895
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid X Normal Stress
-0.144
Gambar 13. Distribusi tegangan sumbu X
Bumper Impak depan A
Waktu terjadi tabrakan:
T=
0.02
-0.0347
2∆ 9
= =0,3 s=0,0003 μs
V 21 30
Pada Gambar 14 dapat dilihat distribusi
tegangan arah Z dengan pengimpakan depan.
V2
L1
C1
Jarak yang ditempuh:
1.093
1.015
0.937
0.859
0.781
0.703
S 1=V 1 .t 1=30 ×0,3=9 MPa
0.624
0.546
F
0.468
2.2(1)
F
0.39
F
0.312
F
Gaya yang terjadi pada bumper saat terjadi
benturan
dengan benda lain,diperoleh
kesetimbangan momentum seperti pada
Gambar 12.
F1
F2
Gambar 12. Kesetimbangan momentum
0.234
F
0.156
F
Z
F
Y
F
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Z Normal Stress
0.078
-0.0000636
-0.0781
-0.156
Gambar 14. Distribusi tegangan normal Z
bumper impak depan A
Untuk melihat daerah perambatan dari
tegangan yang diterima, maka countur dapat
diperbesar seperti pada Gambar 15.
2
V2
L1
C1
F1=m1 . a1=15 kg × 100 m/s
2.286
2.143
2.
1.857
1.714
1.572
1.429
2
F1=1500 F 1 kg .m/ s =1500 N
1.286
1.143
2.2(1)
1.
0.857
0.714
0.571
F2 =m2 . a2
F = F1 – F2 = 1500 – 0 = 1500 N
Luas daerah pembebanan dengan diameter
30 mm (diasumsikan):
π
3,14
A= . d 2=
× 302=706,5 mm2
4
4
−6 2
A=706,5 ×10 m
0.429
Z
0.286
Y
0.143
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.
Gambar 15. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
depan A
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah X impak depan dapat dilihat pada
Gambar 16.
V2
L1
C1
1.407
1.311
1.215
1.118
1.022
0.926
0.83
Maka, tegangan akan diperoleh:
F
F
1500
σ= =
=2,2 ×106 Pa
A 706,5 ×10−6
σ =2,2 MPa
0.734
F
0.638
F
2.2(1)
0.542
0.446
F
0.35
F
0.254
F
Z
Y
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid X Normal Stress
F
F
0.158
0.0619
-0.0341
-0.13
Gambar 16. Distribusi tegangan sumbu X
bumper impak depan B
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
74
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Sedangkan hasil distribusi tegangan yang
diterima bumper mobil arah Z impak depan
dapat dilihat pada Gambar 17.
Untuk memperjelas luas perambatan tegangan
yang diterima, maka countur dapat diperbesar
seperti pada Gambar 21.
V2
L1
C1
2.546
2.387
2.228
V2
L1
C1
2.069
1.28
1.91
1.192
1.751
1.104
1.591
1.016
1.432
0.928
1.273
2.2(1)
0.84
1.114
0.752
F
0.665
F
0.577
2.2(1)
F
0.955
0.796
0.637
0.489
0.477
Z
Z
0.0491
F
X
0.
0.137
F
Y
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.225
F
0.159
X
0.313
F
0.318
Y
0.401
F
-0.0388
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Z Normal Stress
-0.127
Gambar 17. Distribusi tegangan sumbu Z
bumper impak depan B
Untuk melihat daerah perambatan dari
tegangan yang diterima, maka countur dapat
diperbesar seperti pada Gambar 18.
Gambar 21. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
samping A
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah Y impak samping posisi B dapat
dilihat pada Gambar 22.
V2
L1
C1
V2
L1
C1
0.82
0.736
2.555
0.651
2.395
0.567
0.482
2.235
0.398
2.076
0.313
1.916
0.144
F
1.597
0.0595
F
1.437
2.2(1)
0.229
F
1.756
-0.025
F
1.277
-0.11
1.118
F
0.958
-0.448
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Y Normal Stress
0.319
-0.279
-0.363
F
X
0.479
Y
2.2(1)
F
Y
0.639
Z
-0.194
F
Z
0.798
-0.532
0.16
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.
Gambar 22. Distribusi tegangan normal Y
bumper impak samping B
Gambar 18. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
depan B
Adapun gambar distribusi tegangan normal
arah Y untuk impak samping posisi A dapat
dilihat pada Gambar 19.
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah Z impak samping posisi B dapat
dilihat pada Gambar 23.
V2
L1
C1
0.493
0.425
0.356
0.288
0.219
0.15
V2
L1
C1
0.698
0.0817
0.62
0.543
0.465
F
0.0131
F
-0.0555
-0.124
F
0.388
-0.193
F
-0.261
0.31
F
0.233
F
0.155
F
0.0775
Y
X
-0.0000452
F
F
F
OutputSet: Case 16 Time 0.0045
Contour: S olid Z Normal Stress
-0.0776
F
-0.33
F
Z
2.2(1)
-0.398
-0.467
-0.536
-0.604
-0.155
F
2.2(1)
F
Z
-0.31
F
Y
Gambar 23. Distribusi tegangan normal Z
bumper impak samping B
-0.388
F
X
-0.233
-0.465
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Y Normal Stress
-0.543
Gambar 19. Distribusi tegangan normal Y
bumper impak samping A
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah Z impak samping posisi A dapat
dilihat pada Gambar 20.
Untuk memperjelas luas perambatan tegangan
yang diterima, maka countur dapat diperbesar
seperti pada Gambar 24.
V2
L1
C1
1.838
1.723
1.608
1.493
V2
L1
C1
1.242
1.378
1.143
1.263
1.043
1.149
0.944
1.034
0.844
0.919
0.745
0.804
0.646
F
0.546
F
0.447
0.248
F
0.148
F
2.2(1)
F
Y
X
OutputSet: Case 16 T ime 0.0045
Contour: Solid Z Normal Stress
F
F
0.0487
-0.0507
0.459
0.345
Z
Y
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.23
0.115
0.
-0.15
-0.25
-0.349
Gambar 20. Distribusi tegangan normal Z
bumper impak samping A
75
0.689
0.574
0.347
F
Z
2.2(1)
Gambar 24. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
samping B
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
1.375
1.35
1.375
Grafik distribusi tegangan yang diterima
bumper mobil impak depan pada lokasi A
dapat dilihat pada Gambar 25.
1.265
1.276
1.178
1.108
1.09
1.08
1.021
0.982
0.876
0.864
0.809
0.884
0.785
0.679
0.67
0.628
0.687
0.589
Tegangan (MPa)
0.491
0.295
1.638
1.602
0.377
0.372
0.349
0.393
1.717
1.717
0.266
0.264
0.247
1.548
0.18
0.178
0.167
0.196
1.488
1.385
1.318
1.248
1.373
1.259
1.144
0.0982
0.
1.03
0.687
0.644
0.608
0.58
0.572
0.335
0.315
0.301
0.343
0.226
0.212
0.203
0.229
0.114
0.
0.
0.
0.000265
0.00611
0.00587
0.00653
0.00122
0.00117
0.00131
0.000529
0.000794
0.0415
0.0443
0.0398
0.0183
0.0176
0.0196
0.00106
0.0845
0.0792
0.0759
0.00132
0.00159
0.00185
0.144
0.135
0.129
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.000967
0.00104
0.00103
0.00518
0.00515
0.00483
0.0155
0.0154
0.0145
0.00106
0.00132
0.0352
0.0349
0.0327
0.00159
0.0666
0.0671
0.0624
0.00185
0.114
0.113
0.106
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
Set Value
Gambar 27. Grafik tegangan pada bumper
impak samping (tegangan di titikA)
0.473
0.446
0.425
0.458
0.
0.000265 0.000529 0.000794
1: Solid Von Mises Stress, Element32653
2: Solid Y Normal Stress, Element 32653
3: Solid Z Normal Stress, Element 32653
0.851
0.806
0.766
0.801
0.
0.
1.097
1.041
0.989
0.916
0.
0.513
0.507
0.475
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
Set Value
1: Solid Von Mises Stress, Element 25829
2: Solid X Normal Stress, Element25829
3: Solid Z Normal Stress, Element25829
Hasil distribusi tegangan pada pengimpakan
samping lokasi B dapat dilihat pada Gambar 28
Gambar 25. Grafik tegangan pada bumper
impak depan (tegangan dititik A)
Tegangan (MPa)
1.748
1.686
1.667
1.748
1.624
1.499
1.413
1.362
1.344
1.374
1.249
1.121
1.08
1.064
1.124
Grafik distribusi tegangan yang diterima
bumper mobil impak depan pada lokasi B
dapat dilihat pada Gambar 26.
0.999
0.871
0.838
0.825
0.874
0.749
0.485
0.466
0.458
0.5
0.344
0.33
0.324
0.375
0.232
0.223
0.219
0.25
0.125
0.
0.
0.
Tegangan (MPa)
T (m/s)
0.66
0.635
0.624
0.624
0.
0.000265
0.00632
0.00673
0.00646
0.00127
0.00135
0.00129
0.000529
0.000794
0.0189
0.0202
0.0194
0.00106
0.00132
0.0456
0.0429
0.0438
0.00159
0.0835
0.087
0.0818
0.00185
0.148
0.142
0.139
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
SetValue
1: Solid Von Mises Stress, Element 31222
2: Solid Y Normal Stress, Element 31222
3: Solid Z Normal Stress, Element 31222
1.691
1.691
1.57
T (m/s)
1.538
1.539
1.45
1.361
1.329
1.245
1.208
1.077
1.087
0.989
0.966
0.834
0.769
0.77
0.846
Gambar 28. Grafik tegangan pada bumper
impak samping (tegangan di titik B)
0.725
0.63
0.584
0.583
0.604
0.462
0.43
0.429
0.483
0.362
0.326
0.305
0.304
0.22
0.206
0.242
0.121
0.
0.
0.
0.
0.000265
0.00634
0.00599
0.00597
0.00127
0.0012
0.000529
0.000794
0.0179
0.019
0.00106
0.00132
0.0406
0.0404
0.043
0.00159
0.0821
0.0773
0.077
0.00185
0.14
0.131
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
Set Value
1: Solid Von Mises S tress, Element 35710
2: Solid X Normal Stress, Element 35710
3: Solid Z Normal Stress, Element 35710
Gambar 26. Grafik tegangan pada bumper
impak depan (tegangan di titik B)
Dari hasil grafik 25 dan 26 yang didistribusi
tegangan bumper untuk impak depan dengan
jumlah elemen pada permukaan bumper 20317,
sedangkan banyaknya node pada permukaan
sebanyak 41513 untuk pembebanan 2,2 MPa
diperoleh hasil pada lokasi A, distribusi
tegangan normal arah X tegangan terbesarnya
1,548 MPa, sedangkan distribusi tegangan
normal arah Z tegangan terbesarnya 1,717 MPa
dan pada lokasi B, distribusi tegangan normal
arah X tegangan terbesarnya 1,538 MPa,
sedangkan distribusi tegangan normal arah Z
tegangan terbesarnya 1,538 MPa. Jadi, dapat
disimpulkan kondisi kedua arah baik
pembebanan depan lokasi A dan lokasi B
dalam keadaan tekan.
Hasil distribusi tegangan pada pengimpakan
samping lokasi A dapat dilihat pada Gambar27
Dari hasil grafik 27 dan 28 yang didistribusi
tegangan bumper untuk impak samping dengan
elemen pada permukaan bumper 20317,
sedangkan banyaknya node pada permukaan
sebanyak 41513 untuk pembebanan 2,2 MPa
diperoleh hasil pada lokasi A, distribusi
tegangan normal arah Y tegangan terbesarnya
1,35 MPa, sedangkan distribusi tegangan
normal arah Z tegangan terbesarnya 1,265
MPa, sedangkan pada lokasi T B,
(m/s)distribusi
tegangan normal arah Y tegangan terbesarnya
1,748 MPa, sedangkan distribusi tegangan
normal arah Z tegangan terbesarnya 1,686
MPa. Jadi, dapat disimpulkan kondisi kedua
arah baik pembebanan samping lokasi A dan
lokasi B dalam keadaan tekan.
Kesimpulan Dan Saran
Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari hasil
simulasi ini adalah sebagai berikut:
1. Pemberian impak depan pada lokasi A
adalah sebesar 1,548 MPa untuk arah X dan
arah Z sebesar 1,717 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa dan pada lokasi B
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Tegangan (MPa)
76
T (m/s)
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
adalah sebesar 1,538 MPa untuk arah X dan
arah Z sebesar 1,538 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa.
2. Pemberian impak samping pada lokasi A
adalah sebesar 1,35 MPa untuk arah Y dan
arah Z sebesar 1,265 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa dan pada lokasi B
adalah sebesar 1,748 MPa untuk arah Y dan
arah Z sebesar 1,686 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa.
Saran
Adapun saran yang dapat diberikan oleh
peneliti adalah sebagai berikut:
1. Untuk
peneliti
selanjutnya
bisa
menggunakan ukuran bumper mobil yang
berbeda
untuk
melihat
perbedaan
tegangan yang diterima oleh bumper
tersebut.
2. Peneliti selanjutnya bisa melakukan
simulasi bumper mobil menggunakan
komposit dilapisi foam atau material
lainnya
agar
dapat
diketahui
perbedaannya.
Daftar Pustaka
Ariyaka, Soma, 2012,
Teknologi Tekstil
Komposit Serat Kaca Peluang Baru
Industri di Indonesia. From :Error!
Hyperlink
reference
not
valid.
15/1/2012.
Dedy. Personal Interview. 14 Januari 2012
Gere, dkk., 1985, Mekanika Bahan, Edisi ke- 2
Jilid I. Drs. Hans Worpakrik. Jakarta:
Erlangga.
Gunadi, 2011, Lalu Lintas Jalan Raya
Nasional Administrasi Keselamatan.
From:
http://id.hicow.com/amerikaserikat/lalu-lintas-jalan-raya-nasionaladministrasi-keselamatan/crash-test1354174.html / 01/02/2012
Iswanto, Heri Apri, 2005, Polimer Komposit. e
- USU Repository.
Shigley, dkk., 1991, Perencanaan Teknik
Mesin. Edisi Ke-4 Jilid I. Ir. Ghandi
Harahap M. Eng. Jakarta: Erlangga.
Sih,
G. C., 1998, Composite Material
Response: Constitutive Relation and
Damage Mechanisms, Elsevier Applied
Science”. London, Great Britain.
Yanhar, M. Rafiq, 2008, Simulasi Tegangan
Pada Helm Industri dari Bahan
Komposit yang Dikenai Beban Impak
Kecepatan Tinggi. Tesis S-2 Program
Pasca
Sarjana
Teknik
Mesin
Universitas Sumatera Utara.
Barsounan, Michael, 1997, Fundamentals Of
Ceramic. The Mc-Graw Hill inc.
Singapore.
77
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
ISSN : 1693 – 6809
78
ISSN : 1693 – 6809
SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA BUMPER MOBIL
DARI BAHAN KOMPOSIT GFRP EX 157 DILAPISI SERAT
KACA DENGAN MENGGUNAKAN MSC/NASTRAN 4.5
Parlindungan S. Pasaribu
Dosen : Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan
Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui besarnya tegangan yang terjadi pada bumper
mobil berbahan komposit GFRP yang mendapat beban. Dengan mnggunakan metode simulasi MSC/
Nastran 4.5, maka penulis dapat mengetahui besarnya tegangan yang terjadi pada bumper mobil.
Bumper terbuat dari penggabungan polyester resin 157 EX dan dan dua (2) lapis e-glass.
Pemodelan bumper akan dibuat sesuai dengan dimensi aslinya dengan menggunakan sofware
Autocad 2002, sedangkan distribusi tegangan yang terjadi pada bumper akan dianalisa dengan
software MSC/ Nastran. Dengan pemberian beban impak yang sama yaitu sebesar 2,2 MPa pada
impak depan dan impak samping, maka diperoleh selisih hasil pada setiap pemberian beban impak,
yaitu impak depan posisi A arah X = 1,548 MPa, arah Z = 1,717 MPa dan impak depan posisi B
arah X = 1,538 MPa, arah Z = 1,538 MPa. Sedangkan impak samping posisi A arah Y = 1,35 MPa,
arah Z = 1,265 MPa, dan impak depan posisi B arah Y = 1,748 MPa, arah Z = 1,686 MPa. Maka
dapat disimpulkan bahwa setiap pemberian beban pada setiap elemen yang berbeda akan
menghasilkan distribusi tegangan yang berbeda.
Kata-kata Kunci: Simulasi, Bumper, Komposit GFRP, Tegangan.
Pendahuluan
Bagian mobil yang paling sering menerima
benturan maupun gesekan akibat tabrakan
adalah bumper mobil tersebut. Pemasangan
bumper mobil ini bertujuan untuk menahan
benturan yang diterima mobil pada saat
bertabrakan dengan benda lain. Selain itu,
berfungsi juga untuk melindungi penumpangnya dari tabrakan tersebut. Namun, ketika
bumper mobil menerima beban akibat
tabrakan/gesekan yang terjadi, belum diketahui
seberapa besar distribusi tegangan yang terjadi
pada bumper mobil tersebut.
Oleh karena itu, untuk mengetahui besarnya
distribusi tegangan yang terjadi pada bumper
mobil yang diakibatkan oleh tabrakan maupun
gesekan tersebut, maka dilakukanlah simulasi
distribusi tegangan dengan menggunakan
software MSC/ Nastran for Windows 4.5.
Dengan melakukan simulasi tersebut akan
diperoleh informasi mengenai besarnya
distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil akibat dari benturan maupun gesekan.
Untuk mengetahui besar distribusi tegangan
yang diterima bumper mobil dari pembebanan
68
samping dan depan, peneliti melakukan
simulasi dengan menggunakan software
Autocad 2002 dan MSC/ NASTRAN for
Windows 4.5, sehingga diperoleh informasi
mengenai kekuatan bumper mobil dari bahan
komposit GFRP EX 157 yang dilapisi dengan
serat kaca.
Tinjauan Pustaka
Bumper Mobil
Kata “bumper” berasal dari bahasa Belanda
yang artinya menahan benturan. Bagian yang
paling sering menerima benturan atau gesekan
pada mobil ketika terjadi tabrakan adalah
bumper mobil tersebut. Bumper merupakan
komponen tambahan yang dipasang pada
bagian depan dan belakang mobil. Manfaat
dari bumper adalah sebagai pengaman pertama
terhadap body mobil dan penumpangnya
apabila terjadi benturan atau tabrakan. Bumper
terbagi atas 2 (dua) jenis, yaitu bumper depan
dan bumper belakang. Pada dasarnya
komponen bumper depan dan belakang sama,
yaitu bumper sub, bumper arm, bumper side
extension sub (bumper samping) dan bumper
filler. Penggunaan bumper juga berperan dalam
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
menjaga tampilan mobil agar terlihat bagus dan
menarik.
Adapun bentuk bumper depan dapat dilihat
pada Gambar 1.
Komposit
Gambar 1. Bumper depan mobil
Serat Kaca
Kaca sering kita temui dalam kehidupan
sehari-hari. Unsur penyusun utama kaca adalah
silikon dioksida. Disamping itu, ada juga
senyawa-senyawa lain seperti aluminium
oksida dan natrium oksida. Senyawa ini
merupakan senyawa tambahan yang diperlukan
untuk mempermudah pembuatan kaca. Silikon
kita ketahui adalah salah satu unsur yang
paling banyak ditemui di alam setelah oksigen
dan karbon. Jadi kaca bukanlah barang yang
mahal. Namun demikian, serat kaca bukan
barang yang murah pula. Proses pembuatan
serat kaca menyebabkan harga serat kaca
menjadi mahal.
Plastik Berserat Kaca
Plastik berserat kaca (glass-reinforced plastic –
GRP), yang juga dikenal sebagai plastik yang
diperkuat oleh serat kaca (Glass FiberReinforced Plastic – GFRP), merupakan suatu
polimer yang diperkuat. Polimer ini terbuat
dari bahan plastik yang diperkuat oleh seratserat halus yang terbuat dari kaca. Bahan ini
juga dikenal dengan nama GFK yang
merupakan
kepanjangan
dari
Glasfaserverstärkter Kunststoff atau yang
biasanya lebih akrab dikenal oleh serat kaca
yang digunakan dalam proses penguatannya,
yang dalam bahasa inggrisnya disebut
fiberglass.
GRP adalah suatu bahan serba guna yang
mengkombinasikan keringanan bahan dengan
69
kekuatan intrinsik untuk menyediakan suatu
lapisan luar yang tahan segala cuaca, dengan
berbagai variasi tekstur permukaan dan
cakupan pilihan warna yang tidak terbatas.
Kegunaannya yang pertama di dunia sipil
adalah dalam pembuatan perahu, dimana bahan
ini diterima secara umum di tahun 1950-an.
Kegunaannya sekarang telah merambah bidang
otomotif dan perlengkapan olahraga seperti
juga model pesawat terbang, walaupun untuk
yang disebut terakhir ini, kegunaannya
sekarang sebagian telah diambil alih oleh
bahan carbon fiber yang beratnya lebih ringan
per volumenya namun lebih kuat baik secara
volume maupun beratnya.
Komposit merupakan merupakan rekayasa
skala makro (engineering macroscale), yang
tersusun dari kombinasi dua material atau lebih
yang menghasilkan kemampuan yang lebih
baik daripada apabila komponen itu berdiri
sendiri, artinya penggabungan sifat-sifat
unggul dari pembentukan masih terlihat nyata.
Komposit dikenal sebagai bahan teknologi dan
bukan bahan struktur konvensional melainkan
bahan struktur yang artinya dapat diperoleh
dari hasil teknologi pemrosesan bahan.
Kemajuan teknologi pemroresan bahan dewasa
ini telah menghasilkan bahan teknik yang
dikenal sebagai bahan komposit.
Klasifikasi Bahan Komposit
Adapun klasifikasi dari bahan komposit antara
lain sebagai berikut:
1. Komposit Partikel (Particle-Reinforced)
Merupakan komposit yang diperkuat
partikel, penguat dalam suatu atau lebih
partikel yang tersebar diikat oleh matriks
yag berbeda phasa. Komposit partikel
diperkuat oleh logam, polymer, keramik.
Komposit partikel ini terdiri dari partikel
besar dan partikel kecil. Partikel besar
(Large Particle) merupakan hubungan
antara suatu matriks dan artikel yang
merupakan satu kesatuan. Sifat-sifat bahan
phasa partikel lebih keras dan lebih kaku
daripada phasa matriks. Contoh bahan
campuran semen dan kerikil. Partikel kecil
(Dispersion
Strengthened)
merupakan
hubungan antar matriks dan partikel yang
bukan merupakan satu kesatuan, lebih kuat
dan kaku dibandingkan dengan komposit
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
partikel besar. Adapun bentuk komposit
partikel dapat dilihat pada Gambar 2.
ISSN : 1693 – 6809
Mekanisme
kegagalan
komposit
yang
diperkuat serat yang tidak searah dapat dilihat
pada Gambar 4.
Gambar 2. Komposit partikel
2. Komposit Serat
Komposit serat merupakan komposit yang
diperkuat serat phasa penguat berbentuk
serat dalam diikat oleh matriks, diameter
0,01-0,1 µm. Ukuran serat sangat
menentukan bahan komposit menerima
gaya-gaya luar. Semakin panjang ukuran
serat, maka semakin efisien dalam
menerima gaya searah serat. Panjang serat
berfungsi
untuk
menghilangkan
kemungkinan retak sepanjang batas
pertemuan serat dengan matriks. Selain itu,
komposit serat juga berfungsi untuk
mencegah cacat permukaan. Adapun jenisjenis dari komposit serat antara lain:
continuous fiber composite, woven fiber
composite (bi-directional), discontinuous
fiber composite dan hybrid fiber composite.
3. Komposit/ Struktur Laminat
Komposit yang terdiri dari dua bahan yang
berlainan (lamina) terdiri atas susunan
phasa penguat dan matriks dalam bentuk
lamina bias dalam arah searah dan tegak
lurus, arah tidak beratuan tergantung pada
keperluan terhadap beban. Adapun bentuk
komposit laminat dapat dilihat pada
Gambar 3.
Gambar 4. Model kegagalan komposit
diperkuat serat yang tidak
searah
Kegagalan komposit juga terjadi karena
kerusakan laminasi pada matriks dan terjadinya
delaminasi pada lapisan matriks seperti yang
terlihat pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Gambar 5. Mikro kerusakan laminasi pada
Matriks dan terjadi delaminasi
pada lapisan matriks
Gambar 6. Mikro kerusakan laminasi, terjadi
kerusakan serat dan matriks serta
delaminasi antara lapisan serat dan
matriks
MSC/NASTRAN For Windows V. 4.5
Gambar 3. Komposit Laminat
Mekanisme Kegagalan Komposit
Sifat komposit sangat kompleks karena sangat
tergantung pada bagaimana masing-masing
komponen
dikombinasikan.
Kemampuan
mekanis secara keseluruhan dapat saja menjadi
sangat
berbeda
walaupun
komponen
penyusunannya
sama,
tetapi
proses
pembuatannya berbeda.
MSC/NASTRAN For Windows V. 4.5
merupakan salah satu dari beberapa software
untuk menganalisis struktur dengan elemen
hingga (Finite Elemen Hingga). Nastran terdiri
dari 2 program utama, yaitu: Pre/Post
Processor yang disebut FEMAP dan
prosesornya yaitu MSC/NASTRAN 4.5.
FEMAP digunakan untuk membuat model,
validasi kondisi dan melihat hasil analisa FEM
yang seluruhnya berorientasikan grafik dan
bersifat interaktif (Graph User Interface/ GUI).
Prosesor Nastran merupakan software utama
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
70
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
FEM yang berorientasikan angka numeric yang
berfungsi manganalisis dengan metode elemen
sehingga diperoleh hasil sesuai dengan jenis
analisanya.
Toleransi Impak Pada Bumper
Untuk memperoleh besar beban (impak) Ft
dimana bumper merupakan yang paling sering
bersentuhan dengan benda keras yang lain,
maka dengan melihat kurva toleransi dapat
diketahui besar distribusi tegangan yang
diterima bumper mobil. Adapun bentuk kurva
dari distribusi tegangan dapat dilihat pada
Gambar 7.
MPa
300
(MPa)
Sumbu T = Waktu akhir kerusakan bumper
(m/s)
g
= Grafitasi m/s
a
= Percepatan (m/s)
V
= Percepatan benda ( m/s
12
2∆
T
2
)
= Perubahan jarak (MPa)
= Waktu pemberian beban (s)
Konsep kerangka
Permasalahan:
Berapa besar distribusi
tegangan dan berapa
tegangan terbesar bumper
mobil dari bahan komposit
dilapisi serat kaca
200
Simulasi bumper mobil
100
Injury ukely
menggunakan MSC/
NASTRAN 4.5
Injury unukely
0
10
20
30
40
50
T(m/s)
Hasil yang diperoleh:
- Distribusi tegangan
- Tegangan terbesar
Gambar 7. Kurva toleransi impak bumper
Dimana:
Pada sumbu Av
merupakan garis akhir
kerusakan bumper dengan rumus 1.
Av =
a1
g
(1)
Percepatan maksimum = 300.g (g = percepatan
gravitasi bumi) dihitung dengan menggunakan
rumus 2.
V
a=
Jangka waktu yang
dengan rumus 3.
T=
12
2Δ
dibutuhkan
2Δ
V2
1
(2)
dihitung
(3)
Dimana:
Sumbu AV
71
Variabel Bebas:
Propertis Bumper:
- Young Modulus
- Poission’s Ratio
- Mass Density
- Jarak
- Besar Tegangan
Gambar 8. Kerangka pemikiran
Metode Penelitian
Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium
Universitas Sumatera Utara (USU) Medan.
Sedangkan simulasi ini dikerjakan dengan
menggunakan perangkat lunak AUTOCAD
2002 dan MSC/NASTRAN for Windows 4.5.
Adapun penelitian ini dimulai pada bulan
Desember 2012.
Bahan, Peralatan dan Metode
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah komposit jenis Glass Fiber Reinforced
Plastics (GFRP) 157 EX dan serat kaca jenis
E-glass. Adapun mekanikal propertis komposit
GFRP dapat dilihat pada Tabel 1.
= Garis akhir kerusakan bumper
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Tabel 1. Mekanikal propertis komposit
GFRP
No
.
1.
2.
3.
Propertis
Unit
Young Modulus, E
Poission Ratio, v
Massa Jenis, ρ
199,93 Mpa
0,33
1,555 x 10−6 kg/mm 3
1. Mendesain
bumper
mobil
dengan
menggunakan software Autocad 2002.
2. Menggambar bumper mobil dalam software
MSC/ NASTRAN for Windows 4.5 sesuai
dengan desain yang diimport dari Autocad
2002.
3. Setelah itu, hasil gambar tersebut akan
diproses dan dianalisa untuk mendapatkan
besarnya tegangan yang dihasilkan.
Peralatan
Metode Analisa dengan Simulasi Komputer
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah sebagai berikut:
1. Software AutoCad 2002
Autocad dapat merancang dan mendesain
berbagai macam gambar dalam hal ukuran
dimensi, model dimensi yaitu: 1 dimensi, 2
dimensi dan 3 dimensi sesuai dengan
kebutuhan, sehingga terbentuk gambar
sesuai dengan bentuk bumper yang
sebenarnya. Hasil penggambar pada
Autocad 2002 dapat dilihat pada Gambar 9.
Adapun metode yang digunakan pada analisis
bumper mobil ini adalah:
1) MenggambarBumper dengan Menggunakan
Autocad 2002
Bumper mobil digambar di Autocad 2002
dengan ukuran sebagai berikut:
Panjang : 1716 mm,
Lebar : 540 mm,
Tinggi : 550 mm dan
Tebal : 10 mm.
Kemudian hasil penggambaran bumper
mobil di Autocad 2002 tersebut diimpor ke
MSC/ NASTRAN 4.5.
2) Simulasi Komputer Menggunakan MSC/
NASTRAN for Windows 4.5
Dalam MSC/ NASTRAN for Windows 4.5
akan
dilakukan
pengujian
untuk
memperoleh hasil besar distribusi tegangan
yang terjadi pada bumper mobil berbahan
komposit GFRP EX 157 yang dilapisi serat
kaca.
Gambar 9. Hasil penggambaran bumper
di Autocad 2002
Variabel Yang Diamati
2. Software MSC/NASTRAN for Windows4.5
Software yang dapat menganalisa dan
mensimulasi. Prosesor Nastran merupakan
software utama FEM yang berorientasikan
angka numeric yang berfungsi manganalisis
dengan metode elemen,sehingga diperoleh
hasil sesuai dengan jenis analisanya serta
melihat hasilnya secara grafik dengan
FEMAP.
Metode Pengolahan Data
Simulasi ini dilakukan dengan menggunakan
software MSC/ NASTRAN for Windows 4.5.
Data daya tekan diperoleh dari young modulus,
poisson’s ratio, dan mass density. Adapun
langkah-langkah untuk mengolah data adalah:
Adapun variabel-variabel yang akan diamati
dalam
simulasi
dengan
software
MSC/NASTRAN for Windows 4.5 secara
keseluruhan adalah sebagai berikut:
1. Bahan pembuatan bumper
2. Posisi pengimpakan
3. Arah pengimpakan
4. Waktu pemberian beban
5. Distribusi tegangan akibat pemberian beban
pada bumper
Pelaksanaan Penelitian
Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini
akan dilaksanakan secara berurutan dan
sistematis. Pelaksanaan penelitian dimulai dari
penelusuran literature dan penyusunan
proposal penelitian, desain/modeling bumper
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
72
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
komposit dilapisi serat kaca, dengan
menggambar bumper mobil terlebih dahulu di
software Autocad 2002 kemudian diimpor ke
MSC/NASTRAN for Windows 4.5, dan
melakukan analisis untuk mendapatkan besar
distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil pada saat terjadi benturan.
Untuk lebih jelasnya pada Gambar 10. dapat
dilihat alur pelaksanaan penelitian secara
ringkas.
Gambar 11. Hasil penggambaran dari
Autocad 2002
Mulai
Simulasi Komputer Menggunakan MSC/
NASTRAN for Windows 4.5
Penelusuran Literatur dan Penelitian
Simulasi adalah suatu proses peniruan dari
suatu yang nyata beserta keadaan yang
sebenarnya. Setelah bumper didesain dalam
Autocad 2002, maka langkah selanjutnya
adalah menggambar bumper mobil dalam
MSC/ NASTRAN for Windows 4.5 dengan
menggunakan desain yang telah dibuat dalam
Autocad 2002. Young Modulus (E)
Desain/ Modeling Bumper Komposit
Dilapisi Serat Kaca
Analisis Simulasi Menggunakan
MSC/ Nastran For Windows 4.5
σ 162,7 kgf
E= =
ε 7,97 mm 2
Hasil Distribusi Tegangan
E=
Kesimpulan
1)
162 ,7(9,8 )
1593 ,48 N
=
= 199 ,03 x 10 6 Pa = 199 , 93 Mpa
7,97 x 10−6 m2 7,97 x 10−6 m2
Massa Jenis (ρ)
ρ = 1555
Selesai
ρ=
Gambar 10. Diagram alir pelaksanaan
penelitian
ρ= 1,555 x 10−6
2)
Hasil Dan Pembahasan
Menggambar Bumper Mobil
Menggunakan Autocad 2002
1555 kg
109 mm 3
kg
kg
= 1,555 E−6
3
mm
mm3
Poisson Ratio (υ)
υ = 0,33
dengan
Bumper yang digunakan dalam simulasi ini
adalah bumper mobil dari bahan komposit
Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP).
Sebelum simulasi dilakukan, maka terlebih
dahulu bumper didesain dalam software
Autocad 2002. Ketika bumper didesain dengan
menggunakan Autocad 2002, ukuran bumper
dibuat dalam satuan millimeter, dengan
panjang 1716 mm, tinggi 550 mm, lebar 540
mm dan tebal 10 mm. Hasil penggambaran
bumper mobil dari Autocad 2002 dapat dilihat
pada Gambar 11.
73
kg
m3
Dalam software MSC/Nastran tersedia
beberapa jenis pembebanan, diantaranya
adalah force (gaya) dan pressure (tegangan
atau tekanan). Sedangkan untuk simulasi ini
jenis pembebanan yang digunakan adalah
pressure. Besar beban yang diberikan adalah
2,2 Mpa dengan fungsi DYNA. Adapun
perhitungan untuk beban yang diberikan adalah
sebagai berikut (Jones):
V1 = 108 km/jam (diasumsikan)
= 30 m/s (kecepatan kendaraan pada saat
tabrakan)
M1
= 15 kg (berat bumper)
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
g
a
ISSN : 1693 – 6809
Av
= 10 MPa (0 ≤ Av
≤ 300)
= 10 m/s
= Av
.g
= 10 MPa.10 m/s = 100 MPa.m/s
Adapun gambar distribusi tegangan normal
arah X untuk impak depan dapat dilihat pada
Gambar 13.
V2
L1
C1
Perubahan jarak waktu terjadi benturan pada
bumper adalah:
0.732
0.677
0.623
0.568
0.513
0.458
0.404
2
1
0.349
F
2
V
30
2 ∆= =
=9 MPa
a 100
F
0.294
2.2(1)
0.239
F
0.184
F
0.13
F
0.0748
F
Z
F
Y
F
X
-0.0895
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid X Normal Stress
-0.144
Gambar 13. Distribusi tegangan sumbu X
Bumper Impak depan A
Waktu terjadi tabrakan:
T=
0.02
-0.0347
2∆ 9
= =0,3 s=0,0003 μs
V 21 30
Pada Gambar 14 dapat dilihat distribusi
tegangan arah Z dengan pengimpakan depan.
V2
L1
C1
Jarak yang ditempuh:
1.093
1.015
0.937
0.859
0.781
0.703
S 1=V 1 .t 1=30 ×0,3=9 MPa
0.624
0.546
F
0.468
2.2(1)
F
0.39
F
0.312
F
Gaya yang terjadi pada bumper saat terjadi
benturan
dengan benda lain,diperoleh
kesetimbangan momentum seperti pada
Gambar 12.
F1
F2
Gambar 12. Kesetimbangan momentum
0.234
F
0.156
F
Z
F
Y
F
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Z Normal Stress
0.078
-0.0000636
-0.0781
-0.156
Gambar 14. Distribusi tegangan normal Z
bumper impak depan A
Untuk melihat daerah perambatan dari
tegangan yang diterima, maka countur dapat
diperbesar seperti pada Gambar 15.
2
V2
L1
C1
F1=m1 . a1=15 kg × 100 m/s
2.286
2.143
2.
1.857
1.714
1.572
1.429
2
F1=1500 F 1 kg .m/ s =1500 N
1.286
1.143
2.2(1)
1.
0.857
0.714
0.571
F2 =m2 . a2
F = F1 – F2 = 1500 – 0 = 1500 N
Luas daerah pembebanan dengan diameter
30 mm (diasumsikan):
π
3,14
A= . d 2=
× 302=706,5 mm2
4
4
−6 2
A=706,5 ×10 m
0.429
Z
0.286
Y
0.143
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.
Gambar 15. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
depan A
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah X impak depan dapat dilihat pada
Gambar 16.
V2
L1
C1
1.407
1.311
1.215
1.118
1.022
0.926
0.83
Maka, tegangan akan diperoleh:
F
F
1500
σ= =
=2,2 ×106 Pa
A 706,5 ×10−6
σ =2,2 MPa
0.734
F
0.638
F
2.2(1)
0.542
0.446
F
0.35
F
0.254
F
Z
Y
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid X Normal Stress
F
F
0.158
0.0619
-0.0341
-0.13
Gambar 16. Distribusi tegangan sumbu X
bumper impak depan B
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
74
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
Sedangkan hasil distribusi tegangan yang
diterima bumper mobil arah Z impak depan
dapat dilihat pada Gambar 17.
Untuk memperjelas luas perambatan tegangan
yang diterima, maka countur dapat diperbesar
seperti pada Gambar 21.
V2
L1
C1
2.546
2.387
2.228
V2
L1
C1
2.069
1.28
1.91
1.192
1.751
1.104
1.591
1.016
1.432
0.928
1.273
2.2(1)
0.84
1.114
0.752
F
0.665
F
0.577
2.2(1)
F
0.955
0.796
0.637
0.489
0.477
Z
Z
0.0491
F
X
0.
0.137
F
Y
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.225
F
0.159
X
0.313
F
0.318
Y
0.401
F
-0.0388
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Z Normal Stress
-0.127
Gambar 17. Distribusi tegangan sumbu Z
bumper impak depan B
Untuk melihat daerah perambatan dari
tegangan yang diterima, maka countur dapat
diperbesar seperti pada Gambar 18.
Gambar 21. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
samping A
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah Y impak samping posisi B dapat
dilihat pada Gambar 22.
V2
L1
C1
V2
L1
C1
0.82
0.736
2.555
0.651
2.395
0.567
0.482
2.235
0.398
2.076
0.313
1.916
0.144
F
1.597
0.0595
F
1.437
2.2(1)
0.229
F
1.756
-0.025
F
1.277
-0.11
1.118
F
0.958
-0.448
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Y Normal Stress
0.319
-0.279
-0.363
F
X
0.479
Y
2.2(1)
F
Y
0.639
Z
-0.194
F
Z
0.798
-0.532
0.16
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.
Gambar 22. Distribusi tegangan normal Y
bumper impak samping B
Gambar 18. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
depan B
Adapun gambar distribusi tegangan normal
arah Y untuk impak samping posisi A dapat
dilihat pada Gambar 19.
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah Z impak samping posisi B dapat
dilihat pada Gambar 23.
V2
L1
C1
0.493
0.425
0.356
0.288
0.219
0.15
V2
L1
C1
0.698
0.0817
0.62
0.543
0.465
F
0.0131
F
-0.0555
-0.124
F
0.388
-0.193
F
-0.261
0.31
F
0.233
F
0.155
F
0.0775
Y
X
-0.0000452
F
F
F
OutputSet: Case 16 Time 0.0045
Contour: S olid Z Normal Stress
-0.0776
F
-0.33
F
Z
2.2(1)
-0.398
-0.467
-0.536
-0.604
-0.155
F
2.2(1)
F
Z
-0.31
F
Y
Gambar 23. Distribusi tegangan normal Z
bumper impak samping B
-0.388
F
X
-0.233
-0.465
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Y Normal Stress
-0.543
Gambar 19. Distribusi tegangan normal Y
bumper impak samping A
Hasil distribusi tegangan yang diterima bumper
mobil arah Z impak samping posisi A dapat
dilihat pada Gambar 20.
Untuk memperjelas luas perambatan tegangan
yang diterima, maka countur dapat diperbesar
seperti pada Gambar 24.
V2
L1
C1
1.838
1.723
1.608
1.493
V2
L1
C1
1.242
1.378
1.143
1.263
1.043
1.149
0.944
1.034
0.844
0.919
0.745
0.804
0.646
F
0.546
F
0.447
0.248
F
0.148
F
2.2(1)
F
Y
X
OutputSet: Case 16 T ime 0.0045
Contour: Solid Z Normal Stress
F
F
0.0487
-0.0507
0.459
0.345
Z
Y
X
Output Set: Case 16 Time 0.0045
Contour: Solid Von Mises Stress
0.23
0.115
0.
-0.15
-0.25
-0.349
Gambar 20. Distribusi tegangan normal Z
bumper impak samping A
75
0.689
0.574
0.347
F
Z
2.2(1)
Gambar 24. Distribusi tegangan bumper,
countur diperbesar impak
samping B
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
1.375
1.35
1.375
Grafik distribusi tegangan yang diterima
bumper mobil impak depan pada lokasi A
dapat dilihat pada Gambar 25.
1.265
1.276
1.178
1.108
1.09
1.08
1.021
0.982
0.876
0.864
0.809
0.884
0.785
0.679
0.67
0.628
0.687
0.589
Tegangan (MPa)
0.491
0.295
1.638
1.602
0.377
0.372
0.349
0.393
1.717
1.717
0.266
0.264
0.247
1.548
0.18
0.178
0.167
0.196
1.488
1.385
1.318
1.248
1.373
1.259
1.144
0.0982
0.
1.03
0.687
0.644
0.608
0.58
0.572
0.335
0.315
0.301
0.343
0.226
0.212
0.203
0.229
0.114
0.
0.
0.
0.000265
0.00611
0.00587
0.00653
0.00122
0.00117
0.00131
0.000529
0.000794
0.0415
0.0443
0.0398
0.0183
0.0176
0.0196
0.00106
0.0845
0.0792
0.0759
0.00132
0.00159
0.00185
0.144
0.135
0.129
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.000967
0.00104
0.00103
0.00518
0.00515
0.00483
0.0155
0.0154
0.0145
0.00106
0.00132
0.0352
0.0349
0.0327
0.00159
0.0666
0.0671
0.0624
0.00185
0.114
0.113
0.106
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
Set Value
Gambar 27. Grafik tegangan pada bumper
impak samping (tegangan di titikA)
0.473
0.446
0.425
0.458
0.
0.000265 0.000529 0.000794
1: Solid Von Mises Stress, Element32653
2: Solid Y Normal Stress, Element 32653
3: Solid Z Normal Stress, Element 32653
0.851
0.806
0.766
0.801
0.
0.
1.097
1.041
0.989
0.916
0.
0.513
0.507
0.475
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
Set Value
1: Solid Von Mises Stress, Element 25829
2: Solid X Normal Stress, Element25829
3: Solid Z Normal Stress, Element25829
Hasil distribusi tegangan pada pengimpakan
samping lokasi B dapat dilihat pada Gambar 28
Gambar 25. Grafik tegangan pada bumper
impak depan (tegangan dititik A)
Tegangan (MPa)
1.748
1.686
1.667
1.748
1.624
1.499
1.413
1.362
1.344
1.374
1.249
1.121
1.08
1.064
1.124
Grafik distribusi tegangan yang diterima
bumper mobil impak depan pada lokasi B
dapat dilihat pada Gambar 26.
0.999
0.871
0.838
0.825
0.874
0.749
0.485
0.466
0.458
0.5
0.344
0.33
0.324
0.375
0.232
0.223
0.219
0.25
0.125
0.
0.
0.
Tegangan (MPa)
T (m/s)
0.66
0.635
0.624
0.624
0.
0.000265
0.00632
0.00673
0.00646
0.00127
0.00135
0.00129
0.000529
0.000794
0.0189
0.0202
0.0194
0.00106
0.00132
0.0456
0.0429
0.0438
0.00159
0.0835
0.087
0.0818
0.00185
0.148
0.142
0.139
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
SetValue
1: Solid Von Mises Stress, Element 31222
2: Solid Y Normal Stress, Element 31222
3: Solid Z Normal Stress, Element 31222
1.691
1.691
1.57
T (m/s)
1.538
1.539
1.45
1.361
1.329
1.245
1.208
1.077
1.087
0.989
0.966
0.834
0.769
0.77
0.846
Gambar 28. Grafik tegangan pada bumper
impak samping (tegangan di titik B)
0.725
0.63
0.584
0.583
0.604
0.462
0.43
0.429
0.483
0.362
0.326
0.305
0.304
0.22
0.206
0.242
0.121
0.
0.
0.
0.
0.000265
0.00634
0.00599
0.00597
0.00127
0.0012
0.000529
0.000794
0.0179
0.019
0.00106
0.00132
0.0406
0.0404
0.043
0.00159
0.0821
0.0773
0.077
0.00185
0.14
0.131
0.00212
0.00238
0.00265
0.00291
0.00318
0.00344
0.00371
0.00397
0.00424
0.0045
Set Value
1: Solid Von Mises S tress, Element 35710
2: Solid X Normal Stress, Element 35710
3: Solid Z Normal Stress, Element 35710
Gambar 26. Grafik tegangan pada bumper
impak depan (tegangan di titik B)
Dari hasil grafik 25 dan 26 yang didistribusi
tegangan bumper untuk impak depan dengan
jumlah elemen pada permukaan bumper 20317,
sedangkan banyaknya node pada permukaan
sebanyak 41513 untuk pembebanan 2,2 MPa
diperoleh hasil pada lokasi A, distribusi
tegangan normal arah X tegangan terbesarnya
1,548 MPa, sedangkan distribusi tegangan
normal arah Z tegangan terbesarnya 1,717 MPa
dan pada lokasi B, distribusi tegangan normal
arah X tegangan terbesarnya 1,538 MPa,
sedangkan distribusi tegangan normal arah Z
tegangan terbesarnya 1,538 MPa. Jadi, dapat
disimpulkan kondisi kedua arah baik
pembebanan depan lokasi A dan lokasi B
dalam keadaan tekan.
Hasil distribusi tegangan pada pengimpakan
samping lokasi A dapat dilihat pada Gambar27
Dari hasil grafik 27 dan 28 yang didistribusi
tegangan bumper untuk impak samping dengan
elemen pada permukaan bumper 20317,
sedangkan banyaknya node pada permukaan
sebanyak 41513 untuk pembebanan 2,2 MPa
diperoleh hasil pada lokasi A, distribusi
tegangan normal arah Y tegangan terbesarnya
1,35 MPa, sedangkan distribusi tegangan
normal arah Z tegangan terbesarnya 1,265
MPa, sedangkan pada lokasi T B,
(m/s)distribusi
tegangan normal arah Y tegangan terbesarnya
1,748 MPa, sedangkan distribusi tegangan
normal arah Z tegangan terbesarnya 1,686
MPa. Jadi, dapat disimpulkan kondisi kedua
arah baik pembebanan samping lokasi A dan
lokasi B dalam keadaan tekan.
Kesimpulan Dan Saran
Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang diperoleh dari hasil
simulasi ini adalah sebagai berikut:
1. Pemberian impak depan pada lokasi A
adalah sebesar 1,548 MPa untuk arah X dan
arah Z sebesar 1,717 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa dan pada lokasi B
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Tegangan (MPa)
76
T (m/s)
Seminar Sain dan Teknologi
ISSN : 1693 – 6809
adalah sebesar 1,538 MPa untuk arah X dan
arah Z sebesar 1,538 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa.
2. Pemberian impak samping pada lokasi A
adalah sebesar 1,35 MPa untuk arah Y dan
arah Z sebesar 1,265 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa dan pada lokasi B
adalah sebesar 1,748 MPa untuk arah Y dan
arah Z sebesar 1,686 MPa dengan beban
tekan sebesar 2,2 MPa.
Saran
Adapun saran yang dapat diberikan oleh
peneliti adalah sebagai berikut:
1. Untuk
peneliti
selanjutnya
bisa
menggunakan ukuran bumper mobil yang
berbeda
untuk
melihat
perbedaan
tegangan yang diterima oleh bumper
tersebut.
2. Peneliti selanjutnya bisa melakukan
simulasi bumper mobil menggunakan
komposit dilapisi foam atau material
lainnya
agar
dapat
diketahui
perbedaannya.
Daftar Pustaka
Ariyaka, Soma, 2012,
Teknologi Tekstil
Komposit Serat Kaca Peluang Baru
Industri di Indonesia. From :Error!
Hyperlink
reference
not
valid.
15/1/2012.
Dedy. Personal Interview. 14 Januari 2012
Gere, dkk., 1985, Mekanika Bahan, Edisi ke- 2
Jilid I. Drs. Hans Worpakrik. Jakarta:
Erlangga.
Gunadi, 2011, Lalu Lintas Jalan Raya
Nasional Administrasi Keselamatan.
From:
http://id.hicow.com/amerikaserikat/lalu-lintas-jalan-raya-nasionaladministrasi-keselamatan/crash-test1354174.html / 01/02/2012
Iswanto, Heri Apri, 2005, Polimer Komposit. e
- USU Repository.
Shigley, dkk., 1991, Perencanaan Teknik
Mesin. Edisi Ke-4 Jilid I. Ir. Ghandi
Harahap M. Eng. Jakarta: Erlangga.
Sih,
G. C., 1998, Composite Material
Response: Constitutive Relation and
Damage Mechanisms, Elsevier Applied
Science”. London, Great Britain.
Yanhar, M. Rafiq, 2008, Simulasi Tegangan
Pada Helm Industri dari Bahan
Komposit yang Dikenai Beban Impak
Kecepatan Tinggi. Tesis S-2 Program
Pasca
Sarjana
Teknik
Mesin
Universitas Sumatera Utara.
Barsounan, Michael, 1997, Fundamentals Of
Ceramic. The Mc-Graw Hill inc.
Singapore.
77
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
Seminar Sain dan Teknologi
Pekan Ilmiah Periode ke-XXI FT.UISU Jl. SM. Raja Teladan Medan
ISSN : 1693 – 6809
78