METODE PENELITIAN

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.

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 bardan 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 1300

35.82866023 -80 -40 0 40 80 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Waktu (_μs) Te g an g an ( MP a ) 3.6543645 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 100 200 300 400 500 600 Time (μs) 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 (σx ) dan Y (

σ

y) akibat impak pada helm dari arah atas ditunjukkan pada Gambar 3.3 dan 3.4.

Gambar 3.3 Set-up pengukuran respon helm dengan uniaxial gage arah-X (σx )

(b= 15 mm dan 30 mm dari titik impak)

Gambar 3.4 Set-up pengukuran respon helm dengan uniaxial gage arah-Y (σy )

(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 MSC/NASTRAN 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

Gambar 3.5 Kotak dialog ukuran elemen

3. Sifat mekanik helm seperti modulus elastisitas, poisson ratio, dan massa jenis dimasukkan ke

software MSC/NASTRAN 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).

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 :

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

Data tegangan insiden dan tegangan pada helm dengan impak pada bagian atas helm (gambar 3.11) yang telah diperoleh dari peneliti sebelumnya [5] diambil sebagai rujukan untuk dibandingkan dengan hasil simulasi.

Gambar 3.11 Set-up uji helm

Tahap berikutnya adalah memodelkan helm dengan bantuan software Autocad, helm dimodelkan sesuai dengan dimensi aslinya. Kemudian data tegangan yang diperoleh dari eksperimen di laboratorium tadi akan diklarifikasi dengan hasil simulasi komputer menggunakan software MSC/NASTRAN 4.5.

3.4 Pelaksanaan Penelitian

Urutan pelaksanaan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.12 berikut ini : 1500 mm 500 mm Input bar Striker 200 200 M u l a i Pemodelan Helm Sifat Mekanik Material

Helm

Model Pembebanan dari Grafik Tegangan Insiden

Analisa Nastran

Gambar 3.12 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian

3.5. Variabel yang diamati

Adapun variabel-variabel yang akan diamati dalam penelitian ini adalah : 1. Jarak impak, yaitu jarak antara striker dan input bar.

2. Tegangan insiden, yaitu tegangan yang ditransmisikan ke dalam helm. 3. Waktu impak, yaitu waktu benturan antara input bar dan spesimen helm. 4. Distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm.

5. Modulus Elastisitas.

H a s i l

Kesimpulan